一种用于模拟隧道冻结法施工的试验平台

本发明涉及工程施工，具体为一种用于模拟隧道冻结法施工的试验平台。

背景技术：

1、在城市复杂的环境和复杂的水文地质条件下，隧道不宜采用盾构法和普通降排水法施工时，冻结法也是一种常用的技术手段，而且施工时只需在地面的相应位置钻出孔洞，将冻结管插入冻结孔内之后，即可在其内部循环冷媒剂，在一定时间内即可将松软富水的突然冻结，便于后续的施工，人工地层冻结法(简称冻结法)以其封水性好、加固土体强度高、适应性强、安全性好等优势在富水地层、泥沙层等软土层中得到较多的应用，利用人工设置的冻结管，冻结管内循环冷媒剂带走土体中热量，从而使含水土体形成强度高密封性好的冻土，起到承受荷载和密封防水的作用，在每一冻结管周围形成的冻土圆柱体，其直径随时间而增大，这些圆柱体互相交接成密实而闭合的冻土墙，能承受水土压力并阻隔地下水，在冻土墙的保护下开挖地层和修筑衬砌。

2、目前，冻结法施工的速度和施工的安全性取决于冻土层的冻结强度，往往需要根据土质的不同冻结不同的时长，现有的模拟隧道冻结法施工的试验平台施力方向固定，并且冻结后土层样本结构单一，适用范围比较小，不能模拟多种土层冻结施工的实际工况。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于模拟隧道冻结法施工的试验平台，具备能够实现模拟多种冻结试验的冻结需求，且可以从多个方向实现对模拟冻结层进行施压试验，增大了模拟实验的测试范围等优点，解决了现有的试验平台施力方向固定，并且冻结后土层样本结构单一，适用范围比较小，不能模拟多种土层冻结施工的实际工况的问题。

3、(二)技术方案

4、为实现上述的目的，本发明提供如下技术方案：一种用于模拟隧道冻结法施工的试验平台，包括底座和冻结管，所述底座的上端设有多边形框体，所述多边形框体的侧壁通过矩形开口固定连接有多个方框，多个所述方框内均连接有加压机构；

5、所述加压机构从多个方向对多边形框体内冻结的土质样本进行施压，用于测试冻结后土质的硬度；

6、所述多边形框体的上下两端均设有盖板，两个所述盖板的中心处均开设有圆口，所述圆口处开设有卡槽，且卡槽内安装有定位机构，其中一个所述盖板固定在底座的上端，另一个所述盖板的边缘处固定连接有多个角码，多个所述角码均通过螺栓与方框的上端固定连接；

7、所述底座的上端固定连接有多个立柱，多个所述立柱共同固定连接有第一固定环和第二固定环。

8、优选的，所述加压机构包括顶板，所述顶板套接在方框内并固定连接有多个均匀分布的压力传感器，所述顶板的一侧固定连接有液压缸，所述液压缸的一端连接有顶柱，所述顶柱的上下两端均开设有滑槽，两个所述滑槽分别滑动连接在第一固定环和第二固定环上并设置有定位凸起，所述第一固定环和第二固定环的侧壁均开设有与定位凸起相配合的环形定位槽；

9、所述顶柱的侧壁通过定位组件与液压缸的一端活动连接，所述顶柱的侧壁固定连接有定位块。

10、优选的，所述定位组件包括定位套，所述定位套固定在顶柱的一侧，所述在液压缸的一端套接在定位套内并固定连接有导向杆，所述顶柱的一侧开设有盲孔，所述盲孔的一侧通过导向孔与导向杆的杆壁套接，所述盲孔内设有定位板，所述定位板的一侧通过螺栓与导向杆的一端固定连接，所述定位板的一侧设有定位部，所述立柱的一侧开设有与定位部相配合的定位槽。

11、优选的，所述方框相对的两侧均开设有两个条形槽，两个所述条形槽内均固定连接有横杆，所述横杆的杆壁上套接有弹簧，所述弹簧的一端固定连接有滑套，所述滑套的一端与顶板的一侧固定连接。

12、优选的，所述立柱的侧壁设有固定架，所述固定架上设有弯折部，所述弯折部通过转轴与立柱的一侧转动连接，所述固定架内固定连接有定位杆，所述定位杆的杆壁上安装有第一磁铁，所述立柱的侧壁固定连接有第二磁铁。

13、优选的，所述定位机构包括第一固定板和第二固定板，所述第一固定板和第二固定板的中心处均开设有矩形开口，所述第一固定板卡接在卡槽内，所述第一固定板的侧壁通过方孔固定连接有多个传动杆，所述卡槽的一侧开设有多个矩形口，多个所述矩形口的开口处均固定连接有方管，且方管的管壁上开设有与矩形口相配合的开口，所述方管内固定连接有位移传感器，所述传动杆的一端穿过矩形口和开口并位于位移传感器的一侧。

14、优选的，所述第二固定板与第一固定板的一侧贴合，所述第二固定板的侧壁开设有多个定位孔，所述传动杆的上端穿过方孔并延伸至定位孔内。

15、优选的，所述盖板的一端设有凸台，所述凸台与多边形框体的开口边缘处卡接。

16、优选的，所述多边形框体内套接有两个挡板，两个所述挡板相对的一侧中心处均固定连接有支撑板，所述支撑板与挡板组成t形结构。

17、(三)有益效果

18、与现有技术相比，本发明提供了一种用于模拟隧道冻结法施工的试验平台，具备以下有益效果：

19、1、在冻结试验时，可以根据需求使用挡板，当使用一块挡板时，挡板将土质样本分割成半圆柱状，此时冻结后土质呈弧形，不使用挡板时，土质样本冻结后呈近似于圆柱状，近似于施工时冻结土壤的结构，再使用两个挡板时，能够将土质样本分割成条状，冻结后的土壤呈现块状，之后再根据需求选用不同方向的加压机构对冻结后的土壤加压进行试验。

20、2、本发明设置有的加压机构，顶柱通过滑槽和定位凸起滑动连接在第一固定环和第二固定环上，需要改变顶柱和液压缸的位置时，用手拉起固定架，固定架上的弯折部移动至与立柱平齐并解除对顶柱的定位，同时固定架上的第一磁铁与立柱上的第二磁铁接触吸合，此时顶柱即可在第一固定环和第二固定环上滑动至制定位置，在顶柱与立柱重合时，将对对应位置的固定架放下使弯折部卡主顶柱，此时即可快速稳定的对顶柱进行定位。

21、3、本发明设置有的定位机构，利用可拆卸的盖板，当测试完成后土块解冻一段时间，拆卸下上方的盖板，此时可将冻结管连通冻结后的土质样本一同取下，之后，还可从下方盖板上第一固定板和第二固定板表面的矩形开口内排出残留在多边形框体内的土质样本。

技术特征：

1.一种用于模拟隧道冻结法施工的试验平台，包括底座(1)和冻结管(10)，其特征在于：所述底座(1)的上端设有多边形框体(16)，所述多边形框体(16)的侧壁通过矩形开口固定连接有多个方框(11)，多个所述方框(11)内均连接有加压机构；

2.根据权利要求1所述的一种用于模拟隧道冻结法施工的试验平台，其特征在于：所述加压机构包括顶板(12)，所述顶板(12)套接在方框(11)内并固定连接有多个均匀分布的压力传感器(34)，所述顶板(12)的一侧固定连接有液压缸(15)，所述液压缸(15)的一端连接有顶柱(13)，所述顶柱(13)的上下两端均开设有滑槽(35)，两个所述滑槽(35)分别滑动连接在第一固定环(3)和第二固定环(7)上并设置有定位凸起(29)，所述第一固定环(3)和第二固定环(7)的侧壁均开设有与定位凸起(29)相配合的环形定位槽(6)；

3.根据权利要求2所述的一种用于模拟隧道冻结法施工的试验平台，其特征在于：所述定位组件包括定位套(14)，所述定位套(14)固定在顶柱(13)的一侧，所述在液压缸(15)的一端套接在定位套(14)内并固定连接有导向杆(24)，所述顶柱(13)的一侧开设有盲孔，所述盲孔的一侧通过导向孔与导向杆(24)的杆壁套接，所述盲孔内设有定位板(25)，所述定位板(25)的一侧通过螺栓与导向杆(24)的一端固定连接，所述定位板(25)的一侧设有定位部(30)，所述立柱(2)的一侧开设有与定位部(30)相配合的定位槽(26)。

4.根据权利要求2所述的一种用于模拟隧道冻结法施工的试验平台，其特征在于：所述方框(11)相对的两侧均开设有两个条形槽，两个所述条形槽内均固定连接有横杆(33)，所述横杆(33)的杆壁上套接有弹簧(31)，所述弹簧(31)的一端固定连接有滑套(32)，所述滑套(32)的一端与顶板(12)的一侧固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于模拟隧道冻结法施工的试验平台，其特征在于：所述立柱(2)的侧壁设有固定架(5)，所述固定架(5)上设有弯折部，所述弯折部通过转轴与立柱(2)的一侧转动连接，所述固定架(5)内固定连接有定位杆，所述定位杆的杆壁上安装有第一磁铁(27)，所述立柱(2)的侧壁固定连接有第二磁铁(28)。

6.根据权利要求1所述的一种用于模拟隧道冻结法施工的试验平台，其特征在于：所述定位机构包括第一固定板(19)和第二固定板(18)，所述第一固定板(19)和第二固定板(18)的中心处均开设有矩形开口，所述第一固定板(19)卡接在卡槽(22)内，所述第一固定板(19)的侧壁通过方孔固定连接有多个传动杆(21)，所述卡槽(22)的一侧开设有多个矩形口，多个所述矩形口的开口处均固定连接有方管(9)，且方管(9)的管壁上开设有与矩形口相配合的开口，所述方管(9)内固定连接有位移传感器(23)，所述传动杆(21)的一端穿过矩形口和开口并位于位移传感器(23)的一侧。

7.根据权利要求6所述的一种用于模拟隧道冻结法施工的试验平台，其特征在于：所述第二固定板(18)与第一固定板(19)的一侧贴合，所述第二固定板(18)的侧壁开设有多个定位孔，所述传动杆(21)的上端穿过方孔并延伸至定位孔内。

8.根据权利要求1所述的一种用于模拟隧道冻结法施工的试验平台，其特征在于：所述盖板(8)的一端设有凸台(20)，所述凸台(20)与多边形框体(16)的开口边缘处卡接。

9.根据权利要求1所述的一种用于模拟隧道冻结法施工的试验平台，其特征在于：所述多边形框体(16)内套接有两个挡板(17)，两个所述挡板(17)相对的一侧中心处均固定连接有支撑板(4)，所述支撑板(4)与挡板(17)组成t形结构。

技术总结
本发明涉及工程施工技术领域，且公开了一种用于模拟隧道冻结法施工的试验平台，包括底座和冻结管，底座的上端设有多边形框体，多边形框体的侧壁通过矩形开口固定连接有多个方框，多个方框内均连接有加压机构，加压机构从多个方向对多边形框体内冻结的土质样本进行施压，用于测试冻结后土质的硬度，多边形框体的上下两端均设有盖板，两个盖板的中心处均开设有圆口，圆口处开设有卡槽，且卡槽内安装有定位机构，其中一个盖板固定在底座的上端。该用于模拟隧道冻结法施工的试验平台，能够实现模拟多种冻结试验的冻结需求，且可以从多个方向实现对模拟冻结层进行施压试验，增大了模拟实验的测试范围。

技术研发人员：王泽成,王振华,袁浩,龚兵文,刘夕奇,吴志军,翁磊,储昭飞,雷乐乐,方芳,蒋田田,周成,彭小雨,饶玲
受保护的技术使用者：东华理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23