一種隧道管棚施工法模擬開挖裝置及其實施方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種隧道管棚施工法模擬開挖裝置及其實施方法,包括三維模型試驗框架、加載設(shè)備、巖土體模型、管棚支護結(jié)構(gòu)和模型監(jiān)測系統(tǒng);所述三維模型試驗框架為頂部為敞口的立方體箱型結(jié)構(gòu),加載設(shè)備架設(shè)在整體框架內(nèi)結(jié)構(gòu)上方,通過反力板和頂板之間的千斤頂連接,使得頂板向下做加載位移;在所述整體框架內(nèi)結(jié)構(gòu)內(nèi)腔中填充有巖土體模型,所述管棚支護結(jié)構(gòu)水平橫向鉆入隧道工程洞口上側(cè)的巖土體模型中,所述模型監(jiān)測系統(tǒng)由安裝在單管上的應變片和預埋在巖土體模型中的傳感器組成。本發(fā)明裝置通過室內(nèi)試驗近似模擬管棚支護結(jié)構(gòu)下隧道工程的動態(tài)施工過程,能夠更加精確獲取隧道工程管棚施工方法動態(tài)應力應變過程。
【專利說明】一種隧道管棚施工法模擬開挖裝置及其實施方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖土工程模型實驗的【技術(shù)領(lǐng)域】,尤其涉及巖土工程領(lǐng)域管棚施工模擬開挖裝置及其實施方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國城市化水平的不斷提高,城市人口的不斷擴大,城市交通所承擔的壓力日漸增大。僅僅依靠地面交通已無法解決城市交通擁擠的狀況,參考世界上其他大城市的發(fā)展模式,地鐵工程由于能極大緩解交通壓力必將是城市建設(shè)的重中之重。修建地鐵不僅可以改善交通流量,減輕由于交通擁擠引起的環(huán)境壓力,而且也保護了城市的風景,把地表的一部分結(jié)構(gòu)建筑到地下,擴大了城市的綠化面積,修建城市地鐵隧道已成為加快城市化進程的重要部分。隨著地鐵隧道的數(shù)量不斷增加,規(guī)模不斷增大,建設(shè)難度也不斷加大。為適應工程的需要,很多學者正在通過多種方式,研究隧道工程設(shè)計與施工方法的優(yōu)化。其中,模型試驗是研究隧道工程施工過程規(guī)律的有效方法之一。
[0003]模型試驗是根據(jù)一定的相似原理,將實際工程轉(zhuǎn)換為室內(nèi)模型進行試驗模擬。模型試驗能真實地反映地質(zhì)構(gòu)造及工程結(jié)構(gòu)的時間、空間的關(guān)系,能準確地模擬施工過程的影響。模型從彈性到塑性變形以至最終的破壞,其過程和結(jié)果都具有直觀性,給人以直接的感受。目前,通過室內(nèi)模型試驗來實現(xiàn)隧道開挖的實例較少,尤其是管棚支護結(jié)構(gòu)下隧道開挖的模型試驗裝置在國內(nèi)尚屬空白。通過室內(nèi)模型試驗不僅可以以較小的代價預測擬開挖隧道原型實際力學狀態(tài)的規(guī)律,而且模型試驗中獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以同施工現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)和室內(nèi)數(shù)值計算加以印證對比分析。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足,本發(fā)明提供一種隧道管棚施工法模擬開挖裝置及其實施方法,可以精確獲取隧道開挖過程中隧道及地層變形情況。
[0005]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種隧道管棚施工法模擬開挖裝置,包括三維模型試驗框架、加載設(shè)備、巖土體模型、管棚支護結(jié)構(gòu)和模型監(jiān)測系統(tǒng);所述三維模型試驗框架包括底座、前側(cè)板、后側(cè)板、左側(cè)板和右側(cè)板,在底座的中間區(qū)域設(shè)有四條互相垂直的條形深槽,前側(cè)板、后側(cè)板、左側(cè)板和右側(cè)板分別插入條形深槽中,前側(cè)板、后側(cè)板、左側(cè)板、右側(cè)板和底座組成頂部為敞口的立方體箱型結(jié)構(gòu),在立方體箱型結(jié)構(gòu)一側(cè)的前側(cè)板上開設(shè)有隧道工程洞口,隧道工程洞口處安裝有堵頭擋板,在立方體箱型結(jié)構(gòu)四周設(shè)置緊固框架;所述加載設(shè)備包括頂板、若干立柱、若干千斤頂和反力板,頂板嵌入所述立方體箱型結(jié)構(gòu)的敞口內(nèi),所述若干立柱分別垂直固定在底座邊緣區(qū)域,所述反力板通過立柱架設(shè)在頂板上方,反力板與頂板之間設(shè)置千斤頂,反力板、頂板和底座之間相互平行;在所述立方體箱型結(jié)構(gòu)內(nèi)腔中填充有巖土體模型,所述巖土體模型由自上而下設(shè)置的巖土相似材料層三、巖土相似材料層二和巖土相似材料層一組成;所述管棚支護結(jié)構(gòu)包括若干平行設(shè)置的桿狀單管,桿狀單管水平鉆入所述隧道工程洞口上側(cè)的巖土體模型內(nèi);所述模型監(jiān)測系統(tǒng)包括若干應變片和傳感器,應變片粘貼在所述單管表層,傳感器預埋在所述隧道工程洞口外圍的巖土體模型中,應變片和傳感器分別通過導線與數(shù)據(jù)采集裝置相連。
[0007]更進一步的,所述單管為中空的金屬管,且在單管的表面設(shè)有若干注漿孔,可選擇在單管內(nèi)注漿模擬,注漿模擬更真實地模擬實際工程中隧道開挖前地層的超前預處理。
[0008]更進一步的,所述前側(cè)板、后側(cè)板、左側(cè)板和右側(cè)板均為透明有機玻璃板。便于直觀觀察模擬隧道及地層變形情況,并且結(jié)構(gòu)簡單,易于實現(xiàn)。
[0009]更進一步的,所述緊固框架包括分別位于隧道工程洞口上下兩側(cè)的上部緊固架和下部緊固架,上部緊固架包括兩個上部第一緊固鋼板和兩個上部第二緊固鋼板,下部緊固架包括兩個下部第一緊固鋼板和兩個下部第二緊固鋼板,上部第一緊固鋼板和下部第一緊固鋼板水平設(shè)置在前側(cè)板和后側(cè)板的外側(cè),上部第二緊固鋼板和下部第二緊固鋼板水平設(shè)置在左側(cè)板和右側(cè)板的外側(cè),上部第一緊固鋼板和下部第一緊固鋼板的兩端設(shè)有螺紋段,上部第二緊固鋼板和下部第二緊固鋼板的兩端設(shè)有通孔,將上部第一緊固鋼板和下部第一緊固鋼板的螺紋段分別穿入上部第二緊固鋼板和下部第二緊固鋼板的通孔內(nèi),并在螺紋段上套設(shè)夾緊螺母。這樣的緊固框架的設(shè)計,可以保證在模擬開挖時,三維模型試驗框架的穩(wěn)定性。
[0010]一種隧道管棚施工法模擬開挖實施方法,具體步驟如下:
[0011]I)在底座的中間區(qū)域設(shè)有四條互相垂直的條形深槽,將前側(cè)板、后側(cè)板、左側(cè)板和右側(cè)板分別插入條形深槽中,前側(cè)板、后側(cè)板、左側(cè)板、右側(cè)板和底座組成頂部為敞口的立方體箱型結(jié)構(gòu),在立方體箱型結(jié)構(gòu)一側(cè)的前側(cè)板上開設(shè)隧道工程洞口,在隧道工程洞口處安裝堵頭擋板,在立方體箱型結(jié)構(gòu)四周設(shè)置緊固框架;
[0012]2)在所述立方體箱型結(jié)構(gòu)內(nèi)腔中填充有巖土體模型,所述巖土體模型由自上而下分為巖土相似材料層三、巖土相似材料層二和巖土相似材料層一;
[0013]3 )將若干桿狀單管沿水平方向鉆入所述隧道工程洞口上側(cè)的巖土體模型內(nèi),在單管表層粘貼應變片,將傳感器預埋在所述隧道工程洞口外圍的巖土體模型中,將應變片和傳感器分別通過導線與數(shù)據(jù)采集裝置相連;
[0014]4)在所述立方體箱型結(jié)構(gòu)的敞口內(nèi)嵌入頂板,將若干立柱分別垂直固定在底座邊緣區(qū)域,將反力板通過立柱架設(shè)在頂板上方,在反力板與頂板之間設(shè)置千斤頂,反力板、頂板和底座之間相互平行,通過千斤頂對頂板的向下作用力模擬地層上覆受力條件;
[0015]5)打開堵頭擋板,在隧道工程洞口內(nèi)沿水平方向開挖擬挖隧道,在擬挖隧道挖掘過程中,通過應變片和傳感器實時監(jiān)測單管和巖土體模型的受力情況。
[0016]更進一步的,在開挖擬挖隧道時分別按照以下兩種方法進行:
[0017]采用方法一:開挖擬挖隧道上臺階I個進尺長度并施做隧道臨時支護,繼續(xù)開挖擬挖隧道上臺階至2個進尺長度并施做隧道臨時支護,接著開挖擬挖隧道下臺階至I個進尺長度并施做隧道永久支護,繼續(xù)開挖擬挖隧道上臺階至3個進尺長度并施做隧道臨時支護,接著開挖擬挖隧道下臺階至2個進尺長度并施做接著永久支護,循環(huán)進尺至擬挖隧道上、下臺階貫通。
[0018]采用方法二:開挖擬挖隧道上半部分中間位置I個進尺長度并施做隧道臨時支護,交替擴大開挖上半部分兩側(cè)到隧道設(shè)計寬度,施做隧道上半部分永久支護,繼續(xù)依次開挖擬挖隧道上半部分中間和兩側(cè)至2個進尺長度并施做隧道永久支護,接著開挖擬挖隧道下半部分中間位置至I個進尺長度,依次擴大開挖下半部分兩側(cè)到隧道設(shè)計寬度,并施做隧道永久支護,繼續(xù)依次開挖擬挖隧道上半部分中間和兩邊側(cè)至3個進尺長度并施做隧道永久支護,接著依次開挖擬挖隧道下半部分中間和兩側(cè)至2個進尺長度并施做永久支護,循環(huán)進尺至擬挖隧道貫通。
[0019]有益效果:本發(fā)明能夠在室內(nèi)模擬管棚支護結(jié)構(gòu)下隧道的動態(tài)施工過程,動態(tài)模擬使獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)更接近實際工程情況,模擬準確;模型框架采用透明有機玻璃制作,便于直觀觀察。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]附圖1為本發(fā)明裝置的主視結(jié)構(gòu)圖。
[0021]附圖2為本發(fā)明裝置的右視結(jié)構(gòu)圖。
[0022]附圖3為本發(fā)明裝置的俯視結(jié)構(gòu)圖。
[0023]附圖4為本發(fā)明管棚支護結(jié)構(gòu)中的單管結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0025]如附圖1、2和3所示,一種隧道管棚施工法模擬開挖裝置,包括三維模型試驗框架、加載設(shè)備、巖土體模型17、管棚支護結(jié)構(gòu)18和模型監(jiān)測系統(tǒng);所述三維模型試驗框架包括底座1、前側(cè)板4、后側(cè)板5、左側(cè)板2和右側(cè)板3,在底座I的中間區(qū)域設(shè)有四條互相垂直的條形深槽,前側(cè)板4、后側(cè)板5、左側(cè)板2和右側(cè)板3分別插入條形深槽中,前側(cè)板4、后側(cè)板5、左側(cè)板2、右側(cè)板3和底座I組成頂部為敞口的立方體箱型結(jié)構(gòu),在立方體箱型結(jié)構(gòu)一側(cè)的前側(cè)板4上開設(shè)有隧道工程洞口 19,隧道工程洞口 19處安裝有堵頭擋板,在立方體箱型結(jié)構(gòu)四周設(shè)置緊固框架。
[0026]所述緊固框架包括分別位于隧道工程洞口 19上下兩側(cè)的上部緊固架和下部緊固架,上部緊固架包括兩個上部第一緊固鋼板10和兩個上部第二緊固鋼板11,下部緊固架包括兩個下部第一緊固鋼板12和兩個下部第二緊固鋼板13,上部第一緊固鋼板10和下部第一緊固鋼板12水平設(shè)置在前側(cè)板4和后側(cè)板5的外側(cè),上部第二緊固鋼板11和下部第二緊固鋼板13水平設(shè)置在左側(cè)板2和右側(cè)板3的外側(cè),上部第一緊固鋼板10和下部第一緊固鋼板12的兩端設(shè)有螺紋段,上部第二緊固鋼板11和下部第二緊固鋼板13的兩端設(shè)有通孔,將上部第一緊固鋼板10和下部第一緊固鋼板12的螺紋段分別穿入上部第二緊固鋼板11和下部第二緊固鋼板13的通孔內(nèi),并在螺紋段上套設(shè)夾緊螺母。這樣的緊固框架的設(shè)計,可以保證在模擬開挖時,三維模型試驗框架的穩(wěn)定性。
[0027]所述加載設(shè)備包括頂板6、若干立柱7、若干千斤頂9和反力板8,頂板6嵌入所述立方體箱型結(jié)構(gòu)的敞口內(nèi),且頂板6是可分離的。所述若干立柱7分別垂直固定在底座I邊緣區(qū)域,所述反力板8通過立柱7架設(shè)在頂板6上方,反力板8與頂板6之間設(shè)置千斤頂9,反力板8、頂板6和底座I之間相互平行,加載設(shè)備可以與三維模型試驗框架實現(xiàn)分離。
[0028]在所述立方體箱型結(jié)構(gòu)內(nèi)腔中填充有巖土體模型17,所述巖土體模型17是由室內(nèi)物理試驗配比確定的多種近似性質(zhì)材料組成,模擬復雜的多層巖土體。所述巖土體模型17由自上而下設(shè)置的巖土相似材料層三16、巖土相似材料層二 15和巖土相似材料層一 14組成,相似材料根據(jù)實際工程所處的工程地層條件進行調(diào)配,并控制相似材料各方面的相似關(guān)系都滿足與原裝巖土相似。
[0029]如附圖4所示,所述管棚支護結(jié)構(gòu)18包括若干平行設(shè)置的桿狀單管23,桿狀單管23水平鉆入所述隧道工程洞口 19上側(cè)的巖土體模型17內(nèi),所述單管23為中空的金屬管,且在單管23的表面設(shè)有若干注漿孔,可選擇在單管23內(nèi)注漿模擬,更真實地模擬實際工程中隧道開挖前地層的超前預處理。
[0030]所述模型監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)開挖過程中管棚支護結(jié)構(gòu)18的變形,隧道的頂部、左側(cè)和右側(cè)變形,巖土體模型整體位移,巖土體模型表面沉降和隧道底座位移的監(jiān)測。所述模型監(jiān)測系統(tǒng)包括若干應變片22和傳感器,應變片22粘貼在所述單管表層,傳感器預埋在所述隧道工程洞口 19外圍的巖土體模型17中,應變片22和傳感器分別通過導線與數(shù)據(jù)采集裝置相連,所述應變片22用來收集管棚支護結(jié)構(gòu)18應力應變數(shù)據(jù)。所述傳感器用來監(jiān)測巖土體模型17中隧道斷面的頂部、左側(cè)、右側(cè)的位移變形數(shù)據(jù),以及巖土體模型整體位移、巖土體模型表面沉降和隧道底座位移等情況。通過上述應變片22和傳感器的組合監(jiān)測,更加精確地測量出了隧道及地層的變形情況。
[0031]所述前側(cè)板4、后側(cè)板5、左側(cè)板2和右側(cè)板3均為透明有機玻璃板。便于直觀觀察模擬隧道及地層變形情況,并且結(jié)構(gòu)簡單,易于實現(xiàn)。
[0032]一種隧道管棚施工法模擬開挖實施方法,具體步驟如下:
[0033]I)在底座I的中間區(qū)域設(shè)有四條互相垂直的條形深槽,將前側(cè)板4、后側(cè)板5、左側(cè)板2和右側(cè)板3分別插入條形深槽中,前側(cè)板4、后側(cè)板5、左側(cè)板2、右側(cè)板3和底座I組成頂部為敞口的立方體箱型結(jié)構(gòu),在立方體箱型結(jié)構(gòu)一側(cè)的前側(cè)板4上開設(shè)隧道工程洞口19,在隧道工程洞口 19處安裝堵頭擋板,在立方體箱型結(jié)構(gòu)四周設(shè)置緊固框架;
[0034]2)在所述立方體箱型結(jié)構(gòu)內(nèi)腔中填充有巖土體模型17,所述巖土體模型17自上而下分為巖土相似材料層三16、巖土相似材料層二 15和巖土相似材料層一 14 ;
[0035]3)將若干桿狀單管23沿水平方向鉆入所述隧道工程洞口 19上側(cè)的巖土體模型17內(nèi),在單管23表層粘貼應變片22,將傳感器預埋在所述隧道工程洞口 19外圍的巖土體模型17中,將應變片22和傳感器分別通過導線與數(shù)據(jù)采集裝置相連;
[0036]4)在所述立方體箱型結(jié)構(gòu)的敞口內(nèi)嵌入頂板6,將若干立柱7分別垂直固定在底座I邊緣區(qū)域,將反力板8通過立柱7架設(shè)在頂板6上方,在反力板8與頂板6之間設(shè)置千斤頂9,反力板8、頂板6和底座I之間相互平行,通過千斤頂9對頂板6的向下作用力模擬地層上覆受力條件;
[0037]5)打開堵頭擋板,在隧道工程洞口 19內(nèi)沿水平方向開挖擬挖隧道,在擬挖隧道挖掘過程中,通過應變片22和傳感器實時監(jiān)測單管和巖土體模型17的受力情況。
[0038]在開挖擬挖隧道時分別按照以下兩種方法進行:
[0039]采用方法一:開挖擬挖隧道上臺階I個進尺長度并施做隧道臨時支護,繼續(xù)開挖擬挖隧道上臺階至2個進尺長度并施做隧道臨時支護,接著開挖擬挖隧道下臺階至I個進尺長度并施做隧道永久支護,繼續(xù)開挖擬挖隧道上臺階至3個進尺長度并施做隧道臨時支護,接著開挖擬挖隧道下臺階至2個進尺長度并施做接著永久支護,循環(huán)進尺至擬挖隧道上、下臺階貫通。[0040]采用方法二:開挖擬挖隧道上半部分中間位置I個進尺長度并施做隧道臨時支護,交替擴大開挖上半部分兩側(cè)到隧道設(shè)計寬度,施做隧道上半部分永久支護,繼續(xù)依次開挖擬挖隧道上半部分中間和兩側(cè)至2個進尺長度并施做隧道永久支護,接著開挖擬挖隧道下半部分中間位置至I個進尺長度,依次擴大開挖下半部分兩側(cè)到隧道設(shè)計寬度,并施做隧道永久支護,繼續(xù)依次開挖擬挖隧道上半部分中間和兩邊側(cè)至3個進尺長度并施做隧道永久支護,接著依次開挖擬挖隧道下半部分中間和兩側(cè)至2個進尺長度并施做永久支護,循環(huán)進尺至擬挖隧道貫通。
[0041]管棚施工方法動態(tài)應力應變過程,可推廣應用于城市市政工程過街通道,煤礦交叉巷道施工,試驗裝置易于加工,結(jié)構(gòu)裝配簡單,具有一定的科研推廣價值。
[0042]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式,應當指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明原理的前提下,還可以做出若干改進和潤飾,這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種隧道管棚施工法模擬開挖裝置,其特征在于:包括三維模型試驗框架、加載設(shè)備、巖土體模型(17)、管棚支護結(jié)構(gòu)(18)和模型監(jiān)測系統(tǒng); 所述三維模型試驗框架包括底座(1)、前側(cè)板(4)、后側(cè)板(5)、左側(cè)板(2)和右側(cè)板(3),在底座(1)的中間區(qū)域設(shè)有四條互相垂直的條形深槽,前側(cè)板(4)、后側(cè)板(5)、左側(cè)板(2)和右側(cè)板(3)分別插入條形深槽中,前側(cè)板(4)、后側(cè)板(5)、左側(cè)板(2)、右側(cè)板(3)和底座(1)組成頂部為敞口的立方體箱型結(jié)構(gòu),在立方體箱型結(jié)構(gòu)一側(cè)的前側(cè)板(4)上開設(shè)有隧道工程洞口(19),隧道工程洞口(19)處安裝有堵頭擋板,在立方體箱型結(jié)構(gòu)四周設(shè)置緊固框架; 所述加載設(shè)備包括頂板(6)、若干立柱(7)、若干千斤頂(9)和反力板(8),頂板(6)嵌入所述立方體箱型結(jié)構(gòu)的敞口內(nèi),所述若干立柱(7)分別垂直固定在底座(1)邊緣區(qū)域,所述反力板(8)通過立柱(7)架設(shè)在頂板(6)上方,反力板(8)與頂板(6)之間設(shè)置千斤頂(9),反力板(8 )、頂板(6 )和底座(1)之間相互平行; 在所述立方體箱型結(jié)構(gòu)內(nèi)腔中填充有巖土體模型(17),所述巖土體模型(17)由自上而下設(shè)置的巖土相似材料層三(16)、巖土相似材料層二(15)和巖土相似材料層一(14)組成; 所述管棚支護結(jié)構(gòu)(18)包括若干平行設(shè)置的桿狀單管(23),桿狀單管(23)水平鉆入所述隧道工程洞口(19)上側(cè)的巖土體模型(17)內(nèi); 所述模型 測系統(tǒng)包括若干應變片(22 )和傳感器,應變片(22 )粘貼在所述單管(23)表層,傳感器預埋在所述隧道工程洞口( 19 )外圍的巖土體模型(17 )中,應變片(22 )和傳感器分別通過導線與數(shù)據(jù)采集裝置相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種隧道管棚施工法模擬開挖裝置,其特征在于:所述單管(23)為中空的金屬管,且在單管(23)的表面設(shè)有若干注漿孔(24)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種隧道管棚施工法模擬開挖裝置,其特征在于:所述前側(cè)板(4)、后側(cè)板(5)、左側(cè)板(2)和右側(cè)板(3)均為透明有機玻璃板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種隧道管棚施工法模擬開挖裝置,其特征在于:所述緊固框架包括分別位于隧道工程洞口( 19)上下兩側(cè)的上部緊固架和下部緊固架,上部緊固架包括兩個上部第一緊固鋼板(10)和兩個上部第二緊固鋼板(11),下部緊固架包括兩個下部第一緊固鋼板(12)和兩個下部第二緊固鋼板(13),上部第一緊固鋼板(10)和下部第一緊固鋼板(12)水平設(shè)置在前側(cè)板(4)和后側(cè)板(5)的外側(cè),上部第二緊固鋼板(11)和下部第二緊固鋼板(13)水平設(shè)置在左側(cè)板(2)和右側(cè)板(3)的外側(cè),上部第一緊固鋼板(10)和下部第一緊固鋼板(12)的兩端設(shè)有螺紋段,上部第二緊固鋼板(11)和下部第二緊固鋼板(13)的兩端設(shè)有通孔,將上部第一緊固鋼板(10)和下部第一緊固鋼板(12)的螺紋段分別穿入上部第二緊固鋼板(11)和下部第二緊固鋼板(13)的通孔內(nèi),并在螺紋段上套設(shè)夾緊螺母。
5.一種隧道管棚施工法模擬開挖實施方法,其特征在于,具體步驟如下: I)在底座(1)的中間區(qū)域設(shè)有四條互相垂直的條形深槽,將前側(cè)板(4)、后側(cè)板(5)、左側(cè)板(2 )和右側(cè)板(3 )分別插入條形深槽中,前側(cè)板(4)、后側(cè)板(5 )、左側(cè)板(2 )、右側(cè)板(3 )和底座(1)組成頂部為敞口的立方體箱型結(jié)構(gòu),在立方體箱型結(jié)構(gòu)一側(cè)的前側(cè)板(4)上開設(shè)隧道工程洞口( 19),在隧道工程洞口( 19)處安裝堵頭擋板,在立方體箱型結(jié)構(gòu)四周設(shè)置緊固框架;2)在所述立方體箱型結(jié)構(gòu)內(nèi)腔中填充有巖土體模型(17),所述巖土體模型(17)由自上而下分為巖土相似材料層三(16)、巖土相似材料層二(15)和巖土相似材料層一(14); 3)將若干桿狀單管(23)沿水平方向鉆入所述隧道工程洞口(19)上側(cè)的巖土體模型(17 )內(nèi),在單管(23)表層粘貼應變片(22 ),將傳感器預埋在所述隧道工程洞口( 19 )外圍的巖土體模型(17)中,將應變片(22)和傳感器分別通過導線與數(shù)據(jù)采集裝置相連; 4)在所述立方體箱型結(jié)構(gòu)的敞口內(nèi)嵌入頂板(6),將若干立柱(7)分別垂直固定在底座(1)邊緣區(qū)域,將反力板(8)通過立柱(7)架設(shè)在頂板(6)上方,在反力板(8)與頂板(6)之間設(shè)置千斤頂(9),反力板(8)、頂板(6)和底座(1)之間相互平行,通過千斤頂(9)對頂板(6)的向下作用力模擬地層上覆受力條件; 5)打開堵頭擋板,在隧道工程洞口(19)內(nèi)沿水平方向開挖擬挖隧道,在擬挖隧道挖掘過程中,通過應變片(22)和傳感器實時監(jiān)測單管和巖土體模型(17)的受力情況。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種隧道管棚施工法模擬開挖裝置的實施方法,其特征在于,在開挖擬挖隧道時分別按照以下兩種方法進行: 采用方法一:開 挖擬挖隧道上臺階I個進尺長度并施做隧道臨時支護,繼續(xù)開挖擬挖隧道上臺階至2個進尺長度并施做隧道臨時支護,接著開挖擬挖隧道下臺階至I個進尺長度并施做隧道永久支護,繼續(xù)開挖擬挖隧道上臺階至3個進尺長度并施做隧道臨時支護,接著開挖擬挖隧道下臺階至2個進尺長度并施做接著永久支護,循環(huán)進尺至擬挖隧道上、下臺階貫通; 采用方法二:開挖擬挖隧道上半部分中間位置I個進尺長度并施做隧道臨時支護,交替擴大開挖上半部分兩側(cè)到隧道設(shè)計寬度,施做隧道上半部分永久支護,繼續(xù)依次開挖擬挖隧道上半部分中間和兩側(cè)至2個進尺長度并施做隧道永久支護,接著開挖擬挖隧道下半部分中間位置至I個進尺長度,依次擴大開挖下半部分兩側(cè)到隧道設(shè)計寬度,并施做隧道永久支護,繼續(xù)依次開挖擬挖隧道上半部分中間和兩邊側(cè)至3個進尺長度并施做隧道永久支護,接著依次開挖擬挖隧道下半部分中間和兩側(cè)至2個進尺長度并施做永久支護,循環(huán)進尺至擬挖隧道貫通。
【文檔編號】G01M99/00GK103837360SQ201410079190
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】馬金榮, 張昌偉, 路慶濤, 陶祥令, 劉明, 許鋒, 趙立征, 張余峰, 曹小為, 朱寶磊, 曾衛(wèi), 鞏艷國 申請人:中國礦業(yè)大學