申请/专利权人：中交隧道工程局有限公司

申请日：2023-12-18

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN117825082B

主分类号：G01M99/00

分类号：G01M99/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2024.04.23#实质审查的生效;2024.04.05#公开

摘要：本发明提出一种大型盾构地中对接模型试验平台及其试验方法，涉及盾构隧道工程技术领域，包括试验土槽，隔墙，盾构对接模型和冻结系统，试验土槽为地下基坑结构，试验土槽内设有隔墙，隔墙将试验土槽分隔为填土区和非填土区，隔墙用于阻止填土区的土和水进入非填土区，填土区内设有盾构对接模型，盾构对接模型为缩尺试验模型，盾构对接模型上设有冻结系统，冻结系统包括制冷系统、冷液循环系统和冻结管，盾构对接模型上布设冻结管，冻结管通过冷液循环系统连接到制冷系统，制冷系统置于试验土槽的非填土区层板上。本发明设计的试验平台可以开展盾构地中对接注浆和冻结加固试验，为盾构对接施工技术的研究提供了一种全新的可靠方案。

主权项：1.一种大型盾构地中对接模型试验平台，其特征在于：包括试验土槽1，隔墙2，盾构对接模型3和冻结系统4，所述试验土槽1为地下基坑结构，所述试验土槽1内设有隔墙2，所述隔墙2将试验土槽1分隔为填土区13和非填土区14，所述隔墙2用于阻止填土区13的土和水进入非填土区14，所述填土区13内设有盾构对接模型3，所述盾构对接模型3为缩尺试验模型，所述盾构对接模型3上设有冻结系统4，所述冻结系统4包括制冷系统41、冷液循环系统42和冻结管43，所述盾构对接模型3上布设冻结管43，所述冻结管43通过冷液循环系统42连接到制冷系统41，所述制冷系统41置于所述试验土槽1的非填土区层板15上，所述试验土槽1的内部长度L满足：L＝L1+tw+L2其中，L1为填土区13的内部长度，tw为隔墙2的厚度，L2为试验土槽非填土区14内部长度；所述试验土槽1的内部宽度W和深度H相同，满足下式：W＝H＝Dm+2l′fmax+2B其中，Dm为盾构对接模型3的盾体外径，l’fmax为冻结管43在盾体径向上最长的投影长度，B为冻结管43最外端到试验土槽1内部的距离，所述盾构对接模型3由模型隧道一和模型隧道二纵向排布组成，模型隧道一和模型隧道二内部保持连通，方便人员从非填土区14，进入盾构对接模型3内部，模型隧道一由第一模型盾体31和第一模型管片衬砌32组成，模型隧道二由第二模型盾体33和第二模型管片衬砌34组成，模型隧道一与土槽侧壁11垂直正交，模型隧道二与隔墙2垂直正交，第一模型盾体31和第二模型盾体33外径相同，第一模型管片衬砌32和第二模型管片衬砌34外径和内径均相同，所述隔墙2上预留圆形洞门，作为人员从非填土区14进入盾构对接模型3内部的通道，所述圆形洞门内尺寸与第二模型盾体33的内尺寸相同，部分第二模型管片衬砌34置于所述隔墙2上圆形洞门的内部，圆形洞门与第二模型管片衬砌34之间设置第二密封刷39和密封橡胶板，阻止填土区13的土水进入盾构对接模型3内部或者非填土区14，与所述第一模型管片衬砌32垂直正交的土槽侧壁11上设置沿第一模型管片衬砌32轴线方向伸缩的第一油缸组35，第一油缸组35呈环向排布，一端固定在所述土槽侧壁11上，另一端作用在所述第一模型管片衬砌32端面上，为所述第一模型管片衬砌32提供环间预紧力，所述隔墙2内圆形洞门内设置沿第二模型管片衬砌34轴线方向伸缩的第二油缸组38，第二油缸组38呈环向排布，一端固定在所述隔墙2内，另一端作用在第二模型管片衬砌34端面上，为第二模型管片衬砌34提供环间预紧力，第二油缸组38满足为第二模型管片衬砌34提供环间接缝预紧力，所述试验土槽1的内部长度L满足：L＝Ls1+Lt1-L′t1+Lc1+Ls2+Lt2-L′t2-L″t2+Δ+tw+L2式中，Ls1为第一模型盾体31的长度；Lt1为第一模型管片衬砌32的长度，L’t1为第一模型盾体31内部包含的第一模型管片衬砌32的长度，Lc1为第一油缸组35的长度；Ls2为第二模型盾体33的长度，Lt2为第二模型管片衬砌34的长度，L’t2为第二模型盾体33内部包含的第二模型管片衬砌34的长度，L”t2为隔墙2内部的第二模型管片衬砌34的长度，Δ为两条模型隧道之间的对接间隙，所述土槽侧壁11上预设半套筒36，所述半套筒36为圆柱形，一端固定在所述土槽侧壁11上，所述半套筒36的内尺寸与所述第一模型盾体31的内尺寸相同，所述半套筒36与所述第一模型管片衬砌32之间设置第一密封刷37和密封橡胶板，阻止所述填土区13的土和水进入所述盾构对接模型3内部，第一油缸组35提供的第一模型管片衬砌32环间接缝预紧力满足下述公式： 式中，p为第一模型管片衬砌32环间接缝预紧应力，F为原型盾构刀盘前方水土压力的合力，S为原型衬砌环缝接触面积，cσ为模型试验的应力相似比，第二油缸组38提供的环间预紧力与第一油缸组相同。

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