CN110187080A - 一种地铁相似模拟试验用的模块化土箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种地铁相似模拟试验用的模块化土箱，包括箱底板、第一侧箱板、第二侧箱板、第三侧箱板和第四侧箱板，第一侧箱板、第二侧箱板、第三侧箱板和第四侧箱板依次安装在箱底板上板面上且第一侧箱板、第二侧箱板、第三侧箱板、第四侧箱板和箱底板围成一个敞口的箱体；第一侧箱板上和第三侧箱板上均安装有可拆卸的开挖模块，开挖模块包括安装架和设有开挖孔的安装板，安装板通过安装架可拆卸安装，开挖孔由可拆卸的封堵构件封堵；箱体内部空腔经开挖孔与外界连通。本发明设计了侧面可拆卸的开挖模块，可以在不同的相似模拟试验中，满足不同相似比条件下的不同地铁隧道深度、不同开挖荒径等试验条件下的相似模拟试验土箱设计。

Description

一种地铁相似模拟试验用的模块化土箱

技术领域

本发明涉及地铁施工技术领域。具体地说是一种地铁相似模拟试验用的模块化土箱。

背景技术

随着我国地铁的大规模建设，在软土地区越来越多的地铁隧道采用冻结法进行施工，目前许多高校、研究机构对隧道冻结法施工对上部地表或构筑物影响进行研究，相似模拟试验方法是研究复杂工程问题的一种重要方法，在实际工程与模拟试验换算中，模拟试验需要依据相似准则制作试验土箱以满足试验边界条件、加载条件等换算条件。然而，不同的工程对应的边界条件不同，有些工程核心区较小，故所需土箱也较小，而有些工程核心区较复杂，所需土箱相对较大，且地铁施工工程多涉及开挖、冻结等工序，需要在土箱上部开孔以模拟开挖，不同工程土箱开孔位置不同，出现多个模型试验需要制造多个土箱的现象，造成试验材料的浪费和试验成本的提高。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种地铁相似模拟试验用的模块化土箱，设计了侧面可拆卸的开挖模块，可以在不同的相似模拟试验中，满足不同相似比条件下的不同地铁隧道深度、不同开挖荒径等试验条件下的相似模拟试验土箱设计。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种地铁相似模拟试验用的模块化土箱，包括箱底板、第一侧箱板、第二侧箱板、第三侧箱板和第四侧箱板，所述第一侧箱板、所述第二侧箱板、所述第三侧箱板和所述第四侧箱板依次安装在所述箱底板上板面上且所述第一侧箱板、所述第二侧箱板、所述第三侧箱板、所述第四侧箱板和所述箱底板围成一个敞口的箱体；所述第一侧箱板上和所述第三侧箱板上均安装有可拆卸的开挖模块，所述开挖模块包括安装架和设有开挖孔的安装板，所述安装板通过所述安装架可拆卸安装，所述开挖孔由可拆卸的封堵构件封堵；所述箱体内部空腔经所述开挖孔与外界连通。

上述地铁相似模拟试验用的模块化土箱，所述封堵构件包括承载法兰、封堵板和固定法兰，所述承载法兰安装在所述安装板上且与所述开挖孔同轴装配，所述固定法兰与所述承载法兰通过螺栓连接且所述封堵板设置在所述固定法兰与所述承载法兰之间，所述开挖孔由所述封堵板封堵。

上述地铁相似模拟试验用的模块化土箱，正对所述开挖孔的所述封堵板上开设有冻结管预留定位孔。

上述地铁相似模拟试验用的模块化土箱，所述安装板设有梯形孔，所述梯形孔由封堵块封堵。

上述地铁相似模拟试验用的模块化土箱，所述封堵块为亚克力板，所述封堵块上设有卸压孔，所述卸压孔由封堵件封堵。

上述地铁相似模拟试验用的模块化土箱，在所述第一侧箱板上，位于所述开挖模块左侧或右侧且邻近所述开挖模块的所述第一侧箱板上开设有第一观察窗；在所述第三侧箱板上，在位于所述开挖模块左侧或右侧且邻近所述开挖模块的所述第三侧箱板上开设有第二观察窗；所述第一观察窗和所述第二观察窗内分别内嵌装有透明亚克力板。

上述地铁相似模拟试验用的模块化土箱，在所述第一侧箱板上，位于所述开挖模块上方的所述第一侧箱板上开设有第一综合窗口，所述第一综合窗口内设置有加强筋；在所述第三侧箱板上，位于所述开挖模块上方的所述第三侧箱板上开设有第二综合窗口，所述第二综合窗口内设置有加强筋。

上述地铁相似模拟试验用的模块化土箱，在所述第一侧箱板上，所述开挖模块设置在邻近所述箱底板的所述第一侧箱板上；在所述第三侧箱板上，所述开挖模块设置在邻近所述箱底板的所述第三侧箱板上。

上述地铁相似模拟试验用的模块化土箱，所述第二侧箱板和所述第四侧箱板分别与所述箱底板上板面可拆卸连接。

上述地铁相似模拟试验用的模块化土箱，所述第一侧箱板外壁上、所述第二侧箱板外壁上、所述第三侧箱板外壁上、所述第四侧箱板外壁上和所述箱底板下板面上均设有支撑骨架。

本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

本发明通过对土箱的可拆卸部分的改造，达到减少不同工程试验用重新设计制造的目的，降低试验成本，加快相似模拟试验进度。

附图说明

图1为本发明地铁相似模拟试验用的模块化土箱的结构示意图；

图2为本发明地铁相似模拟试验用的模块化土箱的结构示意图。

图中附图标记表示为：1-第一侧箱板；2-第二侧箱板；3-第三侧箱板；4-第四侧箱板；5-箱底板；6-支撑骨架；7-透明亚克力板；8-第二综合窗口；10-安装板；11-开挖孔；12-冻结管预留定位孔；13-固定法兰；14-承载法兰；15-封堵板；16-安装架。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明地铁相似模拟试验用的模块化土箱，包括箱底板5、第一侧箱板1、第二侧箱板2、第三侧箱板3和第四侧箱板4，所述第一侧箱板1、所述第二侧箱板2、所述第三侧箱板3和所述第四侧箱板4依次安装在所述箱底板5上板面上且所述第一侧箱板1、所述第二侧箱板2、所述第三侧箱板3、所述第四侧箱板4和所述箱底板5围成一个敞口的箱体；所述第一侧箱板1上和所述第三侧箱板3上均安装有可拆卸的开挖模块，所述开挖模块包括安装架16和设有开挖孔11的安装板10，所述安装板10通过所述安装架16可拆卸安装，所述开挖孔11由可拆卸的封堵构件封堵；所述箱体内部空腔经所述开挖孔11与外界连通。其中，在所述第一侧箱板1上，所述开挖模块设置在邻近所述箱底板5的所述第一侧箱板1上；在所述第三侧箱板3上，所述开挖模块设置在邻近所述箱底板5的所述第三侧箱板3上；所述封堵构件包括承载法兰14、封堵板15和固定法兰13，所述承载法兰14安装在所述安装板10上且与所述开挖孔11同轴装配，所述固定法兰13与所述承载法兰14通过螺栓连接且所述封堵板15设置在所述固定法兰13与所述承载法兰14之间，所述开挖孔11由所述封堵板15封堵。本实施例中，所述封堵板15为厚度为20mm的亚克力板，这样即可以在上覆压力条件下不漏土，也可以在模拟开挖时可直接将亚克力板凿除，开挖模型隧道土体，以模拟实际工程开挖。

鉴于部分试验中隧道采用冻结法施工，为便于冻结管的铺设，本实施例中，在正对所述开挖孔11的所述封堵板15上开设有冻结管预留定位孔12，从而便于冻结管穿过，即保证冻结管定位精度，又可以节约冻结管布设时间。所述安装板10还设有梯形孔9，所述梯形孔9由封堵块封堵，本实施例中，所述梯形孔9开设在位于两个所述开挖孔11之间且位于两个所述开挖孔11上方的所述安装板10上，所述封堵块为亚克力板，所述封堵块上设有卸压孔，所述卸压孔由封堵件封堵，所述封堵件为圆钢。通过在所述封堵块上钻孔，布设冻结工程中常用的所述卸压孔，可以模拟地铁隧道冻结工程中常用的三角区卸压，卸压时将所述封堵件抽出，即可模拟冻结工程中常用的取土卸压。其中，所述三角区为位于两个平行地铁隧道之间且位于两个平行隧道中轴线上方的区域，冻结法施工时，这个位置土压力较大，工程中一般在此取土卸压。

而为方便观察试验现象，在所述第一侧箱板1上，位于所述开挖模块左侧或右侧且邻近所述开挖模块的所述第一侧箱板1上开设有第一观察窗；在所述第三侧箱板3上，在位于所述开挖模块左侧或右侧且邻近所述开挖模块的所述第三侧箱板3上开设有第二观察窗；所述第一观察窗和所述第二观察窗内分别内嵌装有厚度为10mm的透明亚克力板7，通过所述第一观察窗和所述第二观察窗可以观察所述箱体内部在土体试验过程中的变化。

而为了方便在部分隧道下穿上部结构工程中使用，本实施例中，在所述第一侧箱板1上，位于所述开挖模块上方的所述第一侧箱板1上开设有第一综合窗口，所述第一综合窗口内设置有加强筋；在所述第三侧箱板3上，位于所述开挖模块上方的所述第三侧箱板3上开设有第二综合窗8口，所述第二综合窗8口内设置有加强筋。此时，若有上部结构，可使用该窗口观察上部结构变化、安装传感器、传递传感器线缆等，若无上部结构，则在所述第一综合窗口内侧和所述第二综合窗8口内侧均安装有挡板。

由于模拟试验地铁隧道施工工程不同，用土量也会有较大区别，因而当所述箱体内装有的土量较大的时候，试验完成后土体取出困难，而为了方便土体的填入和挖出，即方便使用机械(室内挖掘机等)将土体挖出，本实施例中，所述第二侧箱板2和所述第四侧箱板4分别与所述箱底板5上板面可拆卸连接，所述第二侧箱板2外壁上和所述第四侧箱板4外壁上均设有侧箱板支撑架，在试验完成后，可以将所述第一侧箱板1和/或所述第四侧箱板4拆卸下来，然后将箱体内的土体挖出移走。

为防止土箱在上覆荷载下产生变形，所述第一侧箱板1外壁上、所述第二侧箱板2外壁上、所述第三侧箱板3外壁上、所述第四侧箱板4外壁上和所述箱底板5下板面上均设有支撑骨架6，所述支撑骨架6采用30mm×50mm×5mm方钢管制成，所述第一侧箱板1、所述第二侧箱板2、所述第三侧箱板3、所述第四侧箱板4和所述箱底板5采用10mm厚钢板制成。本实施例中，将所述第二侧箱板2通过所述第二侧箱板2外壁上的所述支撑骨架6和螺栓分别与所述第一侧箱板1外壁上的所述支撑骨架6、所述第三侧箱板3外壁上的所述支撑骨架6和所述箱底板5可拆卸连接，将所述第四侧箱板4通过所述第四侧箱板4外壁上的所述支撑骨架6和螺栓分别与所述第一侧箱板1外壁上的所述支撑骨架6、所述第三侧箱板3外壁上的所述支撑骨架6和所述箱底板5可拆卸连接。这样，当试验时所需土体长度较短时，可以同时将所述第二侧箱板2和所述第四侧箱板4向中间移动，从而使得所述箱体内的土体长度缩短，节约试验时间。

考虑部分试验中隧道采用冻结法施工，模拟试验需要考虑冻结卸压影响，本实施例中，在卸压位置开小孔，安装两个对应小孔的法兰，法兰上安装亚克力玻璃板，可以模拟工程中的冻结卸压。

本发明是为了避免出现多少个模型试验需要制造多个土箱的现象而设计制作的，所述第一侧箱板1上的所述开挖模块和所述第三侧箱板3上的所述开挖结构，对于不同工程、不同模型大小使用同一个土箱时，仅需要改变所述开挖模块既可进行试验，极大节省了需要多个模型试验所需要的试验成本。

本实施例中，所述箱体内部空间尺寸为长×宽×高＝3000mm×1500mm×1500mm，该尺寸可适用于大多数隧道工程模型试验。而且所述第二侧箱板2和所述第四侧箱板4所用钢板为1500mm×1500mm正方形挡板，当试验边界条件不需要3000mm长时，可采用两侧放置挡板的方式将土箱长度方向缩短，节约试验时间。

更换所述第二侧箱板2和所述第四侧箱板4时，先拆掉固定用的螺栓，然后将所述第二侧箱板2或/和所述第四侧箱板4取下，更换新的所述第而侧箱板或/和第四侧箱板4，并将螺栓拧紧，即可完成所述第二侧箱板2或/和所述第四侧箱板4的更换。

更换所述封堵板15时，先将所述固定法兰13取下，然后更换新的所述封堵板15，然后利用所述固定法兰13将所述封堵板15固定在所述安装板10上，即可完成所述封堵板15的更换。

使用本发明进行地铁相似模拟试验模拟隧道开挖等，现在所述第一侧箱板1、所述第二侧箱板2、所述第三侧箱板3和所述第四侧箱板4内壁上抹上少许黄油，以减小土体、内部结构与所述箱体内壁在试验过程中的摩擦力。

进行模型试验时，将用于本次试验的所述开挖模块安装在所述第一侧箱板1和所述第三侧箱板3上，并安装对应的所述封堵板15，装入土体，连接试验各***，开始试验，开挖时破拆所述封堵板15模拟开挖，试验完成后打开所述第二侧箱板2和所述第四侧箱板4，利用室内挖掘机将试验土体挖出装袋，完成试验。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种地铁相似模拟试验用的模块化土箱，其特征在于，包括箱底板(5)、第一侧箱板(1)、第二侧箱板(2)、第三侧箱板(3)和第四侧箱板(4)，所述第一侧箱板(1)、所述第二侧箱板(2)、所述第三侧箱板(3)和所述第四侧箱板(4)依次安装在所述箱底板(5)上板面上且所述第一侧箱板(1)、所述第二侧箱板(2)、所述第三侧箱板(3)、所述第四侧箱板(4)和所述箱底板(5)围成一个敞口的箱体；所述第一侧箱板(1)上和所述第三侧箱板(3)上均安装有可拆卸的开挖模块，所述开挖模块包括安装架(16)和设有开挖孔(11)的安装板(10)，所述安装板(10)通过所述安装架(16)可拆卸安装，所述开挖孔(11)由可拆卸的封堵构件封堵；所述箱体内部空腔经所述开挖孔(11)与外界连通。

2.根据权利要求1所述的地铁相似模拟试验用的模块化土箱，其特征在于，所述封堵构件包括承载法兰(14)、封堵板(15)和固定法兰(13)，所述承载法兰(14)安装在所述安装板(10)上且与所述开挖孔(11)同轴装配，所述固定法兰(13)与所述承载法兰(14)通过螺栓连接且所述封堵板(15)设置在所述固定法兰(13)与所述承载法兰(14)之间，所述开挖孔(11)由所述封堵板(15)封堵。

3.根据权利要求2所述的地铁相似模拟试验用的模块化土箱，其特征在于，正对所述开挖孔(11)的所述封堵板(15)上开设有冻结管预留定位孔(12)。

4.根据权利要求3所述的地铁相似模拟试验用的模块化土箱，其特征在于，所述安装板(10)设有梯形孔(9)，所述梯形孔(9)由封堵块封堵。

5.根据权利要求4所述的地铁相似模拟试验用的模块化土箱，其特征在于，所述封堵块为亚克力板，所述封堵块上设有卸压孔，所述卸压孔由封堵件封堵。

6.根据权利要求5所述的地铁相似模拟试验用的模块化土箱，其特征在于，在所述第一侧箱板(1)上，位于所述开挖模块左侧或右侧且邻近所述开挖模块的所述第一侧箱板(1)上开设有第一观察窗；在所述第三侧箱板(3)上，在位于所述开挖模块左侧或右侧且邻近所述开挖模块的所述第三侧箱板(3)上开设有第二观察窗；所述第一观察窗和所述第二观察窗内分别内嵌装有透明亚克力板(7)。

7.根据权利要求6所述的地铁相似模拟试验用的模块化土箱，其特征在于，在所述第一侧箱板(1)上，位于所述开挖模块上方的所述第一侧箱板(1)上开设有第一综合窗口，所述第一综合窗口内设置有加强筋；在所述第三侧箱板(3)上，位于所述开挖模块上方的所述第三侧箱板(3)上开设有第二综合窗口(8)，所述第二综合窗口(8)内设置有加强筋。

8.根据权利要求7所述的地铁相似模拟试验用的模块化土箱，其特征在于，在所述第一侧箱板(1)上，所述开挖模块设置在邻近所述箱底板(5)的所述第一侧箱板(1)上；在所述第三侧箱板(3)上，所述开挖模块设置在邻近所述箱底板(5)的所述第三侧箱板(3)上。

9.根据权利要求1～8任一所述的地铁相似模拟试验用的模块化土箱，其特征在于，所述第二侧箱板(2)和所述第四侧箱板(4)分别与所述箱底板(5)上板面可拆卸连接。

10.根据权利要求1～8任一所述的地铁相似模拟试验用的模块化土箱，其特征在于，所述第一侧箱板(1)外壁上、所述第二侧箱板(2)外壁上、所述第三侧箱板(3)外壁上、所述第四侧箱板(4)外壁上和所述箱底板(5)下板面上均设有支撑骨架(6)。