CN209816944U - 一种模拟基坑分段开挖对隧道影响的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟基坑分段开挖对隧道影响的实验装置，包括顶部敞口的模型箱，模型箱内设有模拟地下连续墙、模拟隧道管，地下连续模拟墙的外侧壁四周和模拟隧道管的内壁均分别设有若干应变片，模拟地下连续墙内设有若干模拟中隔墙将模拟地下连续墙分成若干模拟开挖区，每个模拟开挖区的内部均设有用于支撑模拟开挖区侧壁的支撑机构，支撑机构连接有压力传感器，每个模拟开挖区的内部下部均设有底板，底板连接有抗拔机构，每个模拟开挖区均连接有抽浆机构。本实用新型提供的实验装置能够模拟出基坑分段开挖过程对隧道所产生的影响，能够有效模拟实际施工，可为实际施工提供有价值的数据依据，以供实际施工参考，从而减少实际施工的风险。

Description

一种模拟基坑分段开挖对隧道影响的实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种模拟基坑分段开挖对隧道影响的实验装置，属于隧道工程技术领域。

背景技术

随着城市化进程的加快，地面空间越来越拥挤，因此国内许多城市都开始发展地铁。目前地铁车站的建设方法大多采用明挖基坑的方式，当基坑内的土体被挖除时，下方的土体处于卸载回弹的状态，土体向上移动将导致基坑凸起，周围的结构物也将受影响。

地铁车站基坑是一种狭长型基坑，传统的开挖方式是采取台阶法退步分段开挖，但当侧下方存在既有隧道时，该方法无法满足下方隧道变形的要求。针对此种现象，目前有采用基坑分段开挖对地铁车站基坑进行开挖，即将基坑分块，采用“挖一跳一”的方式进行开挖，随后对已开挖的部分浇筑底板采用抗拔桩固定，用部分未开挖的土体重量平衡基坑下方的***，然后再将未开挖的土体进行开挖，最终形成整个基坑。

为了减少现场施工的危险，目前基坑开挖前通常通过相关的实验装置在室内模拟出基坑开挖对隧道影响，为现场施工提供数据参考依据。但是目前的实验装置仅能模拟一个断面开挖的情况，还无法模拟出基坑分段开挖对隧道影响，无法对实际工程提供有价值的参考信息。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的是提供一种模拟基坑分段开挖对隧道影响的实验装置，为实际工程提供有价值的参考信息，避免风险发生。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种模拟基坑分段开挖对隧道影响的实验装置，包括顶部敞口的模型箱，所述模型箱内设有模拟地下连续墙，所述模拟地下连续墙的邻近区域设有模拟隧道管，所述地下连续模拟墙的外侧壁四周和模拟隧道管的内壁均分别设有若干应变片，所述模拟地下连续墙内设有若干模拟中隔墙将模拟地下连续墙分成若干模拟开挖区，每个模拟开挖区的内部均设有用于支撑模拟开挖区侧壁的支撑机构，支撑机构连接有压力传感器，每个模拟开挖区的内部下部均设有可以上下活动的底板，底板连接有用于防止底板向上移动的抗拔机构，每个模拟开挖区均连接有抽浆机构。

作为优选方案，每个模拟开挖区的内部均自上而下设有若干高度不同的支撑机构。

作为优选方案，所述支撑机构包括横向支撑杆和纵向支撑杆，横向支撑杆和纵向支撑杆的两端分别与模拟开挖区的内侧壁相连，所述横向支撑杆和纵向支撑杆的一端分别与压力传感器相连，另一端分别连接有支撑千斤顶。

作为进一步优选方案，所述支撑机构还包括支撑支架，所述支撑支架设于模拟开挖区的内侧壁上，用于支撑横向支撑杆和纵向支撑杆，且所述压力传感器和支撑千斤顶分别与支撑支架相连。

作为优选方案，所述模拟开挖区的内部设有防水膜。

作为优选方案，所述抗拔机构包括抗拔千斤顶、滑轮和钢丝绳，钢丝绳的一端与底板相连，另一端穿过滑轮与抗拔千斤顶相连。

作为优选方案，所述抽浆机构包括水管，水管的一端与模拟开挖区相连通，另一端连有水泵单元。

作为优选方案，所述模拟箱的箱体包括箱体上层和箱体下层，所述箱体上层的顶部敞口，所述模拟地下连续墙、模拟隧道管、模拟中隔墙设于箱体上层内。

相较于现有技术，本实用新型的有益技术效果在于：

本实用新型提供的实验装置能够模拟出基坑分段开挖过程对隧道所产生的影响，能够有效模拟实际施工，可为实际施工提供有价值的数据依据，以供实际施工参考，从而减少实际施工的风险；并且，本实用新型还具有结构简单、使用方便等优点，具有极强的实用价值。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种模拟基坑分段开挖对隧道影响的实验装置的俯视图；

图2是本实用新型提供的试验装置中的模拟地下连续墙的俯视图；

图3是本实用新型提供的试验装置中的模拟开挖区的示意图；

图4是本实用新型提供的试验装置沿着A-A方向的剖面图；

图5是本实用新型提供的试验装置沿着B-B方向的剖面图；

图中标号示意如下：1、模型箱；11、箱体上层；12、箱体下层；2、模拟地下连续墙；3、模拟隧道管；4、应变片；5、模拟中隔墙；6、支撑机构；61、横向支撑杆；62、纵向支撑杆；63、支撑千斤顶；64、支撑支架；7、压力传感器；8、底板；9、抗拔机构；91、抗拔千斤顶；92、滑轮；93、钢丝绳；10、抽浆机构；101、水管；102、水泵单元；A/B/C/D/E、模拟开挖区。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步清楚、完整地描述。

实施例

请结合图1至图5所示：本实用新型提供的一种模拟基坑分段开挖对隧道影响的实验装置，包括顶部敞口的模型箱1，所述模型箱1内设有模拟地下连续墙2，所述模拟地下连续墙2的邻近区域设有模拟隧道管3，所述地下连续模拟墙2的外侧壁四周和模拟隧道管3的内壁均分别设有若干应变片4，所述模拟地下连续墙2内设有若干模拟中隔墙5将模拟地下连续墙2分成若干模拟开挖区，每个模拟开挖区的内部均设有用于支撑模拟开挖区侧壁的支撑机构6，支撑机构6连接有压力传感器7，每个模拟开挖区的内部下部均设有可以上下活动的底板8，底板8连接有用于防止底板8向上移动的抗拔机构9，每个模拟开挖区均连接有抽浆机构10。设置的模拟地下连续墙2和模拟中隔墙5用于模拟基坑工程中的维护结构，模拟地下连续墙2的内部区域用于模拟基坑整体，模拟开挖区用于模拟分段的基坑；支撑机构6和压力传感器7用于模拟基坑工程中的支撑过程；底板8用于模拟基坑工程中的基坑底板，抗拔机构9用于模拟基坑工程中的抗拔桩，通过抗拔机构9对底板8的限定，可以模拟基坑开挖过程中的挖土及抗拔桩过程；抽浆机构10用于对模拟开挖区的浆液进行抽浆，用于模拟基坑分段开挖过程中的分段抽浆过程；上述设备可用于模拟基坑分段开挖施工；同时设有的应变片4可以实时记录模拟地下连续墙2和模拟隧道管3在模拟施工过程中的变形情况，进而可以模拟出基坑分段开挖对隧道影响，为实际施工提供有价值的数据依据。

结合图1、2、4、5可见，每个模拟开挖区的内部均自上而下设有若干高度不同的支撑机构6。基坑分段开挖过程中，随着抽浆机构10对模拟开挖区不断的抽浆，模拟开挖区内不同高度的侧壁所承受的压力会有所变化，设有不同高度的支撑机构6，可以更为真实、精确的模拟实际施工中基坑的开挖、抽浆过程。

本实施例中，所述支撑机构6包括横向支撑杆61和纵向支撑杆62，横向支撑杆61和纵向支撑杆62的两端分别与模拟开挖区的内侧壁相连，横向支撑杆61和纵向支撑杆62可以同时对模拟开挖区的横向和纵向进行支撑，从而在模拟开挖区内形成支撑平面，可以有效支撑住模拟开挖区及模拟地下连续墙2，进而抵御模拟地下连续墙2外部的模拟土体压力。所述横向支撑杆61和纵向支撑杆62的一端分别与压力传感器7相连，压力传感器7用于检测模拟开挖区及模拟地下连续墙2的内壁侧所承受的压力情况。横向支撑杆61和纵向支撑杆62的另一端分别连接有支撑千斤顶63，对横向支撑杆61和纵向支撑杆62起到顶升作用，以使横向支撑杆61和纵向支撑杆62更好的对模拟开挖区进行支撑。

进一步的，所述支撑机构6还包括支撑支架64，所述支撑支架64设于模拟开挖区的内侧壁上，用于支撑横向支撑杆61和纵向支撑杆62，且所述压力传感器7和支撑千斤顶63分别与支撑支架64相连。

支撑机构6的数量可以根据地下连续模拟墙2和模拟中隔墙5的高度，即模拟开挖区的高度进行灵活调整，例如，本实施例中，每个模拟开挖区内设有两个不同高度的支撑机构6，即可在模拟开挖区内形成两层平面支撑。

每个高度的支撑机构6中的横向支撑杆61和纵向支撑杆62的数量也可以根据模拟开挖区的面积的大小进行灵活调整，例如，本实施例中，每个高度的支撑机构6中设有两个横向支撑杆61和一个纵向支撑杆62。

本实施例中，地下连续模拟墙2的外侧壁四周设有若干应变片4，应变片4用于记录基坑开挖施工过程中地下连续模拟墙2的外侧壁的应力及变形情况，进而模拟基坑开挖施工过程中基坑侧壁的应力及变形情况，为了更好的模拟基坑侧壁的应力及变形情况，地下连续模拟墙2上的应变片4设置在支撑机构6与地下连续模拟墙2连接处的邻近区域，例如，具体的，设置在横向支撑杆61和纵向支撑杆62与地下连续模拟墙2连接处的邻近区域。

模拟中隔墙5的数量根据实际情况灵活调整，例如，本实施例中，设有四个模拟中隔墙5将模拟地下连续墙2分成五个模拟开挖区，如图3中的A、B、C、D、E即代表由模拟中隔墙5分成的五个连续的不同的模拟开挖区。

另外，本申请中，所述模拟开挖区的内部设有防水膜(未显示)，以防止浆液渗透。

如图4、图5所示，所述抗拔机构9包括抗拔千斤顶91、滑轮92和钢丝绳93，钢丝绳93的一端与底板8相连，另一端穿过滑轮92与抗拔千斤顶91相连。模拟抽浆施工时，模拟开挖区中的浆液逐渐被抽出，底板8上面的土体及浆液被卸载进而导致底板8向上回弹，此时，钢丝绳93在抗拔千斤顶91和滑轮92的作用下可以对底板8施加拉力，将底板8约束固定住，防止底板8向上移动，此过程可以模拟出基坑开挖过程中的抗拔桩。为了保证抗拔桩效果以及装置整体的平稳性，抗拔机构9的数量可以为一个或多个，例如，本实施例中，抗拔机构9的数量为两个，有两根钢丝绳93与底板8相连，对底板8的作用效果更好。

如图1、图4所示，所述抽浆机构10包括水管101，水管101的一端与模拟开挖区相连通，另一端连有水泵单元102。抽浆的时候，启动水泵单元102，在水泵单元102的作用下，模拟开挖区内的浆液通过水管101被抽出。水泵单元102包括至少一台水泵，所有的水管101可以共同接到一个水泵上，也可以每个水管102分别对应连接有单独的水泵，水泵单元102还包括用于控制水泵开关的控制单元。

如图4、图5所示，所述模拟箱1的箱体包括箱体上层11和箱体下层12，所述箱体上层11的顶部敞口，所述模拟地下连续墙2、模拟隧道管3、模拟中隔墙5设于箱体上层11内，方便设备的安装、模拟土体的填入、浆液的注入和抽取。箱体下层12可用于对箱体上层11进行支撑。

抗拔机构9中的抗拔千斤顶91、滑轮92设于箱体下层12内，钢丝绳93的一端与抗拔千斤顶91，另一端穿过滑轮92和箱体下层12后与底板8相连，对抗拔机构9起到了保护作用。

本实用新型所述的模拟基坑分段开挖对隧道影响的实验装置使用时：

1)布置实验装置：

将抗拔机构9中的抗拔千斤顶91、滑轮92设于箱体下层12内，钢丝绳93的一端与抗拔千斤顶91，另一端穿过滑轮92和箱体下层12；向箱体上层11内放入模拟土体，当模拟土体放置到设计的隧道底部埋深时，安装模拟隧道管3，模拟隧道管3的内壁设有若干应变片4；当模拟土体放置到嵌固深度时，***模拟地下连续墙2，然后在模拟地下连续墙2内安装若干模拟中隔墙5将模拟地下连续墙2分成若干模拟开挖区(本实施例中，安装四个模拟中隔墙5将模拟地下连续墙2分成A、B、C、D、E五个模拟开挖区)，然后继续在模拟地下连续墙2的内外继续填入模拟土体；当模拟土体填到设计的基坑底板标高时在每个模拟开挖区内分别放置底板8，同时将抗拔机构9中的钢丝绳93与底板8相连，同时还可以在模拟开挖区内分别铺设防水膜以防止作业空间渗水；接着在每个模拟开挖区内安装支撑机构6和压力传感器7(本实施例中，每个模拟开挖区内分别安装两个不同高度的支撑机构6，每个支撑机构6均包括两个横向支撑杆61和一个纵向支撑杆62，横向支撑杆61和纵向支撑杆62的两端固定于支撑支架64上，同时横向支撑杆61和纵向支撑杆62的一端分别与压力传感器7相连，另一端分别连接有支撑千斤顶63)；接着在模拟地下连续墙2的外侧壁上安装应变片4，应变片4设置在支撑机构6与地下连续模拟墙2连接处的邻近区域；同时，每个模拟开挖区分别连接有抽浆机构10；继续向模拟地下连续墙2外填入模拟土体，当模拟地下连续墙2外的模拟土体填至设计地面标高时，向每个模拟开挖区内倒入与模拟土体等重的浆液，以平衡模拟地下连续墙2及模拟开挖区外的土压力；

2)布置完成后，进行模拟施工：

以模拟开挖区的A区为例进行说明：开启应变片4、压力传感器7；开启抽浆机构10，抽浆机构10对A区内的浆液进行抽取(用于模拟A区的土体开挖操作)，随着浆液的抽取，A区内的液位下降，当A区内的液位降到对应高度的支撑机构6的高度时，控制对应高度的支撑机构6使其可以持续对A区进行支撑；当A区内的浆液被抽取殆尽后，底板8上方无浆液压力，底板8向上回弹，开启抗拔机构9，抗拔机构9中的抗拔千斤顶91回缩牵引钢丝绳93，钢丝绳93在滑轮92及抗拔千斤顶91的作用下对底板8施加拉力，将底板8约束固定住，从而防止底板8向上回弹，此操作即可模拟基坑开挖施工工程中的抗拔桩操作；

然后按照A区的操作对其余模拟开挖区进行模拟施工即可；

此外，在模拟施工的同时，由于应变片4和压力传感器7均处于开启状态，因此可以通过压力传感器7来记录施工过程中，模拟地下连续墙2及A区所承受的来自外部的土体压力情况及内部所承受的支撑情况；可以通过应变片4来记录基坑开挖的施工过程中模拟地下连续墙2及模拟隧道管3的变形情况，进而模拟出基坑分段开挖施工对模拟隧道管3的影响。

最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种模拟基坑分段开挖对隧道影响的实验装置，其特征在于：包括顶部敞口的模型箱，所述模型箱内设有模拟地下连续墙，所述模拟地下连续墙的邻近区域设有模拟隧道管，所述地下连续模拟墙的外侧壁四周和模拟隧道管的内壁均分别设有若干应变片，所述模拟地下连续墙内设有若干模拟中隔墙将模拟地下连续墙分成若干模拟开挖区，每个模拟开挖区的内部均设有用于支撑模拟开挖区侧壁的支撑机构，支撑机构连接有压力传感器，每个模拟开挖区的内部下部均设有可以上下活动的底板，底板连接有用于防止底板向上移动的抗拔机构，每个模拟开挖区均连接有抽浆机构。

2.根据权利要求1所述的模拟基坑分段开挖对隧道影响的实验装置，其特征在于：每个模拟开挖区的内部均自上而下设有若干高度不同的支撑机构。

3.根据权利要求1或2所述的模拟基坑分段开挖对隧道影响的实验装置，其特征在于：所述支撑机构包括横向支撑杆和纵向支撑杆，横向支撑杆和纵向支撑杆的两端分别与模拟开挖区的内侧壁相连，所述横向支撑杆和纵向支撑杆的一端分别与压力传感器相连，另一端分别连接有支撑千斤顶。

4.根据权利要求3所述的模拟基坑分段开挖对隧道影响的实验装置，其特征在于：所述支撑机构还包括支撑支架，所述支撑支架设于模拟开挖区的内侧壁上，用于支撑横向支撑杆和纵向支撑杆，且所述压力传感器和支撑千斤顶分别与支撑支架相连。

5.根据权利要求1所述的模拟基坑分段开挖对隧道影响的实验装置，其特征在于：所述抗拔机构包括抗拔千斤顶、滑轮和钢丝绳，钢丝绳的一端与底板相连，另一端穿过滑轮与抗拔千斤顶相连。

6.根据权利要求1所述的模拟基坑分段开挖对隧道影响的实验装置，其特征在于：所述抽浆机构包括水管，水管的一端与模拟开挖区相连通，另一端连有水泵单元。