【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于巖土及地下工程中的隧道工程，特別是涉及一種盾構隧道變形的自主調控模型試驗裝置及試驗方法。
技術介紹
1、盾構隧道技術因其高機械化水平和安全施工優勢，在城市軌道交通建設中被廣泛運用；然而，運營多年的盾構隧道可能出現襯砌結構的滲漏水、裂縫和大變形等病害問題。目前，主要通過鋼板進行內部加固或通過向隧道外側注漿方式進行外部加固，以上方式雖然有效，但多為被動加固。因此，探索隧道的主動調控技術，成為了隧道維修加固領域中一種極具潛力的新方法。
2、針對盾構隧道在建設及運營期間出現的各類結構病害，研究通常集中于被動修復加固策略，其已發生的橢變無法得到改變，為了更有效地解決這一問題，本研究采用全方位的自主調節控制策略，專注于調控盾構隧道在不同方位的變形，從根本上改善結構穩定性和延長其使用壽命。
3、目前針對盾構隧道模型試驗，申請號為201910558112.1的《一種地鐵相似模擬試驗用的模塊化土箱》設計了四塊側箱板采用鋼板做擋板，在側箱板上開設有觀察窗，但側箱板整體非透明，直觀性不佳，也不利于觀察與記錄模型結構及其周圍土體的變化。申請號為202311106365.8的《一種囊袋式注漿錨桿》囊袋作用主要為注漿實現不同的錨固效果，但本專利氣囊可增大或縮小體積用于隧道恢復形變，同時起到一定的緩沖作用；申請號為202110544145.8的《一種通過柔體膨脹調控隧道矢量變形的多維主動控制方法》通過柔體膨脹調控隧道變形，但是當對隧道底部作用時，易造成拱底抬升，而拱頂不動；但本專利在針對拱底作用時，內部有內部支撐系統確保
4、然而，現有的盾構隧道加固試驗裝置在隧道修復機理方面不清晰，且土體變化過程又缺乏明確的認識，這些裝置未能有效適應于需要快速搶修的盾構隧道的天窗時間限制。因此，迫切需要開發一種高度可視化的盾構隧道主動調控模型試驗裝置，以便進行深入的試驗研究。這種裝置將使研究人員能夠實時觀察和分析隧道在各種應力條件下的行為和反應，從而為盾構隧道的快速修復提供理論依據和實踐指導。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于針對被動修復技術的不足提供一種盾構隧道變形的自主調控模型試驗裝置及其試驗方法，能夠綜合考慮盾構管片變形主動適度修復加固、土體損失主動補償措施等，對提高本領域的試驗水平具有顯著的科研意義。
2、本專利技術的技術方案如下：一種盾構隧道變形的自主調控模型試驗裝置，包括模型試驗箱結構，模型試驗箱結構是主要由槽鋼和角柱搭接成的外框架，內部由有機玻璃面板圍成長方體結構；還包括隧道主動內壓調控復合加固系統和隧道主動外壓調控系統；
3、所述隧道主動內壓調控復合加固系統包括弧形底架、千斤頂、弧形頂升架和芳綸纖維布，弧形頂升架和弧形底架的外弧面分別頂設于上下兩側盾構管片的內表面，弧形頂升架和弧形底架之間安置有用于頂升的千斤頂，弧形底架和/或弧形頂升架的外弧面上鋪設有芳綸纖維布；
4、所述隧道主動外壓調控系統包括鉆頭和一端與鉆頭對接的鉆桿，鉆桿上沿長度方向分布固定有多個變形體，所述變形體包括配有注氣系統的氣囊；
5、隧道主動內壓調控復合加固系統設置于隧道內部，隧道主動外壓調控系統設置于隧道外的側面或/和下方；
6、變形體通過金屬套筒套在鉆桿外部固定，采用卡箍在邊緣將氣囊固定在金屬套筒上，氣體注入接頭通過管路相連接，負責將氣體注入氣囊中，外部連接壓力表實時測定內部氣體壓力，模型試驗箱結構內的兩側設置側方基坑模塊，側方基坑模塊包括地連墻的模擬裝置，采用厚度20mm厚的pe板模擬地連墻。
7、上述模型試驗裝置中，隧道變形處外部的相對兩側分別沿豎向設置有隧道主動外壓調控系統，且隧道變形處外部的下方沿橫向設置有隧道主動外壓調控系統。
8、上述模型試驗裝置中，所述鉆桿為分段式結構，相鄰兩段鉆桿之間螺紋連接以將分段的鉆桿串聯為整體，每段鉆桿上均固定有變形體，變形體的氣囊端部引出有氣體注入接頭，且相鄰氣囊之間的氣體注入接頭通過連接管連接以將氣囊串聯，起始端的氣囊配有注氣系統。
9、上述模型試驗裝置中，所述氣體注入接頭或連接管上安裝有安裝套筒，安裝套筒上安裝有爆破閥。
10、進一步的，為了便于掌握主動頂升的壓力大小，對頂升幅度的調控作用，在千斤頂上部可以放置壓力計，從而測算出頂升壓力和位移的變化歷程情況；
11、進一步的，芳綸纖維布即可用于管片拱頂也可用于管片拱底的抗拉區域加固；
12、進一步的，為了防止粘貼芳綸纖維布于隧道內表面上的環氧樹脂意外粘貼于弧形板頂升架上，在芳綸纖維布和弧形板頂升架之間放置一層聚四氟乙烯塑料薄膜起到隔離作用；
13、進一步的，芳綸纖維布采用千斤頂作用于弧形頂升架和弧形底架，確保在局部內壓頂升并同步粘貼芳綸纖維布更加牢固；
14、進一步的，為了便于觀察在內壓頂升作用下盾構管片上承受的土體壓力情況，在管片周圍放置多個土壓力盒測定圍壓；
15、進一步的，為了便于測定管片位移情況，在管片內部布設位移計，測定管片內部頂升過程中豎向收斂和橫向收斂的變化，同時可測定氣囊在擴張過程中對管片的主動調控情況；
16、進一步的，根據管片的位移變化量，可以設置多個氣囊串聯或者并聯起到主動補償調控的作用。
17、本專利技術還提供了一種利用盾構隧道變形的自主調控模型試驗裝置的試驗方法，包括以下步驟：
18、1)在模型試驗箱中鋪設土層至有機玻璃開口位置，然后將拼裝好的已橢變的盾構管片放入土箱中，填充1倍洞徑高度土層，并夯實；
19、2)將隧道主動內壓調控復合加固系統安置于盾構管片內，并啟動隧道主動內壓調控復合加固系統修復盾構管片的橢變；
20、3)在隧道外部的下方沿橫向鉆入隧道主動外壓調控系統，并向隧道主動外壓調控系統內的氣囊充氣，通過下方的隧道主動外壓調控系統將隧道抬升至預定位置，橢變隧道一般會伴隨下沉，通過該步驟使隧道抬升至原始位置；
21、4)在隧道外部的相對兩側分別沿豎向鉆入隧道主動外壓調控系統，并向隧道主動外壓調控系統內的氣囊充氣，通過兩側的隧道主動外壓調控系統將盾構管片復位后，盾構管片兩側外部產生的空區進行填充。
22、上述試驗方法中，隧道主動內壓調控復合加固系統和隧道主動外壓調控系統的具體使用方法如下：
23、將弧形底架和弧形頂升架放入盾構襯砌內部，弧形頂升架和弧形底架的外弧面分別頂設于上下兩側盾構管片的內表面，弧形頂升架和弧形底架之間沿豎向安置千斤頂，將粘有環氧樹脂的芳綸纖維布放置于弧形頂升架和/或弧形底架的外弧面上；
24、啟動千斤頂進行頂升工作，依靠弧形頂升架和/或弧形底架將芳綸纖維布粘貼于盾構管本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種盾構隧道變形的自主調控模型試驗裝置，包括模型試驗箱結構(1)，模型試驗箱結構(1)是主要由槽鋼(13)和角柱(12)搭接成的外框架，內部由有機玻璃面板圍成長方體結構；其特征在于：還包括隧道主動內壓調控復合加固系統(2)和隧道主動外壓調控系統(3)；
2.根據權利要求1所述一種盾構隧道變形的自主調控模型試驗裝置，其特征在于：隧道變形處外部的相對兩側分別沿豎向設置有隧道主動外壓調控系統(3)，且隧道變形處外部的下方沿橫向設置有隧道主動外壓調控系統(3)。
3.根據權利要求1所述一種盾構隧道變形的自主調控模型試驗裝置，其特征在于：所述鉆桿(32)為分段式結構，相鄰兩段鉆桿(32)之間螺紋連接以將分段的鉆桿(32)串聯為整體，每段鉆桿(32)上均固定有變形體(30)，變形體(30)的氣囊(33)端部引出有氣體注入接頭(36)，且相鄰氣囊(33)之間的氣體注入接頭(36)通過連接管(34)連接以將氣囊(33)串聯，起始端的氣囊(33)配有注氣系統。
4.根據權利要求3所述一種盾構隧道變形的自主調控模型試驗裝置，其特征在于：所述氣體注入接頭(36)
5.根據權利要求1所述一種盾構隧道變形的自主調控模型試驗裝置，其特征在于：在模型試驗箱結構(1)里面設有管片周圍放置多個土壓力盒(79)測定隧道圍壓。
6.根據權利要求1所述一種盾構隧道變形的自主調控模型試驗裝置，其特征在于：弧形頂升架(23)的下表面和弧形底架(26)的上表面均為頂升平面，所述千斤頂(24)位于兩個頂升平面之間，兩個頂升平面之間分布安置有兩個同型號的千斤頂(24)，其作用力在于同步頂升，防止弧形頂升架(23)傾倒。
7.根據權利要求1所述一種盾構隧道變形的自主調控模型試驗裝置，其特征在于：弧形底架(26)的上端設有千斤頂限位固定座(25)，所述千斤頂(24)的底座安置于千斤頂限位固定座(25)上；千斤頂(24)上部增設有壓力計(20)。
8.根據權利要求1所述一種盾構隧道變形的自主調控模型試驗裝置，其特征在于：芳綸纖維布(22)和弧形板頂升架(23)之間放置一層聚四氟乙烯塑料薄膜。
9.一種利用盾構隧道變形的自主調控模型試驗裝置的試驗方法，其特征在于，包括以下步驟：
10.根據權利要求9所述試驗方法，其特征在于，隧道主動內壓調控復合加固系統(2)和隧道主動外壓調控系統(3)的具體使用方法如下：
...【技術特征摘要】
1.一種盾構隧道變形的自主調控模型試驗裝置，包括模型試驗箱結構(1)，模型試驗箱結構(1)是主要由槽鋼(13)和角柱(12)搭接成的外框架，內部由有機玻璃面板圍成長方體結構；其特征在于：還包括隧道主動內壓調控復合加固系統(2)和隧道主動外壓調控系統(3)；
2.根據權利要求1所述一種盾構隧道變形的自主調控模型試驗裝置，其特征在于：隧道變形處外部的相對兩側分別沿豎向設置有隧道主動外壓調控系統(3)，且隧道變形處外部的下方沿橫向設置有隧道主動外壓調控系統(3)。
3.根據權利要求1所述一種盾構隧道變形的自主調控模型試驗裝置，其特征在于：所述鉆桿(32)為分段式結構，相鄰兩段鉆桿(32)之間螺紋連接以將分段的鉆桿(32)串聯為整體，每段鉆桿(32)上均固定有變形體(30)，變形體(30)的氣囊(33)端部引出有氣體注入接頭(36)，且相鄰氣囊(33)之間的氣體注入接頭(36)通過連接管(34)連接以將氣囊(33)串聯，起始端的氣囊(33)配有注氣系統。
4.根據權利要求3所述一種盾構隧道變形的自主調控模型試驗裝置，其特征在于：所述氣體注入接頭(36)或連接管(34)上安裝有安裝套筒(39)，安裝套筒(39)上安裝有爆破閥(38)。
【專利技術屬性】
技術研發人員：肖俊賢，蘇恒瑜，黃明，余進江，
申請(專利權)人：貴州民族大學，
類型：發明
國別省市：
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