一种用于模拟盾构切削地连墙的室内试验装置及方法与流程

1.本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种用于模拟盾构切削地连墙的室内试验装置及方法。


背景技术：

2.盾构掘进过程中遇到钢筋混凝土构筑物是城市轨道交通建设中常见的工程难题，而且随着线网的加密，该问题会愈发严峻，同时也愈发困难。盾构掘进过程中经常遇到地下连续墙等钢筋混凝土构筑物，而传统的人工凿除方法进度慢，造价高。因此的越来越多的工程开始采用盾构切削穿越，但目前工程的实施主要依靠经验，缺乏系统的科学理论支撑。
3.因此，需要展开室内试验，更好模拟实际盾构施工切削地连墙，给予施工指导性意见。但目前制造钢筋混凝土墙的相关技术大部分都是实际制造墙体，难以用于室内实验。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种室内试验装置，以模拟盾构切削钢筋混凝土地连墙，方便及时采集试验数据。
5.为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
6.一种用于模拟盾构切削地连墙的室内试验装置，包括环形的浇筑模、填土槽以及应变传感器；所述浇筑模内架设钢筋，并浇筑混凝土形成地连墙；所述应变传感器固定在所述的钢筋上；所述填土槽内用于填充砂浆，填土槽的槽口与浇筑模固定连接，利用填土槽内填充砂浆或岩土来模拟墙后填土，使得模拟实验更接近于真实效果。
7.更进一步地，所述浇筑模的两侧以及填土槽的槽口，环向设置一组螺栓孔，所述填土槽与浇筑模之间利用螺栓孔通过螺栓连接固定。
8.更进一步地，所述的浇筑模为一个以上，相邻的两个浇筑模之间利用螺栓孔通过螺栓连接固定，通过多个浇筑模逐层拼接，来实现不同厚度地连墙的实验需求。
9.进一步地，所述的浇筑模内壁，环向留有用于钢筋插接的插接孔，各插接孔内注有植筋胶，增强钢筋在插接孔内的固定牢固度。
10.更进一步地，所述的钢筋两端套有螺旋钢筋套筒，通过两端的螺旋钢筋套筒旋入插接孔内，一方面方便钢筋的插接方便，另一方面也增强了钢筋与浇筑模之间的固定。
11.进一步地，所述的浇筑模侧向开有用于引出监测引线的缺口；所述监测引线一端与应变传感器连接，另一端引出后连接至外部的监测仪器上。
12.进一步地，所述的填土槽为透明的塑料材质，其侧壁上留有用于注入砂浆的注浆口。
13.更进一步地，本发明还要求保护采用试验装置模拟盾构切削地连墙的室内实验方法，包括如下步骤：
14.s1：根据模拟的地连墙厚度，选择多个浇筑模逐层拼接，形成能够浇筑对应厚度地连墙的浇筑模组，各浇筑模之间采用螺纹固定连接；
15.s2：将钢筋逐层插接在各浇筑模内；
16.s3：每层钢筋插接完成后，将应变传感器点焊至待监测钢筋上，然后转动对应的钢筋，使得应变传感器及其监测引线位于钢筋背面，背对盾构切削方向；
17.s4：各层钢筋上对应的监测引线分别捆扎成束，并分组引出连接至外部的监测仪器上；
18.s5：在浇筑模组内浇筑混凝土，待凝固后形成地连墙；
19.s6：将填土槽槽口安装在浇筑模组后端，背对盾构切削方向，通过填土槽侧面预留的注浆口向填土槽内注入砂浆；
20.s7：开启盾构切削实验，将盾构机机头穿过浇筑模对模内的地连墙进行切削顶进，逐层切削各层的钢筋，记录各层钢筋上应变传感器接收的应变数据。
21.进一步地，步骤s2和s3中，将浇筑模组放倒在岩棉板上后，进行钢筋的插接以及焊接固定，防止钢筋焊接掉落的火星引起燃烧；步骤s5中，将浇筑模组放倒在木模板上进行混凝土的浇筑，浇筑过程中使用振捣棒使混凝土浇筑均匀，养护28天成型，成形的地连墙无需与浇筑模脱模。
22.进一步地，步骤s6中，填土槽内的砂浆根据实验模拟工况的条件，将砂浆替换为实际工况的岩土；步骤s7中，盾构切削实验完成后，对浇筑模内残余钢筋和混凝土清理后，循环利用于后续实验。
23.有益效果：
24.(1)本发明室内试验装置浇筑模四周设有螺栓孔，可以实现多层模具叠加，满足不同厚度地连墙成形的需要。钢筋两端设置螺旋钢筋套筒并插入浇筑模对应的孔内，利用植筋胶进一步将钢筋固定在孔内，实现浇筑模具和钢筋网之间的刚性连接，使连接更加稳定牢固，墙体适用于室内盾构切削实验强度。此外，在所需观测点位的钢筋背面点焊应变传感器以及合理的走线方法，即使面对动态破坏实验，也能安全有效地采集试验数据，分析试验结果。
25.(2)本发明室内试验装置将浇筑模与塑料透明材质的填土槽用螺栓连接固定，并向填土槽灌入砂浆或岩土，可根据填土槽中的不同填土来模拟地连墙墙后填土，使得盾构切削实验更接近于真实工况。
26.(3)本发明盾构切削钢筋混凝土地连墙的室内试验方法，能够准确模拟盾构切削过程中地连墙的破坏过程，并获得地连墙钢筋应力和应变数据，为盾构施工研究提供了宝贵实验数据和依据，指导盾构施工的高效安全进行。
附图说明
27.下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
28.图1是浇筑模及铺设岩棉板示意图。
29.图3是浇筑模内钢筋与应变传感器安装示意图。
30.图2是钢筋与浇筑模实现刚性连接的局部剖面示意图。
31.图4是浇筑模与填土槽的固定原理图。
32.图5是浇筑模与填土槽的固定后的整体示意图。
33.其中，各附图标记分别代表：
34.1-螺栓孔；2-浇筑模；3-岩棉板；4-缺口；5-钢筋；6-螺旋钢筋套筒；7-插接孔；8-应变传感器；9-监测引线；10-填土槽；11-地连墙；12-砂浆；13-注浆口。
具体实施方式
35.根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
36.结合图1与图5，本发明用于模拟盾构切削地连墙的室内试验装置，包括环形的浇筑模2、填土槽10以及应变传感器8。其中，浇筑模2内架设钢筋5，并浇筑混凝土形成地连墙11；应变传感器8固定在所述的钢筋5上；填土槽10内用于填充砂浆12，填土槽10的槽口与浇筑模2固定连接，利用填土槽10内填充砂浆或岩土来模拟墙后填土，使得模拟实验更接近于真实效果。
37.浇筑模2的两侧以及填土槽10的槽口，环向设置一组螺栓孔1，填土槽10与浇筑模2之间利用螺栓孔1通过螺栓连接固定。
38.浇筑模2为一个以上，相邻的两个浇筑模2之间利用螺栓孔1通过螺栓连接固定，通过多个浇筑模逐层拼接，来实现不同厚度地连墙的实验需求。
39.钢筋网边界的牢固程度是实验能否成功的关键，如果钢筋网与模具间的牢固程度不足，在后续盾构掘进实验过程中，钢筋大量脱落，无法模拟实际盾构施工。为此，浇筑模2内壁，环向留有用于钢筋5插接的插接孔7，各插接孔7内注有植筋胶，增强钢筋在插接孔7内的固定牢固度。
40.同时，钢筋5两端套有螺旋钢筋套筒6，通过两端的螺旋钢筋套筒6旋入插接孔7内，一方面方便钢筋5的插接方便，另一方面也增强了钢筋5与浇筑模2之间的固定，实现钢筋网与浇筑模2的刚性连接。在实验过程中不易脱落，不会影响实验的真实的边界情况。将比较成熟的植筋技术应用到室内地连墙模具与钢筋网的固定上，简单便捷，节省成本。
41.为了方便引线引出，浇筑模2侧向开有用于引出监测引线9的缺口4；所述监测引线9一端与应变传感器8(焊接式应变计dh1101)连接，另一端引出后连接至外部的监测仪器(dh3816n静态应力应变测试分析系统)上。应变传感器8体积较小，易于粘贴和点焊，可以快速及时准确地反应试验数据。将应变传感器8点焊在钢筋的背面，在检测数据的同时可以避免受到前方盾构切削造成的损坏，保证记录过程的完整、安全。
42.填土槽10为透明的高强度的透明塑料材质，其侧壁上留有用于注入砂浆12的注浆口13。高强透明塑料板的大小可以现场切割，以适应不同大小的实验墙体，高强度透明塑料板具有较强的延展性，受到大压力的情况下不会产生破损，且便于观察墙后土层和墙体的变化。通过填土槽10内形成填土区，能够更好的模拟盾构切削地连墙的实际情况。
43.采用上述试验装置模拟盾构切削地连墙的室内实验方法，包括如下步骤：
44.s1：根据模拟的地连墙厚度，选择多个浇筑模2逐层拼接，形成能够浇筑对应厚度地连墙的浇筑模组，各浇筑模2之间采用螺纹固定连接。
45.s2：将钢筋5逐层插接在各浇筑模2内；同时，钢筋之间可以焊接以保证约束稳定，为了焊接过程的顺利与稳定，可事先将横向和纵向钢筋使用铁丝捆扎牢固。
46.s3：用木尺找出盾构刀盘中心，确定刀具轨迹。找出钢筋监测点位，做好标记，取出需要布置监测点位的钢筋。将钢筋标记点位打磨光滑，点焊应变传感器8。每层钢筋网布置n
个监测点位，以供后续室内盾构切削钢筋混凝土地连墙试验数据的采集。由于盾构切削时将从钢筋前方进行切削，为了安全完整地采集到数据，每层钢筋5插接完成后，将应变传感器8点焊至待监测钢筋上，然后转动对应的钢筋，使得应变传感器8及其监测引线9位于钢筋背面，背对盾构切削方向。
47.s4：各层钢筋上对应的监测引线9分别捆扎成束，并分组引出连接至外部的监测仪器上。
48.s5：在浇筑模组内浇筑混凝土，待凝固后形成地连墙11。
49.s6：将填土槽10槽口安装在浇筑模组后端，背对盾构切削方向，通过填土槽10侧面预留的注浆口13向填土槽10内注入砂浆12；填土槽10上方部分可折叠，折叠后覆盖浇筑模2环形部分，可以使用木螺丝封堵螺栓孔，防止砂浆流出。
50.s7：开启盾构切削实验，将盾构机机头穿过浇筑模2对模内的地连墙11进行切削顶进，逐层切削各层的钢筋5，记录各层钢筋上应变传感器8接收的应变数据。
51.步骤s2和s3中，将浇筑模组放倒在岩棉板3上后，进行钢筋的插接以及焊接固定，防止钢筋焊接掉落的火星引起燃烧；步骤s5中，将浇筑模组放倒在木模板上进行混凝土的浇筑，浇筑过程中使用振捣棒使混凝土浇筑均匀，养护28天成型，成形的地连墙11无需与浇筑模2脱模。
52.步骤s6中，填土槽10内的砂浆12根据实验模拟工况的条件，将砂浆12替换为实际工况的岩土；步骤s7中，盾构切削实验完成后，对浇筑模2内残余钢筋和混凝土清理后，循环利用于后续实验。
53.本发明提供了一种用于模拟盾构切削地连墙的室内试验装置及方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

技术特征：
1.一种用于模拟盾构切削地连墙的室内试验装置，其特征在于，包括环形的浇筑模(2)、填土槽(10)以及应变传感器(8)；所述浇筑模(2)内架设钢筋(5)，并浇筑混凝土形成地连墙(11)；所述应变传感器(8)固定在所述的钢筋(5)上；所述填土槽(10)内用于填充砂浆(12)，填土槽(10)的槽口与浇筑模(2)固定连接。2.根据权利要求1所述的用于模拟盾构切削地连墙的室内试验装置，其特征在于，所述浇筑模(2)的两侧以及填土槽(10)的槽口，环向设置一组螺栓孔(1)，所述填土槽(10)与浇筑模(2)之间利用螺栓孔(1)通过螺栓连接固定。3.根据权利要求2所述的用于模拟盾构切削地连墙的室内试验装置，其特征在于，所述的浇筑模(2)为一个以上，相邻的两个浇筑模(2)之间利用螺栓孔(1)通过螺栓连接固定。4.根据权利要求1所述的用于模拟盾构切削地连墙的室内试验装置，其特征在于，所述的浇筑模(2)内壁，环向留有用于钢筋(5)插接的插接孔(7)，各插接孔(7)内注有植筋胶。5.根据权利要求4所述的用于模拟盾构切削地连墙的室内试验装置，其特征在于，所述的钢筋(5)两端套有螺旋钢筋套筒(6)，通过两端的螺旋钢筋套筒(6)旋入插接孔(7)内。6.根据权利要求1所述的用于模拟盾构切削地连墙的室内试验装置，其特征在于，所述的浇筑模(2)侧向开有用于引出监测引线(9)的缺口(4)；所述监测引线(9)一端与应变传感器(8)连接，另一端引出后连接至外部的监测仪器上。7.根据权利要求1所述的用于模拟盾构切削地连墙的室内试验装置，其特征在于，所述的填土槽(10)为透明的塑料材质，其侧壁上留有用于注入砂浆(12)的注浆口(13)。8.采用权利要求1所述试验装置模拟盾构切削地连墙的室内实验方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：根据模拟的地连墙厚度，选择多个浇筑模(2)逐层拼接，形成能够浇筑对应厚度地连墙的浇筑模组，各浇筑模(2)之间采用螺纹固定连接；s2：将钢筋(5)逐层插接在各浇筑模(2)内；s3：每层钢筋(5)插接完成后，将应变传感器(8)点焊至待监测钢筋上，然后转动对应的钢筋，使得应变传感器(8)及其监测引线(9)位于钢筋背面，背对盾构切削方向；s4：各层钢筋上对应的监测引线(9)分别捆扎成束，并分组引出连接至外部的监测仪器上；s5：在浇筑模组内浇筑混凝土，待凝固后形成地连墙(11)；s6：将填土槽(10)槽口安装在浇筑模组后端，背对盾构切削方向，通过填土槽(10)侧面预留的注浆口(13)向填土槽(10)内注入砂浆(12)；s7：开启盾构切削实验，将盾构机机头穿过浇筑模(2)对模内的地连墙(11)进行切削顶进，逐层切削各层的钢筋(5)，记录各层钢筋上应变传感器(8)接收的应变数据。9.根据权利要求8所述的模拟盾构切削地连墙的室内实验方法，其特征在于，步骤s2和s3中，将浇筑模组放倒在岩棉板(3)上后，进行钢筋的插接以及焊接固定；步骤s5中，将浇筑模组放倒在木模板上进行混凝土的浇筑，浇筑过程中使用振捣棒使混凝土浇筑均匀，养护28天成型，成形的地连墙(11)无需与浇筑模(2)脱模。10.根据权利要求8所述的模拟盾构切削地连墙的室内实验方法，其特征在于，步骤s6中，填土槽(10)内的砂浆(12)根据实验模拟工况的条件，将砂浆(12)替换为实际工况的岩土；步骤s7中，盾构切削实验完成后，对浇筑模(2)内残余钢筋和混凝土清理后，循环利用于
后续实验。

技术总结
本发明公开了一种用于模拟盾构切削地连墙的室内试验装置及方法，包括环形的浇筑模、填土槽以及应变传感器；所述浇筑模内架设钢筋，并浇筑混凝土形成地连墙；所述应变传感器固定在所述的钢筋上；所述填土槽内用于填充砂浆，填土槽的槽口与浇筑模固定连接，利用填土槽内填充砂浆或岩土来模拟墙后填土，使得模拟实验更接近于真实效果。本发明盾构切削钢筋混凝土地连墙的室内试验方法，能够准确模拟盾构切削过程中地连墙的破坏过程，并获得地连墙钢筋应力和应变数据，为盾构施工研究提供了宝贵实验数据和依据，指导盾构施工的高效安全进行。行。行。


技术研发人员：王占生 史培新 贾鹏蛟 马学军 王苏凡 谷亚军 张宗超 施晓毅 王涛 李大宁 聂宏伟 焦荣凯 叶长贺 安琦龙 黄运裕
受保护的技术使用者：苏州轨道交通建设有限公司 中铁十局集团城市轨道交通工程有限公司 中铁十局集团有限公司 中铁十六局集团有限公司
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/15