模拟土压平衡式盾构施工掘进顶推及注浆荷载的加载装置

技术领域

本发明涉及一种模拟土压平衡式盾构施工掘进顶推及壁后注浆荷载的加载装置，为研究土压平衡式盾构施工所产生的掘进顶推和壁后注浆荷载对既有建筑物桩基的影响提供了一种有效装置。

背景技术

近些年，为快速发展城市地下轨道交通，国内外已普遍采用土压平衡盾构掘进施工法。而采用盾构施工法建设地铁时要不可避免的穿越一些既有建筑物的桩基，采用盾构施工时，由于盾构掘进产生的顶推力和壁后注浆产生的注浆压力会对既有建筑物桩基产生严重影响，因此研究盾构施工对既有建筑物桩基的影响是至关重要的。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种模拟土压平衡式盾构施工掘进顶推及注浆荷载的加载装置，包括模型箱、回填土、顶推千斤顶、顶推支架、模型箱钢板墙、水平钢板、顶推杆、支护装置、法向加载装置、顶推板、既有桩基、模型箱支座；所述模型箱底部为长方形，左侧高右侧低，左侧上部设有开口为开口部；所述模型箱右端设有竖直模型箱钢板墙，模型箱位于模型箱钢板墙与左侧开口部之间的顶部设有水平钢板，水平钢板较模型箱钢板墙的上端低；所述模型箱设于平整坚硬的地面上，模型箱设有底板和侧板，所述底板下面设有若干模型箱支座；所述模型箱左侧方形的右侧壁设有若干圆形孔洞；模型箱中水平钢板高度以下的空间填满并夯实施工现场完全相同的土体，既有桩基位于模型箱开口部夯实的土体上面，既有桩基周围回填有相同的土体；

在模型箱开口部右侧预留孔洞位置处开挖有直径与支护装置外径相同的圆形，支护装置位于开挖孔内，所述支护装置为圆筒形，由等分的4部分组成，支护在圆洞内壁；

所述顶推板的直径略小于支护装置内径，顶推板位于开挖面处，所述法向加载装置安装于支护装置内所需研究截面处；

所述顶推杆位于法向加载装置的顶推杆孔中，水平设置，与顶推板的中央对齐；顶推千斤顶与顶推杆位于同一直线上，顶推千斤顶的底端支撑在顶推支架的立面上；所述顶推支架位于水平钢板上面，右侧抵在模型箱钢板墙上。

优选地，所述法向加载装置包括环形管片、销钉帽、连接销钉、千斤顶、固定销钉、空心棱柱体；所述空心棱柱体中心设有圆形的顶推杆孔，外周面上设有千斤顶孔，千斤顶一端位于空心棱柱体的千斤顶孔中，二者通过固定销钉连接；

所述环形管片为若干个，位于空心棱柱体的同心圆上；所述环形管片内侧设有一个销钉帽，所述千斤顶的另一端插入销钉帽内，二者通过连接销钉连接。

优选地，所述环形管片尺寸相同，共12个。

本发明提供一种模拟土压平衡式盾构施工掘进顶推及壁后注浆荷载的加载装置；可有效模拟开挖时由盾构机掘进产生的顶推力和壁后注浆所产生的注浆压力，用以研究盾构施工过程中掘进顶推和壁厚注浆荷载对既有建筑物桩基的影响。

附图说明

图1是本发明模拟土压平衡式盾构施工掘进顶推及注浆荷载的加载装置的局部剖切示意图；

图2是法向加载装置示意图；

图3是空心棱柱体装置示意图；

图4是顶推装置示意图；

图5是模型箱示意图；

图6是既有桩基示意图；

图7是支护装置示意图。

图中：1：模型箱；2：回填土；3：顶推千斤顶；4：顶推支架；5：模型箱钢板墙；6：水平钢板；7：顶推杆；8：支护装置；9：法向加载装置；10：顶推板；11：既有桩基；12：模型箱支座；13：环形管片；14：销钉帽；15：连接销钉；16：千斤顶；17：固定销钉；18：空心棱柱体；19：固定销钉孔；20：千斤顶孔；21：顶推杆孔。

具体实施方式

如图1-7所示，本发明公开了一种模拟土压平衡式盾构施工掘进顶推及注浆荷载的加载装置，包括模型箱1、回填土2、顶推千斤顶3、顶推支架4、模型箱钢板墙5、水平钢板6、顶推杆7、支护装置8、法向加载装置9、顶推板10、既有桩基11、模型箱支座12；所述模型箱1底部为长方形，左侧高右侧低，左侧上部设有开口；所述模型箱右端设有竖直模型箱钢板墙5，模型箱1位于模型箱钢板墙5与左侧开口部之间的顶部设有水平钢板6；水平钢板较模型箱钢板墙5的上端低；所述模型箱设于平整坚硬的地面上，模型箱设有底板和侧板，所述底板下面设有若干模型箱支座12；所述模型箱左侧开口部的右侧壁设有若干圆形孔洞，本实施例为一个孔洞。模型箱中水平钢板高度以下的空间填满并夯实施工现场完全相同的土体，既有桩基位于开口部夯实的土体上面，既有桩基周围回填有相同的土体。

在模型箱开口部右侧预留孔洞位置处开挖有直径与支护装置外径相同的圆形，支护装置8位于开挖孔内，所述支护装置8为圆筒形，支护在圆洞内壁，开挖孔达到所研究截面处。

所述法向加载装置包括环形管片13、销钉帽14、连接销钉15、千斤顶16、固定销钉17、空心棱柱体18；所述空心棱柱体18中心设有圆形的顶推杆孔21，外周面上均布设有千斤顶孔20，千斤顶16一端位于空心棱柱体18的千斤顶孔20中，二者通过固定销钉17连接。所述环形管片13为若干个，位于空心棱柱体18的同心圆上；所述环形管片13内侧设有一个销钉帽14，所述千斤顶的另一端插入销钉帽15内，二者通过连接销钉连接。

环形管片13上的销钉帽等距设置。

所述顶推板的直径略小于支护装置内径，顶推板位于开挖面处，所述法向加载装置安装于支护装置内所需研究截面处，所述支护装置由等分的4部分组成。

所述顶推杆7位于法向加载装置的顶推杆孔中，水平设置，与顶推板的中央对齐；顶推千斤顶与顶推杆位于同一直线上，顶推千斤顶的底端支撑在顶推支架4的立面上。

所述顶推支架位于开挖孔洞的正前方，为支架结构，位于水平钢板上面，左侧上部设有台面，右侧高于左侧，高出的部分设有支撑千斤顶底部的立面，所述顶推支架的右侧抵在模型箱钢板墙上。

所述既有桩基10为纵横向排列的若干根，本实施例为2排5列。

本装置的工作原理：首先将模型箱放置在平整坚硬的地面上，使用与施工现场完全相同的土体将模型箱中水平钢板高度以下的空间全部填满并将土体夯实，然后把预制好的既有桩基在模型箱中准确定位并固定，之后在保证既有桩基位置不变的前提下将模型箱中水平钢板以上土体采用分层填筑、逐层夯实的方式回填，最后待土体回填完毕后进行土体开挖以及装置安装。土体开挖在模型箱右侧预留孔洞位置处进行并开挖为直径与支护装置外径相同的圆形，待土体开挖深度达支护装置长度的1/3时，将支护装置按照从下至上的顺序安装到开挖孔内并将其沿开挖方向顶推至开挖面处，之后每开挖一段长度就将支护装置沿着开挖方向顶推相应的长度，重复上述开挖步骤直至开挖面到达所研究截面处时结束开挖，之后进行顶推及法向加载装置的安装。加载装置安装前，首先需要组装法向加载装置，法向加载装置组装时，先将千斤顶插入空心棱柱体的千斤顶孔中并用固定销钉将二者牢固连接，随后将一块环形管片上的销钉帽与相应的千斤顶对中并使用连接销钉将二者连接，重复此步骤将其余十一块环形管片安装后就形成了一个完整的法向加载装置。法向加载装置组装完成后开始安装加载装置，首先把直径略小支护装置内径的顶推板人工顶推至开挖面处，将法向加载装置安装至支护装置内所需研究截面处并使所有千斤顶均沿着远离空心棱柱体的方向施加预定的压力，重复此步骤将所需法向加载装置全部安装并施加预定的压力后，法向加载完成，然后将顶推杆从法向加载装置的顶推杆孔中穿过并与顶推板的中央对齐挤密，把顶推支架安装在开挖孔洞的正前方并使其与模型箱钢板墙贴紧，之后把顶推千斤顶安装至顶推支架上，使其顶部与顶推杆对齐挤密并施加预定的顶推压力，顶推加载完成。按照上述步骤使用并组装本装置后，即可进行相关研究。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。