(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211115358.X (22)申请日 2022.09.14 (71)申请人 中国地质大 学 （武汉） 地址 430074 湖北省武汉市洪山区鲁磨路 388号 (72)发明人 梁荣柱　曹世安　康成　王理想　 张志伟　于东东　吴文兵　 (74)专利代理 机构 武汉星泽知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42279 专利代理师 杨晓燕 (51)Int.Cl. G01N 1/28(2006.01) G01N 3/14(2006.01) G01N 3/06(2006.01) (54)发明名称 盾构隧道精细化模型及其在地表堆载下的 试验装置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种盾构隧道精细化模型及 其在地表 堆载下的试验装置及方法， 盾构隧道精 细化模型包括多个根据真实盾构隧道按同等比 例缩小的衬砌环和螺栓， 每个衬砌环由1个封顶 块、 2个邻接块和3个标准块通过螺栓拼装而成， 衬砌环根据结构分为有榫槽衬砌环和无榫槽衬 砌环， 各同类型衬砌环的拼装 方式包括错缝拼装 和通缝拼装。 试验装置包括上述盾构隧道精细化 模型， 还包括模型箱、 砂土、 砝码、 加载板、 土压力 盒、 应变片、 内部位移 计和第一长铬棒。 本发明克 服盾构隧道精细化模型制作困难的问题， 通过控 制盾构隧道精细化模型的结构、 上覆土层厚度、 堆载位置和大小模拟不同工况， 为探究地表堆载 条件下盾构隧道与地层相互作用机理提供参考 依据。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115372105 A 2022.11.22 CN 115372105 A 1.一种盾构隧道精细化模型， 其特征在于， 包括多个根据真实盾构隧道按同等比例缩 小的衬砌环和螺栓， 每个衬砌环由1个封顶块、 2个邻接块和 3个标准块通过螺栓拼装而成， 衬砌环根据结构分为有榫槽衬砌环和无榫槽衬砌环， 各同类型衬砌环通过螺栓按照错缝拼 装的方式连接组成错缝无榫槽盾构隧道模型和错缝有榫槽盾构隧道模型， 按照通缝拼装的 方式连接组成通缝 无榫槽盾构隧道模型和通缝有榫槽盾构隧道模型。 2.根据权利要求1所述的一种盾构隧道精细化模型， 其特征在于， 所述衬砌环和螺栓由 真实盾构隧道管片按照20:1～40:1的比例缩小。 3.根据权利要求1所述的一种盾构隧道精细化模型， 其特征在于， 所述衬砌环采用3D打 印技术、 依据缩尺试验设计相似比制作， 相似比选取原则为： 根据试验几何相似比确定材料 弹性模量相似比， 以弹性模量相似比为依据选取3D打印材料， 包括光敏树脂 EvoLVe 128、 尼龙材料 Taurus、 树脂材料 8001、 玻璃微珠复合尼龙粉末FS   3400GF。 4.一种盾构隧道精细化模型在地表堆载下的试验装置， 包括上述权利要求1～3任一项 所述的盾构隧道精细化模 型， 其特征在于， 还包括模 型箱、 砂土、 砝码、 加载板、 土压力盒、 应 变片、 内部位移计和 第一长铬 棒， 所述砂土布置在 模型箱内， 所述盾构隧道精细化模型放置 在砂土中， 所述加载板放置在砂土上表面， 且加载板位于盾构隧道精细化模型中间环的正 上方， 所述砝码放置在加载板上； 所述模型箱 通过有机玻璃板、 角钢、 螺栓拼接而成， 尺 寸可 根据试验方案调整； 所述有机玻璃板包括前后侧的无开孔有机玻璃板和左右侧的开孔有机 玻璃板； 所述内部位移计固定于第一长铬棒上； 所述第一长铬棒穿过左右侧的开孔有机玻 璃板并安置于盾构隧道精细化模型内部； 所述土压力盒通过玻璃胶 粘贴于盾构隧道精细化 模型外侧表面四周； 所述应 变片粘贴在盾构隧道 精细化模型的内、 外侧环缝和纵缝处。 5.根据权利要求4所述的一种盾构隧道精细化模型在地表堆载下的试验装置， 其特征 在于， 还包括外部位移计、 细铬棒和第二长铬棒， 所述第二长铬棒布置在模型箱内砂土上 方， 且第二长铬棒的两端固定在左右侧的开孔有机玻璃板的开孔上； 所述外部位移计固定 于第二长铬棒上， 且外部位移计的探头与通过套 管保护的细铬棒连接并延伸至盾构隧道精 细化模型顶部 。 6.根据权利要求4所述的一种盾构隧道精细化模型在地表堆载下的试验装置， 其特征 在于， 所述砂土包括布置在盾构隧道精细化模型下方一定厚度的下卧土层和盾构隧道精细 化模型上方一定厚度的上覆土层； 所述盾构隧道 精细化模型两端 套入防砂袋内。 7.根据权利要求4所述的一种盾构隧道精细化模型在地表堆载下的试验装置， 其特征 在于， 所述加载板 选用薄钢板或不锈钢。 8.一种权利要求4～7任一项所述的盾构隧道精细化模型在地表堆载下的试验装置的 试验方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 根据相似比， 采用3D打印技术制作无榫槽盾构隧道模型和有榫槽盾构隧道模型 的衬砌环和螺栓， 将衬砌环通过螺栓采用错缝或通缝组合得到盾构隧道精细化模型， 包括 错缝无榫槽盾构隧道模型、 错缝有榫槽盾构隧道模型、 通缝无榫槽盾构隧道模型和 通缝有 榫槽盾构隧道模型四种； 步骤2： 向模型箱内填砂土， 形成下卧土层； 步骤3： 根据试验设计方案， 在盾构隧道 精细化模型 上布置应 变片和土 压力盒；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115372105 A 2步骤4： 将盾构隧道 精细化模型放置在下卧土层的模型箱内； 步骤5： 布置监测点， 包括布置内部位移计、 外 部位移计、 土 压力盒和应 变片； 步骤6： 继续填砂土形成上覆土层， 在盾构隧道精细化模型中间环正上方放置加载板， 长边方向垂直于盾构隧道 精细化模型纵向； 步骤7： 连接监测系统， 放置加载板， 静置一段 时间后， 分级进行加载， 共10级， 每级放置 砝码， 记录土压力、 位移、 应变数据， 每级加载后静置一段时间， 待 数据稳定后方进 行下一级 加载， 静置 完成后及时记录各项试验数据。 9.根据权利要求8所述的盾构隧道精细化模型在地表堆载下的试验装置的试验方法， 其特征在于， 所述步骤4中， 盾构隧道精细化模型长度略短于模型箱长度， 确保盾构隧道精 细化模型两端有足够自由度， 将盾构隧道精细化模型两端放入防砂袋内， 防止砂土涌入盾 构隧道精细化模型内部 。 10.根据权利要求8所述的盾构隧道精细化模型在地表堆载下的试验装置的试验方法， 其特征在于， 所述下卧土层厚度为40～60cm， 上覆土层厚度为25～30cm， 砂土填筑方式为边 填边夯实， 每填筑10 cm压实至8cm。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115372105 A 3