1.一种用于研究盾构隧道管片上浮形态的模型试验装置，其特征在于，包括箱体组件(1)、管片衬砌组件(11)、盾壳结构(10)、注浆组件(8)和牵拉组件(7)，所述盾壳结构(10)套设在所述管片衬砌组件(11)的外侧并置于所述箱体组件(1)内，其中，所述管片衬砌组件(11)包括多个管片环(4)和连接在相邻两个所述管片环(4)之间的接头结构(5)，所述管片衬砌组件(11)的管片环(4)与原型管片环具有一定的几何相似比，且所述管片衬砌组件(11)的管片环(4)与原型管片环之间具有相同视比重；所述管片环(4)的质量和内径是基于与原型管片环之间的相同视比重确定的，其中，所述管片环(4)的质量和内径是按照如下方式进行确定：2

利用公式ρ＝M总/V总＝4M总/πRl得到视比重ρ；

基于所确定的视比重ρ、管片环(4)的外径Rm和幅宽lm利用公式 得到

管片环(4)的总质量M总’；

2 2

基于所采用的管片环(4)的材料密度，通过公式M'总＝ρ管片环π(Rm‑rm)lm/4得到管片环的内径rm；

所述接头结构(5)为具有柔性的环形结构，所述接头结构(5)的抗剪刚度与相邻两个原型管片环之间所有纵向接头的抗剪刚度之和相等；

所述注浆组件(8)包括注浆管(29)，所述注浆管(29)远离出浆口的一端固定在所述盾壳结构(10)的前部；所述注浆管(29)的出浆口端延伸至所述盾壳结构(10)的尾部，所述牵拉组件(7)与所述盾壳结构(10)的前部固定连接，并能够使所述盾壳结构(10)和所述注浆管(29)同步移动以脱离所述管片衬砌组件(11)。

2.根据权利要求1所述的用于研究盾构隧道管片上浮形态的模型试验装置，其特征在于，所述箱体组件(1)包括箱体(101)和位于所述箱体(101)外侧的支撑座(102)，其中，所述箱体(101)内部具有用于容纳所述管片衬砌组件(11)和所述盾壳结构(10)的空腔(103)，所述空腔(103)包括矩形部和圆弧部，且所述矩形部位于所述圆弧部的上方，在所述矩形部的侧面设有观察窗(104)，所述矩形部的顶部呈开口状，所述箱体(101)的两端分别设有第一圆形开口(105)和第二圆形开口(105’)，其中，所述第二圆形开口(105’)靠近所述支撑座(102)设置，所述第一圆形开口(105)和第二圆形开口(105’)与所述空腔(103)形成连通，所述牵拉组件(7)设置在所述支撑座(102)上。

3.根据权利要求1所述的用于研究盾构隧道管片上浮形态的模型试验装置，其特征在于，所述管片环(4)的外径和幅宽是基于与原型管片环之间的几何相似比确定的；其中，所述管片环(4)的外径和幅宽是分别按照如下公式确定：Rm＝Rp/CL；和

lm＝lp/CL，

其中，Rm和Rp分别为管片环(4)和原型管片环的外径，lm和lp分别为管片环(4)和原型管片环的幅宽，CL为设定的管片衬砌组件与原型管片的几何相似比值。

4.根据权利要求1所述的用于研究盾构隧道管片上浮形态的模型试验装置，其特征在于，所述接头结构(5)为沿所述管片环(4)的环向设置的丁腈橡胶圈，所述接头结构(5)的纵向宽度按照如下方式确定：基于公式Kp＝nξκbGbAb/lb，计算相邻两个原型管片环之间所有纵向接头剪切刚度之和Kp；其中，Kp为相邻两个原型管片环之间的所有纵向接头剪切刚度之和；n为纵向接头个数；ξ为考虑凹凸榫、混凝土管片摩擦力的剪切刚度修正系数；kb为纵向接头的铁木辛柯剪切系数；Gb为纵向接头的剪切模量；Ab为纵向接头剪切面面积；lb为纵向接头长度；

基于所设定的管片环与原型管片环之间的几何相似比CL和弹性模量相似比CE，根据公式Km＝Kp/CECL，换算得到模型试验装置中的管片环之间的接头结构(5)的剪切刚度Km；

基于公式Km＝κsGA/l得到接头结构的纵向宽度l，其中ks为接头结构的铁木辛柯剪切系数；G为接头结构的剪切模量；A为接头结构剪切面面积，l为接头结构的纵向宽度。

5.根据权利要求1所述的用于研究盾构隧道管片上浮形态的模型试验装置，其特征在于，所述管片衬砌组件(11)还包括位于多个管片环(4)两端的管片基环(401)，其中，靠近所述盾壳结构(10)尾部设置的所述管片基环(401)通过管片限位板(6)固定至所述箱体(101)的第一圆形开口(105)处，靠近所述盾壳结构(10)前部设置的所述管片基环(401)由所述盾壳结构(10)支撑固定至所述箱体(101)的第二圆形开口(105’)处；

所述盾壳结构(10)的尾部与所述管片衬砌组件(11)之间设有第一密封组件(9)，所述盾壳结构(10)的前部与所述箱体(101)的第二圆形开口(105’)的边缘框架之间设有第二密封组件(13)。

6.根据权利要求5所述的用于研究盾构隧道管片上浮形态的模型试验装置，其特征在于，还包括顶推反力模拟装置，所述顶推反力模拟装置包括拉压传感器(302)、钢丝绳(304)、螺杆(303)和锁紧法兰(301)，其中，所述锁紧法兰(301)设置于位于所述管片衬砌组件(11)两端的所述管片基环(401)的外侧，所述拉压传感器(302)设置在所述管片衬砌组件(11)内部且位于靠近所述盾壳结构(10)尾部设置的所述锁紧法兰(301)上，所述螺杆(303)对应每个所述拉压传感器(302)设置在靠近所述盾壳结构(10)头部设置的所述锁紧法兰(301)上，所述钢丝绳(304)贯穿所述管片衬砌组件(11)内部连接在所述拉压传感器(302)和所述螺杆(303)之间。

7.根据权利要求6所述的用于研究盾构隧道管片上浮形态的模型试验装置，其特征在于，还包括测量装置(2)，所述测量装置(2)设置在所述箱体(101)远离支撑座(102)的一侧，所述测量装置(2)包括测量支座(201)、支撑悬臂(203)和多个位移计(204)，其中，多个所述位移计(204)相间隔的设置在所述支撑悬臂(203)上，所述支撑悬臂(203)的一端穿过所述锁紧法兰(301)延伸至所述管片衬砌组件(11)内部并使每个所述位移计(204)对应压紧在一个管片环(4)的顶部；

所述测量支座(201)上设有导向杆(202)，所述支撑悬臂(203)滑动设置在所述导向杆(202)上，在所述导向杆(202)的顶部设有用于调节所述支撑悬臂(203)高度的旋转手轮(205)。

8.根据权利要求1所述的用于研究盾构隧道管片上浮形态的模型试验装置，其特征在于，所述注浆组件(8)还包括注浆泵(30)和浆液搅拌罐(31)，所述注浆管(29)至少包括位于所述管片衬砌组件(11)的四个边角处的四条，所有所述注浆管(29)通过所述注浆泵(30)连接至所述浆液搅拌罐(31)内部，所述注浆管(29)穿入所述箱体(101)内并使其出浆口端与所述盾壳结构(10)的盾尾相齐平。

9.根据权利要求1所述的用于研究盾构隧道管片上浮形态的模型试验装置，其特征在于，还包括地层模拟板(12)，所述地层模拟板(12)设置在所述盾壳结构(10)的上方，所述地层模拟板(12)为弧形板结构。