[發(fā)明專利]一種土壓平衡式盾構(gòu)模擬試驗系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110168220.1
• 申請日: 2011-06-22
• 公開（公告）號: CN102840990A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 不公告發(fā)明人
• 申請（專利權(quán)）人: 上海日浦信息技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;G01N33/24
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種土壓平衡式盾構(gòu)模擬試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隧道結(jié)構(gòu)施工中的盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)是一個動態(tài)變化的過程，掘削時的許多因素影響著盾構(gòu)機(jī)周圍土體的穩(wěn)定性。對盾構(gòu)機(jī)在土體中的掘進(jìn)過程進(jìn)行模擬，并對盾構(gòu)機(jī)及土體的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測試，確定掘進(jìn)過程中機(jī)體、土體和管片結(jié)構(gòu)三者之間的相互影響關(guān)系；從而為盾構(gòu)隧道的設(shè)計與施工，提供實驗數(shù)據(jù)，以保障城市地鐵施工的高效、安全進(jìn)行。

????目前，一些盾構(gòu)模擬試驗?zāi)Ｐ椭荒苣M原型盾構(gòu)機(jī)的局部功能進(jìn)行試驗。日本學(xué)者在土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)方面進(jìn)行的試驗最為豐富，其中以森麟教授為首的日本早稻田大學(xué)研究小組研制了(1984)土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)模擬掘進(jìn)裝置，該裝置為一半截面模型盾構(gòu)機(jī)，由推進(jìn)機(jī)構(gòu)、掘削機(jī)構(gòu)和出土機(jī)構(gòu)組成，主要研究掘削參數(shù)對前方土體穩(wěn)定性的影響；栗原和夫等(1989)制造的泥水式

模型盾構(gòu)機(jī)用于研究掘削面的穩(wěn)定條件以及地層變形的影響因素；Nomoto等

(1999)制造的微型盾構(gòu)機(jī)裝置以及同濟(jì)大學(xué)(2006)制造的雙殼單螺旋模型盾構(gòu)

用于探求盾構(gòu)地層的適應(yīng)性問題等。上述這些試驗設(shè)備研究對象單一，只是對

某一部分性質(zhì)如出土率、土熗壓力等的測試，而其它許多重要參數(shù)如刀盤開口

率、超挖量等并沒有被研究，更沒有考慮盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)后的管片拼裝、盾尾注漿

等施工工藝。并且其試驗土槽中的土體充填后，在一次模擬過程中，其土體的

預(yù)埋土壓固定；而要更改土壓必須重新充填土體，進(jìn)行另外一次固定土壓的模

擬。但實際的隧道施工環(huán)境中，受周圍地層變位及隧道周圍構(gòu)筑物變位的影響，

在隧道施工過程中，土體的壓力等參數(shù)呈變化狀態(tài)。因現(xiàn)有的盾構(gòu)試驗系統(tǒng)都

不是真正意義上的盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)模擬試驗系統(tǒng)，不能方便、真實有效地模擬出的

城市地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道施工對地層及周圍環(huán)境的影響，為隧道施工與設(shè)計提供

更真實、準(zhǔn)確的實驗數(shù)據(jù)，從而嚴(yán)重影響城市盾構(gòu)隧道建設(shè)的高效與安全。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是提供一種土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)模擬試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)能在試驗過程中方便地調(diào)節(jié)土體壓力，從而更方便、更真實有效地模擬出的城市地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道施工對地層及周圍環(huán)境的影響，為隧道施工與設(shè)計提供更真實、準(zhǔn)確的實驗數(shù)據(jù)。以保障城市盾構(gòu)隧道建設(shè)的高效與安全。

本發(fā)明實現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是：一種土壓平衡式盾構(gòu)模擬試驗系統(tǒng)，其組成為：

上部開口的長方形的土體腔內(nèi)放置模型盾構(gòu)機(jī)，并充填模擬土體，模型盾構(gòu)機(jī)的中軸線與土體腔的中軸線重疊；模擬土體的上面覆蓋一層混凝土墊層，混凝土墊層的上表面通過兩個以上的土壓千斤頇與水平加載梁相連，水平加載梁通過錨索與土體腔的底部相連；模擬土體內(nèi)還埋有土壓力盒、光柵光纖傳感器、位移計，土壓力盒、光柵光纖傳感器、位移計均與數(shù)據(jù)采集及處理裝置電相連；

其中的模型盾構(gòu)機(jī)的具體組成為：

a、掘土裝置隔板將圓柱形盾殼分隔為前部的土艙和后部的機(jī)艙，隔板中間通過刀盤軸承安裝刀盤軸，刀盤軸的前端連接刀盤，后端通過機(jī)艙內(nèi)的傳動齒輪與固定在機(jī)艙上的刀盤電機(jī)相連；

b、螺旋出土器螺旋桿的前部位于土艙內(nèi)刀盤后方，其余部分穿過隔板套合在機(jī)艙內(nèi)的出土套筒內(nèi)，螺旋桿后端與固定在機(jī)艙上的出土器電機(jī)的電機(jī)軸相連；出土套筒的前端固定在隔板上，后端固走在機(jī)艙上，出土套筒的后部下方開有出土孔；

?c、推進(jìn)裝置??盾殼的機(jī)艙的中后部，周向均勻分布有四個縱向的千斤頂且四個千斤頂?shù)姆植佳貦C(jī)艙尾部的垂直軸線對稱。

本發(fā)明的試驗系統(tǒng)的工作原理與工作過程是：在待掘進(jìn)的土體腔內(nèi)的模擬土體中放置盾構(gòu)機(jī)，通過加載梁下的土壓千斤頂向外頂出，下壓混凝土墊層進(jìn)而向模擬土體施設(shè)定的壓力，模擬出真實隧道施工環(huán)境中的實際的土體壓力。再在掘進(jìn)控制臺的控制下，模型盾構(gòu)機(jī)完成以下的掘進(jìn)、出土及推進(jìn)過程：

掘土裝置：在刀盤電機(jī)通過傳動齒輪刀盤軸帶動前方出土艙中的刀盤對準(zhǔn)室內(nèi)模擬土旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對真實盾構(gòu)機(jī)削土功能的模擬。通過調(diào)節(jié)刀盤電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及調(diào)節(jié)刀盤開口率等參數(shù)，實現(xiàn)對真實盾構(gòu)機(jī)不同刀盤類型和參數(shù)的模擬。掘土裝置削下的土，堆積在土艙中。