[實用新型]用于砂土中模擬盾構(gòu)機掘進的模型試驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201620094741.5
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN205349344U
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭剛;孫佳羽;刁鈺;張?zhí)炱?/a>;查萬理
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: E21D9/08
• 分類號: E21D9/08;E21D9/12;E21D9/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李麗萍

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種試驗裝置，特別是涉及一種能仿真實際盾構(gòu)機掘進的模型試驗裝置及試驗方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著城市地鐵事業(yè)的不斷發(fā)展，土壓平衡盾構(gòu)機在隧道區(qū)間的修建過程中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。為了清楚的了解盾構(gòu)機實際的工作狀態(tài)以及盾構(gòu)機開挖過程中對周邊環(huán)境的影響機理，國內(nèi)外有許多學(xué)者設(shè)計了模型盾構(gòu)機裝置，并開展了模型盾構(gòu)試驗研究。然而，這些模型裝置基本上均采用鉆桿進行排砂，其工作原理可簡單概括為通過外部動力裝置使得鋼筒內(nèi)部的鉆桿轉(zhuǎn)動，從而將砂土從鋼筒中緩緩帶出。上述試驗裝置的局限性在于：鉆桿直徑應(yīng)略小于外鋼筒內(nèi)徑(否則砂土不能順利隨著鉆桿排出鋼桶，效率大大降低)，這樣一來鉆桿會占用鋼筒內(nèi)部大量的空間，無法實現(xiàn)在盾構(gòu)機后方的模型隧道內(nèi)部放置傳感器進行監(jiān)測。同時，采用大直徑鉆桿的模型盾構(gòu)機與實際盾構(gòu)機的構(gòu)造有一定的出入(實際盾構(gòu)機中負責輸送土的螺旋輸送機相比盾構(gòu)機外殼尺寸較小，且一般位于土倉底部)，而這一出入勢必會對試驗結(jié)果造成影響。

實用新型內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型提供一種用于砂土中模擬盾構(gòu)機掘進的模型試驗裝置，模擬效果好，操作簡單且試驗方法可靠。

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提出的一種用于砂土中模擬盾構(gòu)掘進的模型試驗裝置，包括盾構(gòu)機支撐架、盾構(gòu)機外鋼筒、開挖面切削單元、排砂單元、模型盾構(gòu)機頂進單元以及壓力監(jiān)測單元；所述盾構(gòu)機外鋼筒固定在所述盾構(gòu)機支撐架上，所述盾構(gòu)機外鋼筒的前端設(shè)有可拆卸盾頭，所述可拆卸盾頭包括盾構(gòu)機頭封閉倉；所述盾構(gòu)機外鋼筒內(nèi)位于所述可拆卸盾頭的后方設(shè)有模型隧道；所述開挖面切削單元包括設(shè)置在所述盾構(gòu)機頭封閉倉內(nèi)的漿狀刀片，設(shè)置在盾構(gòu)機尾部的伺服電機，所述伺服電機通過傳動桿將動力傳遞給所述漿狀刀片；所述模型盾構(gòu)機頂進單元為三自由度頂進臺；所述壓力監(jiān)測單元包括設(shè)置在盾構(gòu)機頭封閉倉內(nèi)的壓力傳感器和固定在盾構(gòu)機外鋼筒尾部的拉壓傳感器；所述排砂單元包括無級變速吸塵器、PVC吸氣管和PVC進氣管；所述無級變速吸塵器的吸氣口通過所述PVC吸氣管與所述盾構(gòu)機頭封閉倉連通；所述PVC進氣管的一端與所述盾構(gòu)機頭封閉倉連通，所述PVC進氣管的另一端與大氣連通用于為盾構(gòu)機頭封閉倉進行補氣，依次相互連接的無級變速吸塵器、PVC吸氣管、盾構(gòu)機頭封閉倉和PVC進氣管形成一用于排砂的氣體循環(huán)通路。

進一步講，本實用新型用于砂土中模擬盾構(gòu)掘進的模型試驗裝置，其中，所述三自由度頂進臺包括豎直方向直線導(dǎo)柱、推進方向直線導(dǎo)軌和平動方向直線導(dǎo)軌；所述盾構(gòu)機支撐架設(shè)置在所述推進方向直線導(dǎo)軌上；所述盾構(gòu)機支撐架與所述推進方向直線導(dǎo)軌之間、所述推進方向直線導(dǎo)軌與所述豎直方向直線導(dǎo)柱之間、所述豎直方向直線導(dǎo)柱的底部與所述平動方向直線導(dǎo)軌之間分別通過移動副連接；所述盾構(gòu)機支撐架具有沿平動方向、豎直方向和推進方向移動的三自由度；所述三自由度頂進臺的驅(qū)動力為電動或手動。

所述壓力監(jiān)測單元中的壓力傳感器用于監(jiān)測盾構(gòu)頂進過程中所述盾構(gòu)機頭封閉倉內(nèi)的土壓力，以調(diào)整無級變速吸塵器的吸氣速度；所述拉壓傳感器用于監(jiān)測盾構(gòu)機頂進過程中，在推進方向上施加給盾構(gòu)機的總的推力，該推力減去盾構(gòu)機頭封閉倉內(nèi)土壓力的總和即為盾構(gòu)機外鋼筒與模型箱內(nèi)砂土之間的摩擦力。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：

前人在盾構(gòu)模型試驗中仿照實物盾構(gòu)機工作原理，采用了鉆桿類的東西來代替螺旋輸送機來進行排砂工作，然而鉆桿本身占用空間就大，還需要額外的動力裝置使其轉(zhuǎn)動，由于模型盾構(gòu)機機身內(nèi)本身可利用空間就狹小，這使得模型盾構(gòu)機的設(shè)計受到了很大局限。本實用新型針對砂土這種特殊的散粒結(jié)構(gòu)，采用了吸塵器及PVC導(dǎo)氣管組合的方式進行排砂，節(jié)省了模型盾構(gòu)機內(nèi)部的操作空間，節(jié)省出來的空間為盾構(gòu)機后方模型隧道內(nèi)部布置傳感器進行監(jiān)測創(chuàng)造了條件，可以用來在鋼筒內(nèi)的隧道上布置相應(yīng)的傳感器和放置導(dǎo)線，為隧道的受力及變形監(jiān)測提供了條件。同時，吸氣管管口位置放置在盾構(gòu)機封閉倉底部，與采用大直徑鉆桿的方法相比能更加真實的模擬實際盾構(gòu)機的工作狀態(tài)。采用上述裝置進行排砂可靠有效，在試驗操作過程中容易實現(xiàn)且便于控制，比起鉆桿排砂，是一種更為適合砂土模型盾構(gòu)類試驗的試驗裝置。

附圖說明

圖1為本實用新型用于砂土中模擬盾構(gòu)掘進的模型試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：

1-盾構(gòu)機支撐架2-盾構(gòu)機外鋼筒3-可拆卸盾頭

4-盾構(gòu)機頭封閉倉5-模型隧道6-漿狀刀片

7-伺服電機8-壓力傳感器9-拉壓傳感器