[發明專利]一種土壓平衡盾構機模擬實驗裝置

有效

• 申請號: 201810108060.3
• 申請日: 2018-02-02
• 公開（公告）號: CN108005669B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 孫振川;洪開榮;韓偉鋒;李鳳遠;張兵;陳饋;周建軍;陳橋;李宏波;郭海坡;孫振中
• 申請（專利權）人: 中鐵隧道局集團有限公司;盾構及掘進技術國家重點實驗室
• 主分類號: E21D9/06
• 分類號: E21D9/06;G09B25/00
• 代理公司: 鄭州浩翔專利代理事務所(特殊普通合伙) 41149
• 代理人: 靳錦;邊延松

本發明公開了一種土壓平衡盾構機模擬實驗裝置，通過在土箱蓋上設置可伸縮的液壓缸和鋼板，可以預先對土體施加一定的壓力，從而模擬真實盾構環境中土壤內部的壓力；通過在土箱蓋上設置進氣管，可利用高壓氣體模擬真實盾構時地面建筑物或公路等物體對地面產生的邊界壓力，并且因為是采用氣體施壓的方式，所以可以進一步在土體表面布置位移傳感器，以測試盾構對地表形變的影響；另外，本發明通過設置第一支撐液壓缸組和第二支撐液壓缸組等結構，還可對微型土壓盾構機和土箱的水平角度進行調整，從而可以開展模擬傾斜隧道盾構方面的研究。

技術領域

本發明涉及一種土壓平衡盾構機的模擬實驗裝置。

背景技術

盾構法是一種重要的隧道施工方法，近年來在我國的市政、交通等領域有著廣泛的應用。土壓平衡盾構機是軟土隧道施工的常用設備，目前已成為城市地下工程施工技術的主流，盾構法施工是一個連續、動態的過程，盾構機挖掘過程中有各種機器參數和施工參數需要設定，例如刀盤轉速、螺旋出土器轉速、推進總壓力、土艙壓力、推進速度、刀盤扭矩等單數，上述參數之間存在怎樣的關系，如何設定這些參數才能實現高效、穩定、安全的掘進狀態是施工過程中的基本問題；另外，在對軟土的盾構施工中，總會對土體造成一定的擾動，從而造成土體一定范圍內的應力改變，例如使地面產生變形等，如何通過設定盾構過程中的施工參數，減小對地層的擾動，這也是一個重要的問題。

為了研究上述問題，現在已經有許多土壓平衡盾構機的模擬實驗裝置，但是這些模擬實驗裝置均存在一些問題。例如公開號為CN101403306A的發明專利，公開了一種土壓平衡式盾構模擬實驗系統，該系統通過使用土壓千斤頂和混凝土墊層來模擬實際隧道施工環境中土壤內部的壓力,以及地面上建筑物或公路等物體對土體產生的邊界壓力，從而使實驗更加真實可靠，但是由于使用了千斤頂和混凝土墊層，就無法在土體表面設置位移傳感器，從而使該系統無法進行地表形變方面的研究；另外，因為混凝土層覆蓋在土體表面上，所以會在很大程度上影響地表形變的結果，從而使實驗結果與真實施工情況相差較大；最后，因為該系統中模型盾構機和土體腔的水平角度均無法進行調整，所以該系統也不能進行傾斜隧道盾構方面的研究。

發明內容

本發明的目的在于設計出一種土壓平衡盾構機的模擬實驗裝置，解決上述背景技術中的不足。

本發明通過下列具體結構實現：

本發明土壓平衡盾構機模擬實驗裝置,包括微型土壓平衡盾構機組件和土箱組件, 微型土壓平衡盾構機組件和土箱組件均放置在基體上，土箱內填裝有模擬土體，微型土壓平衡盾構機放置在土箱內,其特征在于:所述土箱為長方體型土箱,包括土箱壁、土箱底和土箱蓋；土箱蓋四周具有第一環形凸緣，土箱壁四周具有與土箱蓋上的凸緣配合的第二環形凸緣，土箱蓋和土箱壁上的環形凸緣通過螺栓固定連接，且兩環形凸緣結合處設置有彈性密封墊圈；所述土箱蓋上固定有多個可伸縮的液壓缸，所述液壓缸下方固定鉸接有一鋼板，鋼板的長度略小于土箱的長度，鋼板的寬度略小于土箱的寬度，所述鋼板上開設有多個通氣孔；所述土箱蓋中部還設置有進氣管，高壓氣體依次通過進氣管、鋼板上的通氣孔進入鋼板與模擬土體表面之間，以對模擬土體表面產生一定的壓力。

所述微型土壓平衡盾構機組件包括，第一機座，第一機架、第一支撐液壓缸組、第一底座、支架、推進液壓缸組和微型土壓平衡盾構機，所述第一機座下方通過滾輪放置在基體上，第一機架固定設置在第一機座上，所述第一底座設置在第一機架上，且第一底座靠近土箱的一端與第一機架鉸接固定，另一端與第一支撐液壓缸組的上端鉸接固定，第一支撐液壓缸組的下端與第一機座固定連接，以此調節第一底座的水平角度；所述第一底座上設置有支架，支架上設置推進液壓缸組和微型土壓平衡盾構機，推進液壓缸組一端與支架鉸接固定，另一端與土箱壁可離合鉸接固定，微型土壓平衡盾構機靠推進液壓缸組實現在土箱內部的液壓推進；所述微型土壓平衡盾構機主要包括刀頭組件、土壓腔、螺旋出土組件。