[發明專利]主動破壞過程中模型盾構機內部土壓傳遞規律裝置和方法

有效

• 申請號: 201810197373.0
• 申請日: 2018-03-11
• 公開（公告）號: CN108506004B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 李鵬飛;鄒鴻浩;宋偉濤;許成順;杜修力;龔秋明;路德春;林慶濤
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;E21D9/08;E21D9/12;G01M99/00;G01N33/24
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了主動破壞過程中模型盾構機內部土壓傳遞規律裝置和方法，屬于隧道工程的模型試驗領域。通過模型盾構機刀盤上、土壓艙內、螺旋出土器內安裝微型土壓力盒的方式，完成了對盾構機內部土壓力監測點的布設；將前期盾構掘進過程中各處微型土壓力盒達到的穩定值，作為研究開挖面主動破壞過程中盾構機內部土壓傳遞規律的模型盾構機內部各處土壓力的初始值；通過模型盾構機刀盤空轉、螺旋出土器出土的試驗方法，模擬真實盾構機主動破壞的過程，進而研究主動破壞過程中模型盾構機內部土壓傳遞規律。本發明可用于模擬有水和無水條件下，砂土、黏土、砂卵石土等地層中盾構隧道開挖面主動破壞過程中模型盾構機內部土壓傳遞規律。

技術領域

本發明屬于隧道工程的模型試驗領域，具體涉及隧道開挖面主動破壞過程中模型盾構機內部土壓傳遞規律的裝置和方法。

背景技術

近些年，隨著城市地面交通擁堵情況的加劇，在北京、上海、深圳等城市已經修建了大量的地鐵隧道。由于盾構法具有機械化程度高、對地面交通干擾小等優點，城市地鐵隧道普遍采用盾構法施工。盾構機目前最常用的是泥水平衡盾構機和土壓平衡盾構機。土壓平衡盾構機的工作原理是：刀盤旋轉切削開挖面的泥土，破碎的泥土通過刀盤開口進入土倉，最后通過螺旋輸送機運到皮帶輸送機上，然后輸送到停在軌道上的碴車上。通過調整排土量或開挖量來直接控制泥土艙內的壓力，并使其與開挖面地層水、土壓力相平衡，同時直接地利用泥土艙的泥土對開挖面地層進行支護，從而使開挖面土層保持穩定。當頂級速度過慢時，土壓艙內的土體支護力不足以平衡刀盤前方的水土壓力，就會出現主動破壞現象。

由于模型試驗能夠直觀的觀察到地表變形等情況，國內外許多機構采用模型盾構機來進行盾構隧道開挖面主動破壞過程的試驗。在正常掘進過程中，刀盤、土壓艙及螺旋出土器各處的土壓力處于相對平衡狀態，而國內外學者對主動破壞過程中模型盾構機內土壓力的傳遞及變化規律的研究很少。

研究盾構隧道主動破壞過程中盾構機內部土壓力的傳遞規律對于預測或避免盾構掘進中主動破壞的發生具有指導作用。因此，急需一種隧道開挖面主動破壞過程中模型盾構機內部土壓傳遞規律的裝置和方法。

發明內容

本發明目的就在于提供一種盾構隧道主動破壞過程中研究模型盾構機內部土壓傳遞規律的裝置和方法，具體指隧道開挖面主動破壞過程中盾構機內部土壓傳遞規律的裝置和方法。

本發明所要解決的技術問題就是提供一種隧道開挖面主動破壞過程中模型盾構機內部土壓傳遞規律的裝置和方法。可以適用于模擬有水和無水條件下，黏土、砂土、復合地層等地層。

本發明的技術方案為：

主動破壞過程中模型盾構機內部土壓傳遞規律裝置，微型土壓力盒(1)呈上大下小的形狀，微型土壓力盒(1)尾部由導線(2)穿出，用于測量模型盾構機內部的土壓力。

刀盤(3)裝在模型盾構機(4)的最前端，通過旋轉切削前方土體。刀盤面板(5)上有一定的開口(6)，切削下來的土體經過刀盤(3)上的開口(6)進入刀盤后面的土壓艙(7)內。

刀盤面板(5)上挖有通透的凹槽(8)，凹槽(8)呈上大下小的形狀，與微型土壓力盒(1)的形狀和大小相一致。將微型土壓力盒(1)放入刀盤(3)的凹槽(8)內后，由于刀盤面板(5)上的凹槽(8)上大下小，微型土壓力盒(1)不會掉出。

土壓艙(7)位于模型盾構機(4)的刀盤(3)的后面，用于暫時儲存刀盤(3)切削下的土體，并通過內部土體的支護力來平衡開挖面上的水土壓力。

所述的土壓艙(7)的艙壁(9)上挖有通透的凹洞(10)，凹洞(10)呈上大下小的形狀，凹洞(10)與微型土壓力盒(1)的形狀和大小一致。將微型土壓力盒(1)放入艙壁(9)的凹洞(10)內后，凹洞(10)上大下小，微型土壓力盒(1)不會掉出。