[發明專利]一種變截面土壓平衡式盾構模擬試驗系統

在審

• 申請號: 201810197380.0
• 申請日: 2018-03-11
• 公開（公告）號: CN108489745A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 路德春;林慶濤;李鵬飛;龔秋明;杜修力;雷春明;孔凡超
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: 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

本發明公布了一種變截面土壓平衡式盾構模擬試驗系統，該系統由模型箱、監測系統、掘削系統和頂進系統四部分組成。在模型箱內填筑配置好的土體，用以模擬不同的圍巖條件。由液壓系統提供動力，實現模型盾構機的掘進過程。隨著掘進過程的推進，盾構機的等截面段A、B、C、D逐漸進入土箱，四種截面分別對應四種地層損失。預先安置在模型箱的千分表、位移計、土壓力盒，實時采集圍巖的應力和變形數據，通過對圍巖橫向和縱向應力和變形數據的分析，進而得到盾構開挖過程中地層損失對地層應力和變形的影響規律。該系統主要用于盾構機的掘進過程中，地層損失對地層應力和變形的影響問題的研究。

技術領域

本發明涉及一種變截面土壓平衡式盾構模擬試驗系統，屬于盾構施工技術領域。。

背景技術

盾構法施工過程中，由于盾構機殼本身存在一定厚度、以及糾偏或掘進方向的調整引起的超挖等原因，不可避免的引起地層損失。地層損失的大小對隧道上方地層的位移有著很大的影響，LEE YJ(2009)設計了一種可精確改變直徑大小的機械裝置，通過改變該裝置直徑的大小模擬盾構隧道開挖過程中不同地層損失對地層變形的影響；潘志剛(2015)研制了一套水囊系統，通過精確控制排水量模擬盾構隧道開挖過程中不同地層損對地層變形的影響。這兩種裝置只能用于小規模的二維試驗，而且不能反映盾構機的掘進過程。為了真實反映盾構機的掘進過程，國內外很多學者對模型盾構試驗機進行了研究，如Nomoto(1999)等人研制的可進行離心試驗的小型盾構機、Champan(2006)等人建立的適用于黏土的小模型盾構機、以及國內上海隧道股份有限公司(1996)研制的小盾構模擬試驗臺、上海隧道股份有限公司聯合浙江大學、同濟大學等(2004)研制的大直徑模型盾構機、同濟大學(2006)研制的雙殼單螺旋模型盾構、北京交通大學(2007)研制的土壓平衡盾構設備、何川(2013)研制的小直徑泥水平衡盾構機等。這些模型盾構機可較為真實的反映盾構機的掘進過程，但盾構機都為等直徑圓截面，不能用于研究地層損失變化對地層變形的影響。因而設計一種既能反映盾構機掘進過程，同時又能反映不同地層損失影響的模型盾構試驗系統十分必要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種變截面的土壓平衡盾構試驗系統，既可以真實的模擬盾構機的掘進過程，同時能研究地層損失對地層變形的影響。

為了達到上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種變截面土壓平衡式盾構模擬試驗系統，包括模型箱、監測系統、切削系統、出土系統和頂進系統：

裝有試驗土體的模型箱固定于底座上，監測系統主要包括千分表、位移計、土壓力盒，及相應的數據采集及控制裝置，千分表固定在填土表面上方，位移計、土壓力盒預埋在模型箱內部的土體中；

切削系統包括刀盤和刀盤驅動裝置，刀盤通過主軸與刀盤驅動裝置相連，刀盤驅動裝置由液壓馬達驅動；盾構機前部經過模型箱側面上預留的開挖孔進入模型箱，刀盤驅動裝置通過主軸帶動刀盤旋轉，實現對前方土體的掘削；

頂進系統包括一對千斤頂和液壓油箱，千斤頂位于盾構機左右兩側，連接于模型箱和刀盤驅動裝置之間，通過千斤頂的回縮使盾構機底座沿軌道向前移動，從而實現盾構向前掘進的過程；

出土系統包括螺旋出土器、螺旋出土器驅動裝置、排土口、渣土箱，刀盤和后方設置的隔板之間的空間構成土壓艙，螺旋出土器的進口伸入土壓艙，出口與盾構機后部的排土口相連，渣土從排土口排出后直接落入渣土箱。

液壓馬達和千斤頂共用一個液壓油箱，螺旋出土器的螺旋軸與小型電機相連。