[發明專利]一種模擬地面出入式盾構隧道開挖的試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202010776387.5
• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN112098624B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 甘鵬路;王紫娟;閆自海;沈碧輝;劉世明;康恒一;嚴佳佳
• 申請（專利權）人: 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N3/12;G01M13/00;G01C5/00;G01D21/02
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

1.一種模擬地面出入式盾構隧道開挖的試驗裝置，其特征在于，包括：

模型試驗槽，所述模型試驗槽在垂直于隧道開挖方向的一個側面板中央預留圓形孔洞，作為隧道的始發口，且所述圓形孔洞上覆蓋有可拆卸的擋土板；

盾構管片模型，所述盾構管片模型具有一定長度，并由多個盾構管片單元拼接而成；

隧道開挖裝置，設置于所述盾構管片模型的掘進端，包括前端帶刃口的鋼套筒、固設于鋼套筒端口處的旋轉切削刀具、固設于鋼套筒中部的鋼隔板、設置于鋼套筒后端的注漿孔；

可調節支架系統，布置于所述模型試驗槽的圓形孔洞外側，包括鋼桁架基座、與鋼桁架基座固定連接的扶壁式支架、與扶壁式支架轉動連接且位于鋼桁架基座上方的L型轉動板、帶動L型轉動板轉動的千斤頂；

傳動系統，布置于所述可調節支架系統的上方，包括依次連接的交流電機、變速器、穿過圓形孔洞并與鋼隔板中心連接的螺紋空心管、分別與鋼隔板和L型轉動板連接的電動推桿；

同步注漿系統，所述同步注漿系統包括儲漿罐、穿過盾構管片模型內部并與注漿孔相連的輸漿管，可調節注漿量；

監測量控系統，用于監測模型試驗槽內土樣的沉降變形及管片的變形；

圓形孔洞的直徑控制在盾構管片模型外徑的1.15~1.20倍，保證隧道開挖裝置在不同的傾斜角度下能夠順利通過圓形孔洞；

可調節支架系統為隧道開挖裝置和盾構管片模型提供支撐；扶壁式支架與鋼桁架基座焊接固定；L型轉動板設置在鋼桁架基座的上方，并通過轉軸與扶壁式支架連接，L型轉動板設置加強腋角增強轉角處的剛度；交流電機和變速器通過螺栓固定在L型轉動板的水平板上表面，扶壁式支架和L型轉動板的垂直板均設有可供螺紋空心管穿過的小孔；千斤頂支撐在鋼桁架基座和L型轉動板的水平板之間，通過千斤頂調節L型轉動板的傾斜角度，實現對螺紋空心管傳動坡率的控制；

交流電機通過變速器來控制螺紋空心管向前傳動，螺紋空心管穿過模型試驗槽的圓形孔洞，連接到鋼隔板中心；電動推桿垂直固定在鋼隔板和可調節支架系統的L型轉動板的垂直板上，保證電動推桿伸長時分別頂推首尾兩環的盾構管片模型，進而電動推桿向鋼隔板傳遞頂推反力，與螺紋空心管的傳動力共同推動隧道開挖裝置在模型試驗槽中緩慢前移。

2.根據權利要求1所述的一種模擬地面出入式盾構隧道開挖的試驗裝置，其特征在于：所述同步注漿系統還包括空氣壓縮機、輸氣管和調壓閥，所述空氣壓縮機通過裝有調壓閥的輸氣管與儲漿罐相連。

3.根據權利要求1所述的一種模擬地面出入式盾構隧道開挖的試驗裝置，其特征在于：所述注漿孔包括兩個上部注漿孔和兩個下部注漿孔，注漿孔和鋼套筒中心的連線與豎向軸線的夾角均為45°；相應地所述儲漿罐分為左右對稱的兩個半圓柱體密封空腔，分別與上部注漿孔和下部注漿孔相連接，并配備獨立的空氣壓縮機和調壓閥。

4.根據權利要求1所述的一種模擬地面出入式盾構隧道開挖的試驗裝置，其特征在于：所述監測量控系統包括LVDT位移傳感器、光纖光柵位移傳感器、土壓力盒、應變片，所述LVDT位移傳感器布置在模型試驗槽頂部，所述光纖光柵位移傳感器沿豎向布置在盾構管片模型兩側，所述土壓力盒布置在盾構管片模型四周，所述應變片粘貼在盾構管片模型內側。

5.根據權利要求1所述的一種模擬地面出入式盾構隧道開挖的試驗裝置，其特征在于：還包括放置在模型試驗槽外側且位于圓形孔洞下方的始發臺座，所述始發臺座為內弧形殼體結構，所述始發臺座的內弧面與隧道開挖裝置的外弧面貼合。

6.根據權利要求1所述的一種模擬地面出入式盾構隧道開挖的試驗裝置，其特征在于：每個盾構管片單元由五塊圓心角為67.5°的襯砌結構和一塊圓心角為22.5°的襯砌結構拼接而成。