[發(fā)明專利]盾構刀盤轉動及地表振動作用下開挖面穩(wěn)定性模型試驗裝置

有效

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• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113188995B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設計）人: 廖少明;劉孟波;何君佐;周文鋒;王永志;孫佳程;呂文博;馬思浩;李澤文
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N19/00
• 分類號: G01N19/00;G01N33/24
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

本發(fā)明公開一種盾構刀盤轉動及地表振動作用下開挖面穩(wěn)定性模型試驗裝置，屬于盾構法隧道科學研究領域。其特征在于，包括土箱部分、盾構系統(tǒng)、推進控制部分、振動加載及測量系統(tǒng)，其中：所述土箱部分的箱體(3)為長方體；所述盾構系統(tǒng)包括隧道(13)、刀盤(2)、刀盤土壓力盒(15)；所述推進控制部分包括：反力支架(6)、推進控制螺孔塊(7)、中心螺桿(9)、旋轉手柄(10)；所述振動加載及測量系統(tǒng)，包括地表激振器(4)、地表振動加載結構(4?1)、地表加速度計(5)；本發(fā)明的優(yōu)點在于，可以實現(xiàn)刀盤動力擾動、地面振動作用及其共同作用下，開挖面性態(tài)的直接觀測與分析。

技術領域

本發(fā)明涉及一種盾構刀盤轉動及地表振動作用下開挖面穩(wěn)定性模型試驗裝置，屬于盾構法隧道科學研究領域。

背景技術

盾構法隧道以其安全、高效和環(huán)保等優(yōu)點，已經成為地下工程的主要施工方法之一。隨著人們對環(huán)境質量的要求越來越高，盡可能降低盾構掘進對地層及周邊環(huán)境的擾動效應，始終是科研和工程領域不屑追求的目標。

盾構對開挖面的擾動是一個動態(tài)連續(xù)的過程，盾構開挖擾動的傳統(tǒng)試驗方法中，一般是將這一擾動簡化為單一的靜力加卸載問題，這與盾構實際的擾動特點差別較大，尤其是沒有考慮刀盤轉動作用、面板摩擦等因素對開挖面的擾動影響。

此外，隨著城市基礎設施日趨完善，盾構穿越運營鐵路等具有動力效應的構建筑物的情況愈發(fā)常見，地面的動力作用對于下部盾構掘進控制同樣存在不可忽視的影響作用，特別是在飽和松散砂層等對動力作用十分敏感的地層中，更應特別注意。傳統(tǒng)的盾構穿越模型試驗中，對于地表的振動作用及其與刀盤旋轉的動力耦合作用的考慮不足。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對上述問題，公開了一種能實現(xiàn)刀盤在不同“轉速-推進速度”匹配關系下轉動，且能直接觀測開挖面變形和失穩(wěn)形態(tài)的試驗裝置，同時本發(fā)明還能用以研究地面動力作用及其與刀盤轉動動力耦合作用下的開挖面性態(tài)變化。

本發(fā)明的內容是

一種盾構刀盤轉動及地表振動作用下開挖面穩(wěn)定性模型試驗裝置，其特征在于，包括土箱部分、盾構系統(tǒng)、推進控制部分、振動加載及測量系統(tǒng)，其中：

所述土箱部分的箱體(3)為長方體，其觀測面為透明有機玻璃板(1)，所述的透明有機玻璃板的性質為“半圓凸出型”，所述的半圓內徑與刀盤(2)外徑一致，可為刀盤(2)轉動提供足夠的空間。所述的箱體(3)，需要根據(jù)實際尺寸、加載條件等進行結構加固，以箱體變形不影響試驗結果為準。

所述盾構系統(tǒng)包括隧道(13)、刀盤(2)、刀盤土壓力盒(15)：所述隧道結構(13)與箱體結構(3)固定連接；所述的刀盤土壓力盒(15)與刀盤(2)固定連接；

所述推進控制部分包括：反力支架(6)、推進控制螺孔塊(7)、中心螺桿(9)、旋轉手柄(10)：所述反力支架(6)與箱體結構(3)固定連接；推進控制螺孔塊(7)通過連接螺栓(8)與反力支架(6)連接；旋轉手柄(10)與中心螺桿(9)固定連接。所述推進控制螺孔塊(7)與中心螺桿(9)可以更換，采用不同的螺距模擬“推進速度-刀盤轉速”的匹配關系。

所述中心螺桿(9)與刀盤中心連桿(12)通過法蘭盤(11)連接。所述的刀盤(2)依次在中心連接桿(12)、法蘭盤(11)、中心螺桿(9)的聯(lián)動作用下，可旋轉手柄(10)轉動，同時，采用不同螺距的推進控制螺孔塊(7)可以實現(xiàn)不同推進速度。

所述振動加載及測量系統(tǒng)，包括地表激振器(4)、地表振動加載結構(4-1)、地表加速度計(5)：

所述地表激振器(4)固定在地表振動加載結構4-1上，通過不同的頻率及振幅模擬地表的振動作用；所述的地表振動加載結構4-1的形式可根據(jù)試驗模擬對象靈活設計；所述的地表加速度計5用以測量地表激振器4加載所產生的地表振動程度；

地表振動加載結構(4-1)、地表加速度計(5)直接放置在模型土的上表面。