[實用新型]一種可在離心機上模擬盾構隧道施工的模型裝置

有效

• 申請號: 202220245751.X
• 申請日: 2022-01-29
• 公開（公告）號: CN217300580U
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 張天奇;王瑞坤;鄭剛;任林專;雷亞偉
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: E21D9/08
• 分類號: E21D9/08;E21D9/06;E21D9/12
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

本實用新型公開了一種可在離心機上模擬盾構隧道施工的模型裝置，包括框架和模型盾構機，框架前端設有模型箱，模型箱后側壁上設有開孔，框架后部設有一個豎立的隔板，模型盾構機包括盾殼和模型隧道襯砌，盾構切削、頂推和出渣系統；盾構切削電機提供扭矩，通過傳動軸帶動刀盤旋轉，實現模型盾構機對模型箱內土體的開挖；通過盾構頂推系統控制模型盾構機的推進速度，同時通過盾構切削系統控制刀盤和渣土輸送機的轉速，待切削后的土體位于土倉內，通過出渣系統將渣土排出模型盾構機。此裝置旨在保證離心機加速情況下能夠順利模擬黏土中盾構隧道的開挖過程，更優于以往普遍使用的排液法，實現了更加精細化的黏土地層中隧道開挖離心機試驗研究。

技術領域

本實用新型屬于盾構施工技術領域，具體涉及一種盾構隧道開挖裝置。

背景技術

隨著當今社會對交通日益增長的需求，人們已經將重點轉移至城市地下空間的開發利用，其中隧道占有主要比例。由于地鐵隧道，地下管廊等的修建，地鐵隧道施工環境日趨擁擠，單線隧道已經逐漸淡出人們的視野，目前，雙線甚至多線近接盾構隧道已成為地鐵隧道建設的主要設計方案。然而，近接隧道由于隧道之間間距較小，各條隧道之間的相互影響不可忽視，可能會造成難以估量的地表沉降，對地面建筑物及結構等造成危害，甚至可能面臨開裂，倒塌的風險。另外，天津市地鐵隧道施工大部分在黏土地層中進行，黏土具有高壓縮性，土體強度較低的特點，相比于砂土地層，更容易引起較大的地表沉降。因此，有必要針對近接隧道施工的相互作用機理開展離心機試驗研究，旨在通過機理研究探尋相應的地表沉降控制措施。需要設計一套盾構隧道開挖裝置，既能滿足在黏土中掘進開挖，又可以在離心機加速條件下保證裝置可行性。Nomoto(1999)等人研制了適用于干砂的盾構開挖離心機試驗，此模型盾構機可以很好地模擬干砂地層中盾構機地掘進過程，但是在黏土地層中，存在隧道開孔處漏水以及黏土地層開挖難度較大的問題尚未解決。 Chapman(2007)等人研制了適用于黏土地層的小型盾構設備，但該設備較為簡單，與真實盾構機差距較大，且未考慮開挖不利情況下對渣土進行改良。在模擬真實盾構機的同時，應盡可能簡化裝置動作，過于復雜的裝置，如北京工業大學(2018)研制的一種可實現刀盤和襯砌壓力監測功能的土壓平衡盾構模型試驗系統，雖然可實現盾構掘進過程并監測多種參數，但并不適用于離心機試驗。因而設計一種能夠在離心機加速條件下正常工作，并在黏土地層中模擬真實盾構機掘進過程的盾構隧道開挖裝置是十分必要的。

實用新型內容

針對現有技術，本實用新型提出一種可在離心機上模擬盾構隧道施工的模型裝置，可以在離心機的重力加速度下實現黏土中的隧道掘進。

為了解決上述技術問題，本實用新型提出的一種可在離心機上模擬盾構隧道施工的模型裝置，包括框架和模型盾構機，在所述框架的前端設有模型箱，所述模型箱的后側壁上設有開孔，在框架的后部設有一個豎立的隔板，所述模型盾構機包括同軸設置的盾殼和模型隧道襯砌，所述模型隧道襯砌的尾部與所述隔板之間采用螺栓連接；所述盾殼和模型隧道襯砌內設有盾構切削系統和出渣系統；在所述框架的底部設有盾構頂推系統；所述盾構切削系統包括盾構切削電機、傳動軸和刀盤，所述盾構切削電機固定在所述隔板上，所述傳動軸的一端與所述盾構切削電機的輸出端相連，所述傳動軸的另一端至所述模型隧道襯砌的前端，所述刀盤安裝在所述傳動軸的另一端；所述盾構切削電機提供扭矩，通過所述傳動軸帶動所述刀盤旋轉，實現所述模型盾構機對所述模型箱內土體的開挖；所述盾構頂推系統包括盾構頂推電機和頂進絲杠；所述盾構頂推電機安裝在所述框架后端的底部，所述頂進絲杠設置在所述框架的底部，所述頂進絲杠的一端與所述盾構頂推電機的輸出端相連，所述頂進絲杠的另一端至所述模型箱的后側壁，所述隔板與所述頂進絲杠之間為螺紋連接，所述盾構頂推電機的輸出端通過傳動機構帶動所述頂進絲杠旋轉，所述頂進絲杠帶動所述隔板前后移動，實現所述模型盾構機對所述模型箱內土體的開挖過程中的掘進；所述出渣系統包括固定在所述傳動軸上的螺旋輸送機和設置在所述模型隧道襯砌尾部底端的渣土排放口；所述刀盤和所述模型隧道襯砌之間的空間構成土倉，所述螺旋輸送機伸入土倉內，在所述傳動軸旋轉的同時，將所述刀盤切削后的土體送入螺旋輸送機中，并通過所述渣土排放口排出。

進一步講，本實用新型所述的模型裝置，其中：