CN100343485C - 模拟盾构掘进机试验用的模拟土箱 - Google Patents

Abstract

一种隧道工程技术领域的模拟盾构掘进机试验用的模拟土箱。包括：后封头、移动箱体、固定箱体、前封头、密封橡胶环板、压板、充水橡胶囊袋、平台栏杆，其连接方式为：移动箱体设置于后封头的右方固定，固定箱体设置于移动箱体的右方固定，前封头设置于固定箱体的右方固定，密封橡胶环板设置于前封头的右方固定，压板再设置于密封橡胶环板的右方固定，充水橡胶囊袋位于移动箱体和固定箱体的四周，平台栏杆设置于固定箱体与移动箱体的上方固定。本发明可满足不同地层的模拟和不同试验掘进长度的需要，可以在模拟土箱内实现22m深的多种典型地层的模拟，为盾构掘进机的地层适应性研究创造必要条件，使盾构掘进机在应用之前能够得到可靠性的确认。

Description

模拟盾构掘进机试验用的模拟土箱

技术领域

本发明涉及的是一种用于隧道工程技术领域的试验容器，特别是一种模拟盾构掘进机试验用的模拟土箱。

背景技术

采用盾构掘进机进行盾构法施工可适用于各类软土地层及硬岩地层，自1875年布鲁诺(Brunel)制造第一台盾构掘进机到现在，世界各国制造了数以千计的各种类型、各种直径的盾构掘进机。近二十年来，盾构掘进机在各种隧道工程中发展应用更是日新月异，各种类型的新型盾构掘进机，如：泥水平衡、土压平衡、TBM、混合型、双圆、三圆、矩型、异型等盾构掘进机在工程建设中应运而生。盾构掘进机是在地下工作的一种掘进、支护与成洞的机械设备，其设备可靠性相当重要，关系到隧道建设的成败、隧道沿线的环境影响与建设成本。

经对现有技术文献检索发现，两项日本专利：特开平8-2-297，名称为：盾构推进模型试验方法及其试验装置；特开2002-365170，名称为：盾构掘削机模型试验方法及其试验装置，都采用了1/n倍的缩尺模型土体的试验土箱或土槽，再把这种较小的试验土箱或土槽放在一个离心力加载装置上，使模拟土体处于一个比重力加速度大n倍的离心重力加速度场中，利用力学相似原理来模拟一定深度的土层。这种模拟土体装置，虽然试验土箱或土槽尺寸较小，但整个加载装置的外形尺寸较大，整套装置的结构复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种模拟盾构掘进机试验用的模拟土箱。使其根据需要进行组合外形尺寸和长度，设置成卧式或竖式，结构更简单，使盾构掘进机在应用之前能够得到可靠性的确认。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：后封头、移动箱体、固定箱体、前封头、密封橡胶环板、压板、充水橡胶囊袋、平台栏杆，其连接方式为：移动箱体设置于后封头的右方固定，固定箱体设置于移动箱体的右方固定，前封头设置于固定箱体的右方固定，前封头端部有圆形开口，密封橡胶环板设置于前封头的右方固定，压板再设置于密封橡胶环板的右方固定，充水橡胶囊袋位于移动箱体和固定箱体的四周，平台栏杆设置于固定箱体与移动箱体的上方固定。

后封头包括：椭圆封头、法兰，法兰位于椭圆封头的右方，通过电焊联接。椭圆封头的结构特征为：椭圆封头内部有组合筋板，组合筋板上十字形分布6个土压力计与4个孔隙水压力计，椭圆封头的上下方分别布置二个引出线接管与1个排气管和1个排水管。后封头使土箱右端封闭，排出土箱内不需要的气体与水。

移动箱体包括：第一开口圆筒体、带法兰的接管、密封箱盖、两个第一大法兰、支座，带法兰的接管位于第一开口圆筒体的上方，密封箱盖位于带法兰的接管上方，两个第一大法兰位于第一开口圆筒体的左右两侧，支座位于第一开口圆筒体的下方，第一开口圆筒体内部开口下方有6条组合筋板，每条组合筋板上分布2个土压力计，其中一侧的两条组合筋板上还分布2个孔隙水压力计，第一开口圆筒体的外周还分布充水橡胶囊袋的进出水管接管；第一开口圆筒体的下部中间有2个引出线接管。移动箱体盛放土体，并通过对箱体内部设置的橡胶囊袋充水加压对土体进行施压，来模拟一定深度的土体。

固定箱体包括：第二开口圆筒体、带法兰的接管、密封箱盖、一个第二大法兰、支座，其连接方式为：带法兰的接管位于第二开口圆筒体的上方，密封箱盖位于带法兰的接管上方，一个第二大法兰位于第二开口圆筒体的左侧，支座位于第二开口圆筒体的下方，第二开口圆筒体的结构特征为：第二开口圆筒体内部开口下方有6条组合筋板，每条组合筋板上分布2个土压力计，其中一侧的两条组合筋板上还分布2个孔隙水压力计，第二开口圆筒体的外周还分布充水橡胶囊袋的进出水管接管；开口圆筒体的下部中间有2个引出线接管。移动箱体盛放土体，并通过对箱体内部设置的橡胶囊袋充水加压对土体进行施压，来模拟一定深度的土体。

在移动箱体与固定箱体上部有加土口与密封箱盖。

前封头包括：开口椭圆封头、圆形接管、引出线接管与排水管、排气管，其连接方式为：圆形接管位于开口椭圆封头的右方，引出线接管位于开口椭圆封头的上下方，排水管、排气管分别位于椭圆封头的上下方。圆形接管的圆形筒体右方有一个开口法兰。前封头为模拟盾构掘进机进入土箱提供进入口。

该模拟土箱工作时，在土箱右端前封头的开口中放置一个试验模拟盾构掘进机，端部开口处放置一个模拟盾构掘进机或一个模拟整环管片，通过密封橡胶环板与压板使土箱开口与模拟盾构掘进机或模拟整环管片外圆的间隙消除并密封，然后往固定箱体与移动箱体的上方开口中放满所需的土体并压实，再通过对箱体内部设置的橡胶囊袋充水加压对土体进行施压，使土体产生一定的土压力来模拟一定深度的土体。当模拟盾构掘进机掘削前进时，箱体内部安放的土压力计与孔隙水压力计就会显示相应位置土压力值与孔隙水压力值的变化，从而，可以了解模拟盾构掘进机施工参数的合理性。

本发明箱体长度可根据试验需要进行组合，可满足不同地层的模拟和不同试验掘进长度的需要，可以卧式安放或竖立安放，土箱内可放置各种粘土、砂土、砂砾，土箱的工作压力值达0.4Mpa，可以在模拟土箱内实现22m深的多种典型地层的模拟，为盾构掘进机的地层适应性研究创造必要条件，使盾构掘进机在应用之前能够得到可靠性的确认。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图

图2为本发明的总体结构A-A剖面示意图

图3为本发明的后封头结构侧面示意图

图4为本发明的后封头结构正面示意图

图5为本发明的移动箱体结构侧面剖视示意图

图6为本发明的移动箱体结构正面示意图

图7为本发明的固定箱体结构正面示意图

图8为本发明的固定箱体结构侧面剖视示意图

图9为本发明的前封头结构正面示意图

图10为本发明的前封头结构侧面剖视示意图

具体实施方式

如图1-图10所示，本发明包括：后封头1、移动箱体2、固定箱体3、前封头4、密封橡胶环板5与压板6、充水橡胶囊袋7、平台栏杆8，其连接方式为：移动箱体2设置于后封头1的右方联接固定，固定箱体3设置于移动箱体2的右方联接固定，前封头4设置于固定箱体3的右方联接固定，密封橡胶环板5设置于前封头4的右方，压板6再设置于密封橡胶环板5的右方联接固定，充水橡胶囊袋7位于移动箱体2和固定箱体3的四周，平台栏杆8设置于移动箱体2与固定箱体3的上方，通过焊接使两者联接固定。

后封头1包括：椭圆封头9、法兰10，其连接方式为：法兰10位于椭圆封头9的右方，通过电焊联接。椭圆封头9的结构特征为：椭圆封头9内部有组合筋板11，组合筋板11上十字形分布6个土压力计12与4个孔隙水压力计13，椭圆封头9的上下方分别布置二个引出线接管14与1个排气管15和1个排水管16。

移动箱体2包括：第一开口圆筒体17、带法兰的接管18、密封箱盖19、两个第一大法兰20、支座21，其连接方式为：带法兰的接管18位于第一开口圆筒体17的上方，通过电焊联接，密封箱盖19位于带法兰的接管18上方，通过螺栓联接，两个第一大法兰20位于第一开口圆筒体17的左右两侧，通过电焊联接；支座21位于第一开口圆筒体17的下方，通过电焊联接。第一开口圆筒体17的结构特征为：开口圆筒体内部开口下方有6条组合筋板22，每条筋板相隔45°，每条组合筋板上分布2个土压力计12，其间距为1600mm，其中一侧的两条组合筋板22上还分布2个孔隙水压力计13，其间距也为1600mm；第一开口圆筒体17的外周还分布充水橡胶囊袋7的进出水管接管23；第一开口圆筒体的下部中间有2个引出线接管14，2个引出线接管14相隔10°。

固定箱体3包括：第二开口圆筒体25、带法兰的接管18、密封箱盖19、一个第二大法兰24、支座21，其连接方式为：带法兰的接管18位于第二开口圆筒体25的上方，通过电焊联接，密封箱盖19位于带法兰的接管18上方，通过螺栓联接，一个第二大法兰24位于第二开口圆筒体25的左侧，通过电焊联接，支座21位于第二开口圆筒体25的下方，通过电焊联接。

第二开口圆筒体25的结构特征为：第二开口圆筒体内部开口下方有六条组合筋板22，每条筋板相隔45°，每条组合筋板上分布2个土压力计12，其间距为1600mm，其中一侧的两条组合筋板22上还分布2个孔隙水压力计13，其间距也为1600mm；第二开口圆筒体25的外周还分布充水橡胶囊袋7的进出水管接管23；第二开口圆筒体的下部中间有2个引出线接管14，2个引出线接管14相隔10°。

在移动箱体2与固定箱体3上部有加土口与密封箱盖19。

前封头4包括：开口椭圆封头26、圆形接管27、引出线接管14与排水管15、排气管16，其连接方式为：前封头4端部有圆形开口，圆形接管27位于开口椭圆封头26的右方，通过电焊联接；引出线接管14位于开口椭圆封头26的上下方，通过电焊联接；排水管15、排气管16分别位于椭圆封头26的上下方，通过电焊联接。圆形接管27的圆形筒体28右方有一个法兰29，法兰29开口直径为2200mm。

Claims (10)

1、一种模拟盾构掘进机试验用的模拟土箱，其特征在于，包括：后封头(1)、移动箱体(2)、固定箱体(3)、前封头(4)、密封橡胶环板(5)与压板(6)、充水橡胶囊袋(7)、平台栏杆(8)，移动箱体(2)设置于后封头(1)的右方固定，固定箱体(3)设置于移动箱体(2)的右方固定，前封头(4)设置于固定箱体(3)的右方固定，密封橡胶环板(5)设置于前封头(4)的右方固定，压板(6)设置于密封橡胶环板(5)的右方固定，充水橡胶囊袋(7)位于移动箱体(2)和固定箱体(3)的四周，平台栏杆(8)设置于移动箱体(2)与固定箱体(3)的上方固定。

2、根据权利要求1所述的模拟盾构掘进机试验用的模拟土箱，其特征是，所述的后封头(1)包括：椭圆封头(9)、法兰(10)，法兰(10)位于椭圆封头(9)的右方。

3、根据权利要求2所述的模拟盾构掘进机试验用的模拟土箱，其特征是，所述的椭圆封头(9)内部设有组合筋板(11)，组合筋板(11)上十字形分布6个土压力计(12)与4个孔隙水压力计(13)，椭圆封头(9)的上下方分别布置二个引出线接管(14)与1个排气管(15)和1个排水管(16)。

4、根据权利要求1所述的模拟盾构掘进机试验用的模拟土箱，其特征是，所述的移动箱体(2)包括：第一开口圆筒体(17)、带法兰的接管(18)、密封箱盖(19)、两个第一大法兰(20)、支座(21)，带法兰的接管(18)位于第一开口圆筒体(17)的上方，密封箱盖(19)位于带法兰的接管(18)上方，两个第一大法兰(20)位于第一开口圆筒体(17)的左右两侧，支座(21)位于第一开口圆筒体(17)的下方。

5、根据权利要求4所述的模拟盾构掘进机试验用的模拟土箱，其特征是，所述的第一开口圆筒体(17)内部开口下方有6条组合筋板(22)，每条筋板相隔45°，每条组合筋板上分布两个土压力计(12)，其中一侧的两条组合筋板(22)上还分布两个孔隙水压力计(13)。

6、根据权利要求4所述的模拟盾构掘进机试验用的模拟土箱，其特征是，所述的第一开口圆筒体(17)的外周还分布充水橡胶囊袋(7)的进出水管接管(23)，第一开口圆筒体(17)的下部中间有两个引出线接管(14)。

7、根据权利要求1所述的模拟盾构掘进机试验用的模拟土箱，其特征是，所述的固定箱体(3)包括：第二开口圆筒体(25)、带法兰的接管(18)、密封箱盖(19)、第二大法兰(24)、支座(21)，带法兰的接管(18)位于第二开口圆筒体(25)的上方，密封箱盖(19)位于带法兰的接管(18)上方，第二大法兰(24)位于第二开口圆筒体(25)的左侧，支座(21)位于第二开口圆筒体(25)的下方。

8、根据权利要求7所述的模拟盾构掘进机试验用的模拟土箱，其特征是，所述的第二开口圆筒体(25)内部开口下方有6条组合筋板(22)，每条组合筋板上分布两个土压力计(12)，其中一侧的两条组合筋板(22)上还分布两个孔隙水压力计(13)。

9、根据权利要求7所述的模拟盾构掘进机试验用的模拟土箱，其特征是，第二开口圆筒体(25)的外周还分布充水橡胶囊袋(7)的进出水管接管(23)，第二开口圆筒体(25)的下部中间有两个引出线接管(14)。

10、根据权利要求1所述的模拟盾构掘进机试验用的模拟土箱，其特征是，所述的前封头(4)包括：开口椭圆封头(26)、圆形接管(27)、引出线接管(14)与排水管(15)、排气管(16)，圆形接管(27)位于开口椭圆封头(26)的右方，引出线接管(14)位于开口椭圆封头(26)的上下方，排水管(15)、排气管(16)分别位于椭圆封头(26)的上下方。

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