CN107288645B - 一种反力支座可移动的模型盾构机始发装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种反力支座可移动的模型盾构机始发装置，该装置由反力支座、反力架和模型盾构机支承架三部分组成。反力支座可沿导轨移动，通过钢销将反力支座固定在反力支座导轨的定位孔位置。模型盾构机安置在支承架导轨上，其液压千斤顶设置在远离土箱的一端，试验时液压千斤顶的推力均匀传递给反力支座的反力片，同时反力支座通过液压千斤顶对模型盾构机产生推力，使模型盾构机移动，掘进一段距离，然后收回液压千斤顶，将反力支座移动至下一定位孔，并固定反力支座。重复后最终完成模型盾构机的始发。本装置模拟盾构机始发时不需要进行负管片的支护及定位，可以真实的模拟盾构机始发的过程，又能简化盾构开挖模型试验的过程，提高试验效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种模型盾构机始发装置，尤其涉及一种能实现反力支座可移动的模型盾构始发装置。
背景技术
盾构法修建隧道具有施工速度快、噪音小、不影响地面交通，是城市修建地铁隧道建设的首选。但盾构法施工也不可避免的对周围地层和环境产生影响，开展现场试验周期长、成本高、受地层条件影响大，因此采用模型盾构机开展隧道开挖模拟试验是一种重要的研究方法。基于此，国内外学者研制了模型盾构机并开展盾构施工过程模拟，如Nomoto1999等人研制的可进行离心试验的小型盾构机、Champan2006等人建立的适用于黏土的小模型盾构机、Nunes2009研制的适用于平面应变模型的模型盾构机，以及国内上海隧道股份有限公司1996研制的小盾构模拟试验台、上海隧道股份有限公司联合浙江大学、同济大学等2004研制的大直径模型盾构机、同济大学2006研制的双壳单螺旋模型盾构、北京交通大学2007研制的土压平衡盾构设备等，这些模型盾构机都将顶进装置和始发装置连接为一体，不能真实模拟盾构机始发的过程。
何川2008、2014研制的土压平衡盾构机可以依靠千斤顶顶进管片向前开挖，能全面的反应盾构机的掘进过程。在此基础上，何川2013研制了模型盾构机始发装置，该装置可以真实的反应盾构机的始发过程，但模型盾构机始发阶段负管片的拼装过程十分复杂，而且模型试验不同于实际工程，负管片尺寸、负管片和盾尾之间距离很小，致使负管片的拼装难于完成。采用一种简单而有效的始发装置来模拟模型盾构机的始发过程，从而实现盾构机开挖施工的系统研究十分必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种支座可移动的模型盾构机始发装置，既可以真实的模拟盾构机始发的过程，同时能简化盾构开挖模型试验的过程。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种反力支座可移动的模型盾构机始发装置，该装置包括反力架、反力支座和模型盾构机支承架三部分；
反力支座导轨1上设置有反力支座定位孔4，反力支座导轨1的前后两端分别连接前支撑架3和后支撑架2，前支撑架3与试验土箱18外壳相连；
底板5正前方连接反力片10，底板5四角为U形卡槽6，U形卡槽6与反力支座导轨1法向接触位置处安装有轴承7，使反力支座能够沿反力支座导轨1移动，U形卡槽6两侧设置插销孔8，插销孔8的直径与反力支座定位孔4的直径相同，通过钢销9将插销孔8和反力支座定位孔4连接，将反力支座固定在反力支座导轨1上；
支承架导轨11与反力支座导轨1相平行，支承架导轨11前后两端分别连接前支撑架3和后支撑架2，支承架导轨11的上部安装有轴承12，模型盾构机16放置在轴承12上，反力支座的中心轴线、模型盾构机16的中心轴线和拟建隧道洞孔的中心轴线重合，支承架导轨11下部设置支撑腿13，支承架导轨11通过高强螺栓15与支撑腿13的端部连接。
前支撑架3和后支撑架2底部设有用于调整反力支座高度的调节螺栓14。
本发明的工作过程和工作原理是：将该装置安装定位于隧道开挖模型土箱的掘进侧，模型盾构机放置在支承架上，反力支座的中心轴线、模型盾构机的中心轴线和拟建隧道洞孔的中心轴线重合。反力支座可沿导轨移动，通过钢销将反力支座固定在所述导轨的定位孔位置。模型盾构机远离试验土槽框架的一端设有液压千斤顶。反力支座靠近液压千斤顶的一侧安装有用于将液压千斤顶的推力均匀传递给反力支座的反力片，反力片为圆环形。试验时，启动模型盾构机使液压千斤顶处于伸出状态，液压千斤顶对反力支座产生推力，同时反力支座通过液压千斤顶对模型盾构机产生推力，反力支座承受的推力通过反力支座导轨传递给试验土箱框架，由于试验土箱框架是固定的，所以反力支座不会被推动，液压千斤顶的推力使模型盾构机移动，掘进一段距离，然后收回液压千斤顶，将反力支座移动至下一定位孔，并固定反力支座。重复上述过程，最终完成模型盾构机的始发。在模型盾构机完全进入试验土槽后，模型盾构机掘进所需反力不再由本装置提供，此时反力由模型盾构机管片与周围土体间的摩擦力提供。
反力支座导轨为四根，定位孔在导轨上均匀分布，间距根据支护管片宽度确定。反力支座四角处插销孔直径与导轨定位孔直径相同，用钢销连接后反力支座不发生晃动。模型盾构机支承架上导轨为两根，上部安置轴承，轴承支架设置一定角度，确保所有轴承圆心、模型盾构机外壳圆心及轴承与盾构机外壳的接触点在同一直线上。
模型盾构机始发装置为框架结构，各部分通过焊接或高强螺栓连接，方便拆卸。前支撑架和后支撑架底部设有用于调整所述反力支座高度的调节螺栓，这样能够实现反力支座高度和反力支座的中心轴线、所述模型盾构机的中心轴线的自由调节。
本发明的有益效果在于：
1本装置模拟盾构机始发时不需要进行负管片的支护及定位，可以真实的模拟盾构机始发的过程，又能简化盾构开挖模型试验的过程，提高试验效率。
2本装置能够实现反力自平衡，模型试验中不需要修筑反力墙，减少管片及其配套设备的使用量，减小试验设备占用场地空间，节约试验经费。
3本装置可以为模型盾构机始发提供导向，确保始发方向与拟建隧道孔洞轴向一致，避免盾构姿态发生变化。
4本装置仅由型钢、膨胀螺栓和高强度螺栓即可实现，其结构简单、制作方便，可重复使用，模型盾构机始发掘进试验效果好，经济效益显著。
附图说明
图1是本发明所述模型盾构机始发装置掘进前的纵断面结构示意图，图中模型盾构机的掘进方向为由左至右的方向，见图中箭头所示；
图2是本发明所述反力支座、反力片和液压千斤顶的组合结构的横断面结构示意图；
图3是本发明所述模型盾构机始发装置掘进过程中的纵断面结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步具体描述：
如图1、图2、图3所示，本发明所述能实现反力支座可移动的模型盾构机始发装置中，其组成为：
反力支座导轨1上设置反力支座定位孔4，其前后两端分别连接前支撑架3和后支撑架2，前支撑架3与试验土箱18外壳相连；
底板5正前方连接反力片10，四角设计成U形卡槽6，U形卡槽6与反力支座导轨1法向接触位置处安装有轴承7，使反力支座可沿反力支座导轨1移动，U形卡槽6两侧设置插销孔8，插销孔8直径与导轨1上定位孔4相同，通过钢销9将插销孔8和定位孔4连接，将反力支座固定在反力支座导轨1上；
支承架导轨11前后两端分别连接前支撑架3和后支撑架2，支承架导轨11上部安装轴承12，模型盾构机16放置在轴承12上，反力支座的中心轴线、模型盾构机16的中心轴线和拟建隧道洞孔的中心轴线重合，支承架导轨下部设置支撑腿13，防止模型盾构机导轨产生较大挠度。
如图2所示，将模型盾构机16安置在支承架导轨11上后，根据盾构机尾部液压千斤顶17的位置用钢销9将反力支座固定在反力支座导轨1上合适的定位孔4处，启动液压千斤顶17使六个千斤顶都与反力片10接触。试验时，启动模型盾构机使液压千斤顶17处于伸出状态，液压千斤顶17对反力片10产生推力，反力片10使推力均匀的分布在反力支座底板5，底板通过四角的钢销9将推力传递给反力支座导轨1，反力支座导轨1与前支撑架3相连，前支撑架3与试验土箱18相连，由于试验土箱18是固定的，所以反力支座不会被推动，同时反力支座通过液压千斤顶17对模型盾构机16产生推力，液压千斤顶17的推力使模型盾构机16移动，掘进一段距离。
如图3所示，模型盾构机16向前掘进一段距离后，收回液压千斤顶17，将反力支座移动至下一定位孔4，并用钢销9固定反力支座。重复上述过程，直至完成模型盾构机16的始发。在模型盾构机16完全进入试验土箱18后，模型盾构机16掘进所需反力不再由本装置提供，此时反力由模型盾构机管片与周围土体间的摩擦力提供。
模型盾构机16远离试验土箱18的一端设有液压千斤顶17，反力支座靠近液压千斤顶17的一侧安装有用于将液压千斤顶的推力均匀传递给反力支座底板5的反力片10，反力片10为圆环形。
反力支座导轨1为四根，定位孔4在导轨1上均匀分布，间距根据支护管片宽度确定。反力支座可沿导轨1移动，通过钢销9将反力支座固定在导轨1的定位孔4位置。反力支座四角处插销孔8直径与定位孔4直径相同，用钢销连接后所述反力支座不发生晃动。
模型盾构机始发装置为框架结构，各部分通过焊接或高强螺栓15连接，方便拆卸。前支撑架3和后支撑架2底部设有用于调整反力支座高度的调节螺栓14。这样能够实现反力支座高度和反力支座的中心轴线、模型盾构机16的中心轴线的自由调节。
Claims (6)
1.一种反力支座可移动的模型盾构机始发装置，其特征在于：该装置包括反力架、反力支座和模型盾构机支承架三部分；
反力支座导轨(1)上设置有反力支座定位孔(4)，反力支座导轨(1)的前后两端分别连接前支撑架(3)和后支撑架(2)，前支撑架(3)与试验土箱(18)外壳相连；
底板(5)正前方连接反力片(10)，底板(5)四角为U形卡槽(6)，U形卡槽(6)与反力支座导轨(1)法向接触位置处安装有轴承(7)，使反力支座能够沿反力支座导轨(1)移动，U形卡槽(6)两侧设置插销孔(8)，插销孔(8)的直径与反力支座定位孔(4)的直径相同，通过钢销(9)将插销孔(8)和反力支座定位孔(4)连接，将反力支座固定在反力支座导轨(1)上；
支承架导轨(11)与反力支座导轨(1)相平行，支承架导轨(11)前后两端分别连接前支撑架(3)和后支撑架(2)，支承架导轨(11)的上部安装有轴承(12)，模型盾构机(16)放置在轴承(12)上，反力支座的中心轴线、模型盾构机(16)的中心轴线和拟建隧道洞孔的中心轴线重合，支承架导轨(11)下部设置支撑腿(13)，支承架导轨(11)通过高强螺栓(15)与支撑腿(13)的端部连接。
2.根据权利要求1所述的一种反力支座可移动的模型盾构机始发装置，其特征在于：前支撑架(3)和后支撑架(2)底部设有用于调整反力支座高度的调节螺栓(14)。
3.根据权利要求1所述的一种反力支座可移动的模型盾构机始发装置，其特征在于：将模型盾构机(16)安置在支承架导轨(11)上后，根据盾构机尾部液压千斤顶(17)的位置用钢销(9)将反力支座固定在反力支座导轨(1)上合适的定位孔(4)处，启动液压千斤顶(17)使六个千斤顶都与反力片(10)接触；试验时，启动模型盾构机使液压千斤顶(17)处于伸出状态，液压千斤顶(17)对反力片(10)产生推力，反力片(10)使推力均匀的分布在反力支座底板(5)，底板通过四角的钢销(9)将推力传递给反力支座导轨(1)，反力支座导轨(1)与前支撑架(3)相连，前支撑架(3)与试验土箱(18)相连，由于试验土箱(18)是固定的，所以反力支座不会被推动，同时反力支座通过液压千斤顶(17)对模型盾构机(16)产生推力，液压千斤顶(17)的推力使模型盾构机(16)移动，掘进一段距离。
4.根据权利要求1所述的一种反力支座可移动的模型盾构机始发装置，其特征在于：模型盾构机(16)向前掘进一段距离后，收回液压千斤顶(17)，将反力支座移动至下一定位孔(4)，并用钢销(9)固定反力支座；重复上述过程，直至完成模型盾构机(16)的始发；在模型盾构机(16)完全进入试验土箱(18)后，模型盾构机(16)掘进所需反力不再由本装置提供，此时反力由模型盾构机管片与周围土体间的摩擦力提供。
5.根据权利要求1所述的一种反力支座可移动的模型盾构机始发装置，其特征在于：模型盾构机(16)远离试验土箱(18)的一端设有液压千斤顶(17)，反力支座靠近液压千斤顶(17)的一侧安装有用于将液压千斤顶的推力均匀传递给反力支座底板(5)的反力片(10)，反力片(10)为圆环形。
6.根据权利要求1所述的一种反力支座可移动的模型盾构机始发装置，其特征在于：反力支座导轨(1)为四根，定位孔(4)在导轨(1)上均匀分布，间距根据支护管片宽度确定；反力支座可沿导轨(1)移动，通过钢销(9)将反力支座固定在导轨(1)的定位孔(4)位置；反力支座四角处插销孔(8)直径与定位孔(4)直径相同，用钢销连接后所述反力支座不发生晃动。
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