CN108005669A - 一种土压平衡盾构机模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土压平衡盾构机模拟实验装置，通过在土箱盖上设置可伸缩的液压缸和钢板，可以预先对土体施加一定的压力，从而模拟真实盾构环境中土壤内部的压力；通过在土箱盖上设置进气管，可利用高压气体模拟真实盾构时地面建筑物或公路等物体对地面产生的边界压力，并且因为是采用气体施压的方式，所以可以进一步在土体表面布置位移传感器，以测试盾构对地表形变的影响；另外，本发明通过设置第一支撑液压缸组和第二支撑液压缸组等结构，还可对微型土压盾构机和土箱的水平角度进行调整，从而可以开展模拟倾斜隧道盾构方面的研究。

Description

一种土压平衡盾构机模拟实验装置

技术领域

本发明涉及一种土压平衡盾构机的模拟实验装置。

背景技术

盾构法是一种重要的隧道施工方法，近年来在我国的市政、交通等领域有着广泛的应用。土压平衡盾构机是软土隧道施工的常用设备，目前已成为城市地下工程施工技术的主流，盾构法施工是一个连续、动态的过程，盾构机挖掘过程中有各种机器参数和施工参数需要设定，例如刀盘转速、螺旋出土器转速、推进总压力、土舱压力、推进速度、刀盘扭矩等单数，上述参数之间存在怎样的关系，如何设定这些参数才能实现高效、稳定、安全的掘进状态是施工过程中的基本问题；另外，在对软土的盾构施工中，总会对土体造成一定的扰动，从而造成土体一定范围内的应力改变，例如使地面产生变形等，如何通过设定盾构过程中的施工参数，减小对地层的扰动，这也是一个重要的问题。

为了研究上述问题，现在已经有许多土压平衡盾构机的模拟实验装置，但是这些模拟实验装置均存在一些问题。例如公开号为CN101403306A的发明专利，公开了一种土压平衡式盾构模拟实验系统，该系统通过使用土压千斤顶和混凝土垫层来模拟实际隧道施工环境中土壤内部的压力,以及地面上建筑物或公路等物体对土体产生的边界压力，从而使实验更加真实可靠，但是由于使用了千斤顶和混凝土垫层，就无法在土体表面设置位移传感器，从而使该系统无法进行地表形变方面的研究；另外，因为混凝土层覆盖在土体表面上，所以会在很大程度上影响地表形变的结果，从而使实验结果与真实施工情况相差较大；最后，因为该系统中模型盾构机和土体腔的水平角度均无法进行调整，所以该系统也不能进行倾斜隧道盾构方面的研究。

发明内容

本发明的目的在于设计出一种土压平衡盾构机的模拟实验装置，解决上述背景技术中的不足。

本发明通过下列具体结构实现：

本发明土压平衡盾构机模拟实验装置,包括微型模拟盾构机组件和土箱组件,微型模拟盾构机组件和土箱组件均放置在基体上，土箱内填装有模拟土体，微型模拟盾构机放置在土箱内,其特征在于:所述土箱为长方体型土箱,包括土箱壁、土箱底和土箱盖；土箱盖四周具有第一环形凸缘，土箱壁四周具有与土箱盖上的凸缘配合的第二环形凸缘，土箱盖和土箱壁上的环形凸缘通过螺栓固定连接，且两环形凸缘结合处设置有弹性密封垫圈；所述土箱盖上固定有多个可伸缩的液压缸，所述液压缸下方固定铰接有一钢板，钢板的长度略小于土箱的长度，钢板的宽度略小于土箱的宽度，所述钢板上开设有多个通气孔；所述土箱盖中部还设置有进气管，高压气体依次通过进气管、钢板上的通气孔进入钢板与模拟土体表面，以对模拟土体表面产生一定的压力。

所述微型模拟盾构机组件包括，第一机座，第一机架、第一支撑液压缸组、第一底座、支架、推进液压缸组和微型土压盾构机，所述第一机座下方通过滚轮放置在基体上，第一机架固定设置在第一机座上，所述第一底座设置在第一机架上，且第一底座靠近土箱的一端与第一机架铰接固定，另一端与第一支撑液压缸组的上端铰接固定，第一支撑液压缸组的下端与第一机座固定连接，以此调节第一底座的水平角度；所述第一底座上设置有支架，支架上设置推进液压缸组和微型土压盾构机，推进液压缸组一端与支架铰接固定，另一端与土箱壁可离合铰接固定，微型土压盾构机靠推进液压缸组实现在土箱内部的液压推进；所述微型土压盾构机主要包括刀头组件、土压腔、螺旋出土组件。

所述土箱组件包括：第二机架，第二支撑液压缸组、第二底座和土箱，所述第二机架固定在基体上，第二底座设置在第二机架上，所述土箱固定设置在第二底座上,且第二底座远离微型土压盾构机一端与第二机架铰接固定，第二底座另一端与第二支撑液压缸组的上端铰接固定，第二支撑液压缸组的下端固定在基体上，以此调节第二底座和土箱的水平角度。

所述土箱的模拟土体内部埋设有压力传感器、光纤光栅传感器和位移传感器，且模拟土体表面也设置有位移传感器，上述传感器均与数据采集及处理装置相连。

本发明通过在土箱盖上设置可伸缩的液压缸和钢板，可以预先对土体施加一定的压力，从而模拟真实盾构环境中土壤内部的压力；通过在土箱盖上设置进气管，可利用高压气体模拟真实盾构时地面建筑物或公路等物体对地面产生的边界压力，并且因为是采用气体施压的方式，所以可以进一步在土体表面布置位移传感器，以测试盾构对地表变形的影响；通过以上设置，可以保证本模拟实验装置的模拟实验更加真实、有效。

另外，真实施工时往往还会存在倾斜隧道的盾构，本发明通过设置第一支撑液压缸组和第二支撑液压缸组等结构，还可对微型土压盾构机和土箱的水平角度进行调整，从而可以开展模拟倾斜隧道盾构方面的研究。

附图说明

图1为本发明模拟实验装置的整体示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，本发明土压平衡盾构机模拟实验装置,包括微型模拟盾构机组件和土箱组件,微型模拟盾构机组件和土箱组件均放置在基体1上，土箱25内填装有模拟土体251，微型模拟盾构机17放置在土箱25内,其特征在于:所述土箱25为长方体型土箱,包括土箱壁252、土箱底和土箱盖253；土箱盖253四周具有第一环形凸缘254，土箱壁252四周具有与土箱盖上的凸缘配合的第二环形凸缘255，土箱盖253和土箱壁252上的环形凸缘通过螺栓固定连接，且两环形凸缘结合处设置有弹性密封垫圈；所述土箱盖253上固定有多个可伸缩的液压缸256，所述液压缸256下方固定铰接有一钢板257，钢板257的长度略小于土箱的长度，宽度略小于土箱的宽度，所述钢板257上开设有多个通气孔258；所述土箱盖253中部还设置有可供高压气体进入的进气管259，高压气体依次通过进气管259、钢板257上的通气孔258进入钢板257与模拟土体251表面，以对模拟土体252表面产生一定的压力，以此模拟真实盾构时地面建筑物或公路等物体对地面产生的边界压力。

所述微型模拟盾构机组件包括，第一机座11，第一机架12、第一支撑液压缸组13、第一底座14、支架15、推进液压缸组16和微型土压盾构机17，所述第一机座11下方通过滚轮放置在基体1上，第一机架12固定设置在第一机座11上，所述第一底座14设置在第一机架12上，且第一底座14靠近土箱25的一端与第一机架12铰接固定，另一端与第一支撑液压缸组13的上端铰接固定，第一支撑液压缸组13的下端与第一机座11固定连接，以此调节第一底座14的水平角度；所述第一底座11上设置有支架15，支架15上设置推进液压缸组16和微型土压盾构机17，推进液压缸组16一端与支架15铰接固定，另一端与土箱壁252可离合铰接固定，微型土压盾构机17靠推进液压缸组16实现在土箱25内部的液压推进；所述微型土压盾构机17主要包括刀头组件、土压腔和螺旋出土组件。

所述土箱组件包括：第二机架22，第二支撑液压缸组23、第二底座24和土箱25，所述第二机架22固定在基体1上，第二底座24设置在第二机架22上，所述土箱25固定设置在第二底座24上,且第二底座24远离微型土压盾构机17的一端与第二机架22铰接固定，第二底座24另一端与第二支撑液压缸组23的上端铰接固定，第二支撑液压缸组23的下端固定在基体1上，以此调节第二底座24和土箱25的水平角度。

所述土箱25的模拟土体251内部埋设有压力传感器、光纤光栅传感器和位移传感器，且模拟土体251表面也设置有位移传感器，上述传感器均与数据采集及处理装置相连。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种土压平衡盾构机模拟实验装置,包括微型模拟盾构机组件和土箱组件,微型模拟盾构机组件和土箱组件均放置在基体上，土箱内填装有模拟土体，微型模拟盾构机放置在土箱内,其特征在于:所述土箱为长方体型土箱,包括土箱壁和土箱盖，土箱盖和土箱壁固定密封连接；所述土箱盖上固定有多个可伸缩的液压缸，所述液压缸下方固定铰接有一钢板，钢板的长度略小于土箱的长度，钢板的宽度略小于土箱的宽度，所述钢板上开设有多个通气孔；所述土箱盖中部还设置有进气管，高压气体依次通过进气管、钢板上的通气孔进入钢板与模拟土体表面，以对模拟土体表面施加一定的压力。

2.如权利要求1所述的土压平衡盾构机模拟实验装置，其特征在于：所述微型模拟盾构机组件包括，第一机座，第一机架、第一支撑液压缸组、第一底座、支架、推进液压缸组和微型土压盾构机，所述第一机座下方通过滚轮放置在基体上，第一机架固定设置在第一机座上，所述第一底座设置在第一机架上，且第一底座靠近土箱的一端与第一机架铰接固定，另一端与第一支撑液压缸组的上端铰接固定，第一支撑液压缸组的下端与第一机座固定连接；所述第一底座上设置有支架，支架上设置推进液压缸组和微型土压盾构机，推进液压缸组一端与支架铰接固定，另一端与土箱壁可离合铰接固定。

3.如权利要求2所述的土压平衡盾构机模拟实验装置，所述土箱组件包括：第二机架，第二支撑液压缸组、第二底座和土箱，所述第二机架固定在基体上，第二底座设置在第二机架上，所述土箱固定设置在第二底座上,且第二底座远离微型土压盾构机一端与第二机架铰接固定，第二底座另一端与第二支撑液压缸组的上端铰接固定，第二支撑液压缸组的下端固定在基体上。

4.如权利要求1所述的土压平衡盾构机模拟实验装置，其特征在于：所述土箱的模拟土体内部埋设有压力传感器、光纤光栅传感器和位移传感器，且模拟土体表面也设置有位移传感器，上述传感器均与数据采集及处理装置相连。