CN108417131A - 一种土压平衡盾构机地层识别技术研究实验装置 - Google Patents
一种土压平衡盾构机地层识别技术研究实验装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种土压平衡盾构机地层识别技术研究实验装置，通过在土箱中设置第一隔板和第二隔板，可以方便地在土箱中填充不同类型的土体，从而形成不同的地层交界面，以便土压盾构中地层实时识别方面的研究；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。
Description
技术领域
本发明涉及一种土压平衡盾构机地层识别技术研究实验装置，属于土压平衡盾构机领域。
背景技术
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，在盾构开挖隧道之前要充分了解开挖地质信息，在地质资料的基础上合理地设置盾构机工作的工艺参数，而如果在隧道开挖前获取的地质信息不能够覆盖整条隧道的地质情况，就会导致施工前方地层的“黑箱”情况，从而不能够及时调整盾构机的工艺参数，从而影响施工进度，甚至产生事故。对施工前方地质采取多点钻探的方法可以在一定程度上缓解“黑箱”情况，但是过于密集的钻探点往往会拖延施工进度、增大施工费用，因此利用盾构与开挖前方地质相互作用的外在表征---盾构施工参数，进行地层实时识别会给施工带来很大便利，目前已经有很多此方面的实验研究。
地层识别技术是盾构实现智能控制的基础,目前在盾构施工中,地层判别还处在人工和滞后状态,难以对地层进行有效的在线判别,因此利用盾构掘进参数实现对地层在线识别具有重要意义。为了研究上述问题，目前已经有许多模拟实验装置，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，但是上述技术不能方便地在土箱中填充不同类型的土壤形成不同地层的交界面，从而不能方便地进行地层实时识别方面的研究；且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。
发明内容
本发明的目的在于设计出一种土压平衡盾构机地层识别技术研究实验装置，解决上述背景技术中的不足，方便地在土箱中填充不同类型的土体，从而形成不同的地层交界面，以便后续的土压盾构中地层实时识别方面的研究。
本发明通过下列具体结构实现：
一种土压平衡盾构机地层识别技术研究实验装置,包括微型模拟盾构机组件和土箱组件，土箱内填装有模拟不同地层的土体，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；土箱内竖直设置有两块可拆卸的隔板，所述隔板与微型模拟盾构机组件推进的方向垂直，并且在给土箱内的土体进行加压之前，所述隔板可与土箱壁配合而将土箱内部分隔为三个独立的空间,从而方便装填不同类型的土体形成不同的地层交界面。
进一步地，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。
进一步地，在与放置微型模拟盾构机的土箱壁相邻的两块土箱壁上设置有卡槽，所述隔板可在所述卡槽内插入和抽出，在向土箱内装填土体之前插入所述隔板，装填完成抽出所述隔板后再对土体进行加压。
另外，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。
本发明在进行土箱填土时，首先将隔板插入土箱壁上的插槽，从而将土箱分隔为三个独立的空间，然后分别在这三个独立的空间中装入不同类型的土体，例如分别装入砂砾土、沙土、粘土，接着将隔板从插槽中抽出并盖上土箱盖，利用土箱盖上的液压缸和钢板对土体进行加压后形成不同类型的地层交界面，以用于后续的地层实时识别方面的研究。
另外，土箱的模拟土体内部还埋设有压力传感器、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。
通过本发明的实验装置，可以方便地在土箱中填充不同类型的土体，形成不同的地层交界面，从而方便土压盾构中地层实时识别方面的研究。
另外，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。
附图说明
图1为本发明实验装置的整体示意图。
图2为本发明实验装置中土箱的俯视示意图。
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1-2所示，本发明的实验装置,包括微型模拟盾构机组件1和土箱组件2,微型模拟盾构机组件1和土箱组件2均放置在基体上，土箱25内填装有模拟不同地层的土体，微型模拟盾构机放置在土箱25内,所述土箱25为长方体型土箱,包括土箱壁252和土箱盖253，土箱盖253和土箱壁252固定密封连接；土箱25内竖直设置有两块可拆卸的隔板，分别为第一隔板260和第二隔板261，第一隔板260和第二隔板261均与微型模拟盾构机组件推进的方向垂直，并且在给土箱内的土体进行加压之前，所述第一隔板260和第二隔板261可与土箱壁配合而将土箱内部分隔为三个独立的空间,从而方便装填不同类型的土体形成不同的地层交界面。
进一步地，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253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。
进一步地，在与放置微型模拟盾构机组件的土箱壁相邻的两块土箱壁上设置有卡槽（图中未示出），第一隔板260和第二隔板261可在所述卡槽内插入和抽出；在向土箱内装填土体之前插入所述第一隔板260和第二隔板261，装填完成后抽出第一隔板260和第二隔板261再对土体进行加压。
另外，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与模拟土体表面，以对模拟土体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。
本发明在进行土箱填土时，首先将第一隔板260和第二隔板261插入土箱壁上的插槽，从而将土箱25分隔为三个独立的空间，然后分别在这三个独立的空间中装入不同类型的土体A、B、C，例如分别装入砂砾土、沙土、粘土，接着将隔板从插槽中抽出并盖上土箱盖，利用土箱盖上的液压缸对土体进行加压后形成不同类型的地层交界面，以用于后续的地层实时识别方面的研究。
另外，土箱的模拟土体内部还埋设有压力传感器、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。
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地层识别技术研究实验装置,包括微型模拟盾构机组件和土箱组件，土箱内填装有模拟不同地层的土体，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；土箱内竖直设置有两块可拆卸的隔板，所述隔板与微型模拟盾构机组件推进的方向垂直，并且在给土箱内的土体进行加压之前，所述隔板可与土箱壁配合而将土箱内部分隔为三个独立的空间,以方便装填不同类型的土体形成不同的地层交界面。
2.如权利要求1所述的土压平衡盾构机地层识别技术研究实验装置，其特征在于：在与放置微型模拟盾构机的土箱壁相邻的两块土箱壁上设置有卡槽，所述隔板可在所述卡槽内插入和抽出，在向土箱内装填土体之前插入所述隔板，装填完成抽出所述隔板后再对土体进行加压。
3.如权利要求2所述的土压平衡盾构机地层识别技术研究实验装置，其特征在于：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，钢板上还设置有避开所述卡槽的缺口；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。
4.如权利要求2所述的土压平衡盾构机地层识别技术研究实验装置，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。
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