CN110671118A - 一种隧道开挖和支护的模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于工程技术领域，提供了一种隧道开挖和支护的模拟试验装置，包括支撑组件和模拟组件，所述支撑组件包括支架、伸缩轴、支架箱体和顶推油缸，所述顶推油缸固定于所述支架的内部，且所述顶推油缸的输出端传动连接于所述伸缩轴，且所述伸缩轴贯穿所述支架的外壁；在使用的过程中，利用钢护筒的移动将开挖装置推入模拟开挖岩土体的试验箱中，并通过开挖装置的转动对试验箱中的岩土体进行开挖，并与钢护筒的移动相同步，进而便可模拟顶管、土压盾构等施工过程引起的地层变形等环境问题，而施工人员便可根据该模拟实验进行，为预测和控制的实验数据采集，进而使得隧道的开挖能够得到更加充分的数据支持，并能够更加顺利的施工。

Description

一种隧道开挖和支护的模拟试验装置

技术领域

本发明属于工程技术领域，尤其涉及一种隧道开挖和支护的模拟试验装置。

背景技术

隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。隧道可分为交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道；隧道的结构包括主体建筑物和附属设备两部分；主体建筑物由洞身和洞门组成，附属设备包括避车洞、消防设施、应急通讯和防排水设施，长的隧道还有专门的通风和照明设备。

在目前的施工现场中，当施工队需要进行隧道的开挖的过程中，往往会采集很多的数据，从而保障隧道的顺利施工，而由于工程地理环境的复杂以及模拟实验装置的缺失，减少了施工队的数据采集量，进而便会影响到隧道的正常施工。

发明内容

本发明提供一种隧道开挖和支护的模拟试验装置，旨在解决在目前的施工现场中，当施工队需要进行隧道的开挖的过程中，往往会采集很多的数据，从而保障隧道的顺利施工，而由于工程地理环境的复杂以及模拟实验装置的缺失，减少了施工队的数据采集量，进而便会影响到隧道的正常施工问题。

本发明是这样实现的，一种隧道开挖和支护的模拟试验装置，包括支撑组件和模拟组件，所述支撑组件包括支架、伸缩轴、支架箱体和顶推油缸，所述顶推油缸固定于所述支架的内部，且所述顶推油缸的输出端传动连接于所述伸缩轴，且所述伸缩轴贯穿所述支架的外壁，所述支架箱体固定于所述支架的底部，所述模拟组件包括钢护筒和开挖装置，所述伸缩轴远离所述顶推油缸的一端固定连接于所述钢护筒，所述钢护筒的一端贯穿并滑动连接于所述支架，且所述开挖装置固定于所述钢护筒的内部。

优选的，所述支撑组件还包括传输管道，所述传输管道固定连接于所述钢护筒的外壁，并贯穿所述钢护筒，且所述钢护筒通过所述传输管道与所述支架箱体相连通。

优选的，所述传输管道呈倾斜设置于所述支架的内部，并位于所述顶推油缸的一侧。

优选的，所述钢护筒的外壁设有开口，所述传输管道螺接于所述钢护筒的开口处。

优选的，所述开挖装置由液压马达、螺旋轴和开挖刀盘组成，所述液压马达固定于所述钢护筒的外壁，且所述液压马达的输出轴贯穿所述钢护筒并传动连接于所述螺旋轴，所述开挖刀盘固定于所述螺旋轴远离所述液压马达的一端。

优选的，所述支架的内部开设有与所述钢护筒相适配的孔洞，所述钢护筒通过该孔洞的贯穿所述支架。

优选的，所述孔洞的直径大于所述钢护筒的直径，且所述钢护筒的一端收容于孔洞的内部。

优选的，所述支架箱体与所述支架一体成型，并位于所述钢护筒的正下方。

优选的，所述模拟组件还包括衔接板，所述衔接板固定连接于所述钢护筒的外壁，并位于所述钢护筒靠近所述液压马达的一端。

优选的，所述伸缩轴远离所述支架的一端固定连接于所述衔接板，且所述液压马达通过所述衔接板固定连接于所述钢护筒，且所述螺旋轴转动连接于所述衔接板，且所述液压马达的输出轴贯穿所述衔接板并传动连接于所述螺旋轴。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的一种隧道开挖和支护的模拟试验装置，通过设置开挖装置、顶推油缸、钢护筒以及支架箱体，在使用的过程中，开挖装置在钢护筒的内部进行转动，并通过顶推油缸带动伸缩轴进行收缩，并带动钢护筒以及开挖装置同步进行移动，利用钢护筒的移动将开挖装置推入模拟开挖岩土体的试验箱中，并通过开挖装置的转动对试验箱中的岩土体进行开挖，并与钢护筒的移动相同步，进而便可模拟顶管、土压盾构等施工过程引起的地层变形等环境问题，而施工人员便可根据该模拟实验进行，为预测和控制的实验数据采集，进而使得隧道的开挖能够得到更加充分的数据支持，并能够更加顺利的施工。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中的内部结构示意图；

图3为本发明中的剖视结构示意图；

图4为本发明中的钢护筒结构示意图；

图5为本发明中的开挖刀盘结构示意图；

图中：1、支撑组件；11、支架；12、伸缩轴；13、传输管道；14、支架箱体；15、顶推油缸；2、模拟组件；21、钢护筒；22、液压马达；23、衔接板；24、螺旋轴；25、开挖刀盘。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种隧道开挖和支护的模拟试验装置，包括支撑组件1和模拟组件2，支撑组件1包括支架11、伸缩轴12、支架箱体14和顶推油缸15，顶推油缸15固定于支架11的内部，且顶推油缸15的输出端传动连接于伸缩轴12，且伸缩轴12贯穿支架11的外壁，支架箱体14固定于支架11的底部，模拟组件2包括钢护筒21和开挖装置，且伸缩轴12远离顶推油缸15的一端固定连接于钢护筒21，钢护筒21的一端贯穿并滑动连接于支架11，且开挖装置位于钢护筒21的内部。

在本实施方式中，还设置有外部的试验箱(未图示)，在试验箱的内部填充有岩土体，在使用的过程中，在顶推油缸15的作用下将钢护筒21的一端伸入试验箱的内部，并通过螺旋轴24顶部开挖刀盘25的转动对岩土体进行开挖，而利用开挖刀盘25的开挖便可间接的模拟盾构机的施工开挖，进而便可提供给施工人员移动的数据支持。

在本实施方式中，在使用的过程中，当施工人员需要进行模拟的实验时，首先液压马达22开始工作，由于液压马达22的输出轴传动连接于螺旋轴24进行转动，而开挖刀盘25固定连接于螺旋轴24远离液压马达22的一端，进而通过液压马达22便可带动螺旋轴24进行转动，而开挖刀盘25便会随着螺旋轴24的转动同步进行转动，随后，顶推油缸15开始工作，由于顶推油缸15传动连接于伸缩轴12，其伸缩轴12的远离顶推油缸15的有一端固定连接于衔接板23，且衔接板23固定连接于钢护筒21，进而通过顶推油缸15的工作将伸缩轴12收缩于内部，而伸缩轴12的收缩移动便会通过衔接板23带动钢护筒21进行移动，并使得钢护筒21在支架11的内部进行滑动，而随着伸缩轴12的不断收缩以及钢护筒21的不断移动，便使得钢护筒21伸入外部试验箱的内部，并通过钢护筒21内部开挖刀盘25的转动对前部岩土体进行开挖，开挖的土体通过开挖刀盘25上的间隙部分进入钢护筒21内部，随后螺旋轴24的转动带动开挖下土体在钢护筒21的内部进行移动，而在钢护筒21的外壁设置有开口，并在开口处设置有传输管道13，当土体在螺旋轴24的转动下移动到钢护筒21的开口处时，便会通过开口处落入传输管道13中，并利用传输管道13将落下的土体传输到支架箱体14的内部，并通过支架箱体14对开挖下的土体进行收集，随后，钢护筒21不断的移动，其内部的开挖刀盘25不断的对岩土体进行开挖，通过顶推油缸15施加的压力和钢护筒21滞留土体支撑开挖面土体压力，保持前方土体稳定，进而通过开挖刀盘25的转动和钢护筒21的移动便可模拟顶管、土压盾构等施工过程引起的地层变形等环境问题，而施工人员便可根据该模拟实验进行，为预测和控制的实验数据采集，进而使得隧道的开挖能够得到更加充分的数据支持，并能够更加顺利的施工。

进一步的，支撑组件1还包括传输管道13，传输管道13固定连接于钢护筒21的外壁，并贯穿钢护筒21，且钢护筒21通过传输管道13与支架箱体14相连通；钢护筒21的外壁设有开口，传输管道13螺接于钢护筒21的开口处。

在本实施方式中，在使用的过程中，由于在钢护筒21的外壁设置有开口，并在开口处设置有传输管道13，当土体在螺旋轴24的转动下移动到钢护筒21的开口处时，便会通过开口处落入传输管道13中，并利用传输管道13将落下的土体传输到支架箱体14的内部。

进一步的，传输管道13呈倾斜设置于支架11的内部，并位于顶推油缸15的一侧。

在本实施方式中，传输管道13的倾斜设置，使得传输管道13的安装不会触碰到顶推油缸15，避免开挖后的土体落在顶推油缸15上，并使得顶推油缸15能够顺利的进行工作，并使得开挖后的土体能够顺利的落入支架箱体14内部。

进一步的，开挖装置由液压马达22、螺旋轴24和开挖刀盘25组成，液压马达22固定于钢护筒21的外壁，且液压马达22的输出轴贯穿钢护筒21并传动连接于螺旋轴24，开挖刀盘25固定于螺旋轴24远离液压马达22的一端。

在本实施方式中，通过液压马达22便可带动螺旋轴24进行转动，而开挖刀盘25便会随着螺旋轴24的转动同步进行转动，并通过钢护筒21内部开挖刀盘25的转动对前部岩土体进行开挖，开挖的土体通过开挖刀盘25上的间隙部分进入钢护筒21内部，随后螺旋轴24的转动带动开挖下土体在钢护筒21的内部进行移动。

进一步的，支架11的内部开设有与钢护筒21相适配的孔洞，钢护筒21通过该孔洞的贯穿支架11；孔洞的直径大于钢护筒21的直径，且钢护筒21的一端收容于孔洞的内部。

在本实施方式中，在使用的过程中，通过孔洞的设置，使得钢护筒21能够顺利的安装于支架11的内部，而钢护筒21在顶推油缸15的带动下，使得钢护筒21能够顺利的通过孔洞在支架11内部进行滑动，并能够顺利的伸入外部的试验箱中。

进一步的，支架箱体14与支架11一体成型，并位于钢护筒21的正下方。

在本实施方式中，在使用的过程中，土体在螺旋轴24的转动下移动到钢护筒21的开口处时，便会通过开口处落入传输管道13中，并利用传输管道13将落下的土体传输到支架箱体14的内部，并通过支架箱体14对开挖下的土体进行收集。

进一步的，模拟组件2还包括衔接板23，衔接板23固定连接于钢护筒21的外壁，并位于钢护筒21靠近液压马达22的一端；伸缩轴12远离支架11的一端固定连接于衔接板23，且液压马达22通过衔接板23固定连接于钢护筒21，且螺旋轴24转动连接于衔接板23，且液压马达22的输出轴贯穿衔接板23并传动连接于螺旋轴24。

在本实施方式中，在使用的过程中，顶推油缸15传动连接于伸缩轴12，其伸缩轴12的远离顶推油缸15的有一端固定连接于衔接板23，且衔接板23固定连接于钢护筒21，进而通过顶推油缸15的工作将伸缩轴12收缩于内部，而伸缩轴12的收缩移动便会通过衔接板23带动钢护筒21进行移动，并使得钢护筒21在支架11的内部进行滑动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隧道开挖和支护的模拟试验装置，包括支撑组件(1)和模拟组件(2)，所述支撑组件(1)包括支架(11)、伸缩轴(12)、支架箱体(14)和顶推油缸(15)，所述顶推油缸(15)固定于所述支架(11)的内部，且所述顶推油缸(15)的输出端传动连接于所述伸缩轴(12)，且所述伸缩轴(12)贯穿所述支架(11)的外壁，所述支架箱体(14)固定于所述支架(11)的底部，其特征在于：所述模拟组件(2)包括钢护筒(21)和开挖装置，所述伸缩轴(12)远离所述顶推油缸(15)的一端固定连接于所述钢护筒(21)，所述钢护筒(21)的一端贯穿并滑动连接于所述支架(11)，且所述开挖装置固定于所述钢护筒(21)的内部。

2.如权利要求1所述的一种隧道开挖和支护的模拟试验装置，其特征在于：所述支撑组件(1)还包括传输管道(13)，所述传输管道(13)固定连接于所述钢护筒(21)的外壁，并贯穿所述钢护筒(21)，且所述钢护筒(21)通过所述传输管道(13)与所述支架箱体(14)相连通。

3.如权利要求2所述的一种隧道开挖和支护的模拟试验装置，其特征在于：所述传输管道(13)呈倾斜设置于所述支架(11)的内部，并位于所述顶推油缸(15)的一侧。

4.如权利要求2所述的一种隧道开挖和支护的模拟试验装置，其特征在于：所述钢护筒(21)的外壁设有开口，所述传输管道(13)螺接于所述钢护筒(21)的开口处。

5.如权利要求1所述的一种隧道开挖和支护的模拟试验装置，其特征在于：所述开挖装置由液压马达(22)、螺旋轴(24)和开挖刀盘(25)组成，所述液压马达(22)固定于所述钢护筒(21)的外壁，且所述液压马达(22)的输出轴贯穿所述钢护筒(21)并传动连接于所述螺旋轴(24)，所述开挖刀盘(25)固定于所述螺旋轴(24)远离所述液压马达(22)的一端。

6.如权利要求1所述的一种隧道开挖和支护的模拟试验装置，其特征在于：所述支架(11)的内部开设有与所述钢护筒(21)相适配的孔洞，所述钢护筒(21)通过该孔洞的贯穿所述支架(11)。

7.如权利要求6所述的一种隧道开挖和支护的模拟试验装置，其特征在于：所述孔洞的直径大于所述钢护筒(21)的直径，且所述钢护筒(21)的一端收容于孔洞的内部。

8.如权利要求1所述的一种隧道开挖和支护的模拟试验装置，其特征在于：所述支架箱体(14)与所述支架(11)一体成型，并位于所述钢护筒(21)的正下方。

9.如权利要求5所述的一种隧道开挖和支护的模拟试验装置，其特征在于：所述模拟组件(2)还包括衔接板(23)，所述衔接板(23)固定连接于所述钢护筒(21)的外壁，并位于所述钢护筒(21)靠近所述液压马达(22)的一端。

10.如权利要求9所述的一种隧道开挖和支护的模拟试验装置，其特征在于：所述伸缩轴(12)远离所述支架(11)的一端固定连接于所述衔接板(23)，且所述液压马达(22)通过所述衔接板(23)固定连接于所述钢护筒(21)，且所述螺旋轴(24)转动连接于所述衔接板(23)，且所述液压马达(22)的输出轴贯穿所述衔接板(23)并传动连接于所述螺旋轴(24)。

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