CN211504685U - 高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置。该装置包括：模型土箱、盾构模型机、泥水循环系统和注浆系统，模型土箱包括：顶板、侧板、底板和密封钢板，盾构模型机包括：刀具、刀盘、盾壳、驱动轴、减速机、液压马达、调姿油缸、盾尾刷组成、模型管片、反力架和反推力油缸，泥水循环系统包括：泥浆泵、进泥管、出泥管、泥水循环箱和调压管，注浆系统包括注浆泵、注浆导管、注浆孔和压力表。本实用新型模拟高水压条件下(水压最高可达2MPa)泥水平衡盾构水下隧道掘进过程，并同步记录多项掘进参数，实现高水压条件下盾构掘进姿态研究、开挖面稳定和泥水劈裂研究、刀具磨损研究等多项功能。

Description

高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置

技术领域

本实用新型涉及隧道及地下工程技术领域，尤其涉及一种高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置。

背景技术

近年来，在跨越江海的交通方式选择中，水下隧道的优势越来越得到人们的认可，例如对于突发事件的抵抗能力更强，对外界环境的干扰更小，弱化天气变化的影响，结构耐久性更好等。因此，水下隧道在国内外均得到了迅速发展，一个世纪以来，国外建成的中等规模及以上的越江跨海交通隧道已逾百座，水下隧道设计和修建的技术与方法也已经日益成熟。水下隧道结构形式在我国的交通领域中也占有越来越大的比重，泥水平衡式盾构机是水下隧道盾构法施工的主要设备。

泥水平衡式盾构机在水下进行施工掘进时，通过在泥水舱内形成特定压力和浓度的泥水回路，在刀盘开挖面形成泥膜，并使开挖面前后压力差保持在设定的范围内，使盾构机能够在高水压的水下环境能顺利掘进。泥水平衡式盾构机在水下的掘进机理的研究对于整个掘进过程的设计和施工具有重要影响，通过对掘进过程的模拟，可以获得多项关键的盾构掘进参数，并实现对盾构掘进姿态、泥水劈裂、刀具磨损等多种问题的研究，从而为水下盾构隧道的设计和施工以及盾构机的选型等提供参考和依据。

目前世界上还没有盾构机能够进行水下200米的隧道掘进施工，因此国内外现有的盾构试验平台装置无法模拟水压达到2MPa的盾构掘进过程。现我国计划建设200米水深的琼州海峡水下隧道，为了确保盾构机能够在此环境下正常工作，有必要建立“一种高水压泥水平衡盾构综合模型试验系统”，能够实现2MPa水压条件下泥水平衡盾构掘进过程的模拟，从而为高水压下的水下隧道的设计和施工提供参考，同时实现多种研究功能，为各项相关科研工作的展开提供支持。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供了一种高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置，以解决上述背景技术中的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案：

本实用新型的实施例提供的一种高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置，其特征在于，该装置包括：模型土箱、盾构模型机、泥水循环系统和注浆系统，所述泥水循环系统和所述注浆系统与所述盾构模型机连接，所述泥水循环系统、所述注浆系统和所述盾构模型机置于所述模型土箱内；

所述模型土箱，用于填装模型材料土体，并密封模拟施工现场的高水压环境；

所述盾构模型机，用于在所述模型土箱内向前掘进进行泥水平衡盾构综合模型试验，并检测试验过程中的盾构掘进参数；

所述泥水循环系统，用于向所述盾构模型机循环提供泥水，平衡所述盾构模型机开挖面的压力，保持开挖面土体的稳定；

所述注浆系统，用于为所述盾构模型机提供壁后注浆的浆液并实时监测注浆压力，填补所述盾构模型机内的壁后空隙。

优选地，所述盾构模型机包括：刀具、刀盘、旋转轴承、内齿轮、齿轮轴、减速机、液压马达、反力管、反力架、管片法兰、盾尾刷、推进油缸、扭矩传感器、扭矩传感器支架、减速机支架、盾壳组成、驱动轴、法兰板、泥水舱、主驱动轴、前盾、中盾、后盾、调姿油缸、壁后注浆孔和模型管片；

所述刀具安装于所述刀盘上，所述刀盘通过所述法兰板与所述主驱动轴连接，所述盾壳组成分段拼装，所述盾壳前端设置隔板，所述刀盘与所述隔板之间形成所述泥水舱，所述减速机通过所述内齿轮与所述驱动轴连接，所述减速机的后端与所述液压马达相连接，在所述减速机与所述液压马达之间安装所述扭矩传感器，所述调姿油缸与所述模型管片和所述盾壳的内隔板相连，所述盾尾刷固定于所述盾壳上，所述模型管片与外部的所述反力架焊接在一起，所述推进油缸连接所述反力架和所述模型土箱；

所述刀具通过螺栓连接于所述刀盘上，所述刀盘与所述主驱动轴通过螺栓进行连接，所述主驱动轴与所述泥水舱通过轴承连接将动力传送到所述盾壳；

所述液压马达和所述泥水舱之间设置一对唇口相对的旋转密封结构，用于形成密闭的空腔，在所述空腔内注满液压油，并将油压设置在2.1-2.5MPA，用于实现所述液压马达的密封，防止所述泥水舱的泥水流进所述液压马达内，以及对所述液压马达的润滑。

优选地，所述液压马达、所述扭矩传感器和所述扭矩传感器支架组成动力系统；

所述扭矩传感器，用于实时记录所述液压马达的传递扭矩，以及实时监测所述盾构模型机在推进旋转过程中所遇阻力情况；

所述动力系统，用于提供驱动所述刀盘的动力；

所述液压马达的选型，通过计算盾构模型机在土层中的旋转阻力进行确定。

优选地，所述驱动轴、所述内齿轮、所述齿轮轴、所述减速机和所述旋转轴承组成动力传输系统，用于在整个盾构模型机中起到中转动力的作用，将所述液压马达提供的动力传递到所述刀盘，从而驱动所述刀盘旋转。

优选地，所述调姿油缸、油缸吊耳和推力板构成盾构机调姿系统，所述调姿油缸设置4个，用于在所述盾构模型机内的上下左右四个方向上进行角度调节。

优选地，所述盾尾刷的内圈与外圈同时设置沟槽，安装密封圈，用于保证所述盾构模型机处于密封环境，所述盾尾刷内部设置一球碗机构，用于进行360°旋转密封，所述球碗机构的内部套在所述模型管片上，与所述模型管片之间进行轴向滑动和旋转运动。

优选地，所述模型土箱包括：顶板，侧板，底板和密封钢板，所述侧板包括：前侧板、后侧板、左侧板和右侧板，所述顶板、所述侧板和所述底板通过高强螺栓连接为一个立方体框架结构，所述密封钢板焊接于所述顶板、所述侧板和所述底板的连接缝处，用于进行密封；

所述顶板、所述侧板和所述底板分别采用钢结构焊接而成；

所述左侧板的中间设置可视窗，用于从所述模型土箱的外部监测土层的变化情况；

所述前侧板上设置盾构模型机管片的密封孔。

优选地，所述泥水循环系统包括：泥浆泵、进泥管、出泥管、泥水循环箱和调压管，所述泥浆泵设置于所述泥水循环箱的外部，所述泥浆泵的一端与所述泥水循环箱相连，另一端与所述进泥管相连，所述进泥管的一端与所述泥浆泵相连，另一端与所述泥水舱相连，所述出泥管的一端与所述泥水舱连接，一端与所述泥水循环箱连接，所述调压管连接所述进泥管与所述出泥管。

优选地，所述注浆系统包括：注浆泵、注浆导管、注浆孔和压力表，所述注浆泵设置于所述盾构模型机的外部，所述注浆导管的一端与所述壁后注浆孔相连，另一端与所述注浆泵相连，所述注浆孔设置于所述盾壳的侧面，所述压力表设置于所述注浆导管上，用于实时监测注浆压力。

优选地，所述模型管片总体长度为2300mm，将所述盾构模型机在所述模型土箱内推进行程500mm后，对所述模型管片的长度进行调整；

所述模型管片外壁进行精加工，用于在所述模型管片与所述模型土箱之间进行密封，并保证在推进过程中的密封效果。

由上述本实用新型的实施例提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例设计了一种高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置，包括刀具、刀盘、盾壳、驱动轴、减速机、液压马达、调姿油缸、盾尾刷、模型管片、反力架和反推力油缸等组件的盾构模型机，并为盾构模型机配置泥水循环系统和注浆系统，以及设置模型土箱模拟施工现场的环境。本实用新型可以模拟高水压(可达2MPa)的水下隧道施工中采用泥水盾构机的掘进过程，并同步记录盾构机的各项掘进参数，从而实现盾构掘进姿态、泥水劈裂、刀具磨损等多种问题的研究，为各项科研工作的展开提供支持，为实际的水下隧道工程的设计和施工提供参考。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置的盾构模型机组成部件示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置的土箱结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置的盾构模型机剖面图；

其中，1-旋转轴承，2-内齿轮，3-齿轮轴，4-减速机，5-液压马达，6-反力管，7-反力架，8-管片法兰，9-盾尾刷，10-推进油缸，11-扭矩传感器，12-扭矩传感器支架，13-减速机支架，14-盾壳组成，15-驱动轴，16-法兰板，17-刀盘，18-泥水舱，19-主驱动轴，20-前盾，21-中盾，22-后盾，23-调姿油缸，24-壁后注浆孔，25-模型管片。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本实用新型实施例的限定。

实施例一

本实用新型实施例提供了一种高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置，通过模拟土箱设置高水压模拟环境，将盾构模型机置于模拟土箱中进行试验，实现多种功能。

本实用新型实施例提供的一种高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置，包括：模型土箱、盾构模型机、泥水循环系统和注浆系统。

本实用新型实施例各组成结构的具体内容如下：

(1)盾构模型机

本实用新型实施例提供的一种高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置的盾构模型机组成部件示意图如图1所示，盾构模型机包括：旋转轴承1，内齿轮2，齿轮轴3，减速机4，液压马达5，反力管6，反力架7，管片法兰8，盾尾刷9，推进油缸10，扭矩传感器11，扭矩传感器支架12，减速机支架13，盾壳组成14，驱动轴15，法兰板16，刀盘17，泥水舱18，主驱动轴19，前盾20，中盾21，后盾22，调姿油缸23，壁后注浆孔24和模型管片25。刀具安装于刀盘上，刀盘通过法兰板与驱动轴相连，盾壳分段设置拼装，盾壳前部设置隔板，刀盘与隔板之间形成泥水舱，减速机通过内齿轮与驱动轴连接，减速机后端与液压马达相连，扭矩传感器安装于减速机与液压马达之间，实时记录液压马达传递扭矩，盾构调姿油缸与模型管片和盾壳的内隔板相连，盾尾刷固定于盾壳上，模型管片与外部反力架焊接在一起，推进油缸连接反力架和模型土箱。

反力架和导轨部分主体框架由H型钢焊接组成。

刀具通过螺栓连接到前方的刀盘上，刀盘与盾构机的主驱动轴也通过螺栓进行连接，刀盘后方设置隔板，刀盘与隔板之间的空间构成泥水舱，主驱动轴与泥水舱通过轴承链接将力传到盾壳上。

盾尾刷固定在盾壳上，盾尾刷结构的内圈与外圈同时设置沟槽，安装密封圈，确保盾构机密封环境的实现，盾尾刷内部有一球碗机构可以360°旋转，球碗内部套在管片上，与管片可以轴向滑动。

盾构模型机内的各部件分别组成了：动力系统、动力传输系统、盾构机调姿系统和壁后注浆系统。

动力系统，主要由液压马达、扭矩传感器支架、扭矩传感器等部分组成，用于提供刀盘驱动的动力，其中液压马达通过设计计算盾构模型机在土层中的旋转阻力确定选型，同时为了确保实时监测盾构机在推进旋转过程中所遇阻力情况，在液压马达与旋转减速机之间增设扭矩传感器。

动力传输系统，主要包括驱动轴、内齿轮、齿轮轴、减速机、旋转轴承等部分，在整个盾构模型机中起到中转动力的作用，将液压马达提供的动力传递到刀盘，从而驱动刀盘的旋转。

盾构机调姿系统主要由油缸吊耳、推力板组成，本模型中共设置4条油缸，使盾构模型机可在上下左右各方向上实现角度调节。调姿油缸将管片和盾壳连接到一起。

壁后注浆系统，由注浆泵通过管道和注浆孔组成，注浆泵的出口安装压力传感器检测注浆压力。

管片总体长度为2300mm，在保证盾构机土箱内推进行程500mm前提下做适当调整；同时管片外壁通过精加工，使管片与土箱密封可实现盾构机在推进过程中土箱的密封效果。

(2)泥水循环系统

泥水循环系统，包括：泥浆泵、进泥管、出泥管、泥水循环箱和调压管，所述的泥浆泵设在泥水循环箱外部，一端与泥水循环箱相连，另一端与进泥管相连，所述的进泥管的一端与泥浆泵相连，另一段与泥水舱相连，所述的出泥管一端连入泥水舱，一端与泥水循环箱相连，所述的调压管连接进泥管与出泥管。

(3)注浆系统

注浆系统，包括：注浆泵、注浆导管、注浆孔，压力表，所述的注浆泵设在盾构模型机外，所述的注浆导管一端与注浆孔相连，一端与注浆泵相连，所述的注浆孔设置于盾壳侧面，所述的压力表设在注浆导管上，实时监测注浆压力。

(4)模型土箱

本实用新型实施例提供的一种高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置的模型土箱结构示意图如图2所示，模型土箱，包括：顶板、侧板、底板和密封钢板，所述的顶板、侧板和底板通过高强螺栓连接在一起形成提供立方体框架结构，所述的密封钢板焊接于顶板、侧板和底板连接缝处，实现高强密封。

顶板、侧板和底板主要由钢结构焊接而成；左侧板为便于从模型土箱外部监测土层的变化情况，设置了可视窗，前侧板增加盾构机管片密封孔。

本领域技术人员应能理解上述各部件的材料和选型仅为举例，其他现有的或今后可能出现的部件材料如可适用于本实用新型实施例，也应包含在本实用新型保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。

实施例二

该实施例提供了一种高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置，其具体实现结构如图3所示，具体可以包括如下的部分：盾构模型机、模型土箱、泥水循环系统和注浆系统。

盾构模型机包括：旋转轴承1、内齿轮2、齿轮轴3、减速机4、液压马达5、反力管6、反力架7、管片法兰8、盾尾刷9、推进油缸10、触感器11、触感器支架12、减速机支架13、盾壳组成14、驱动轴15、法兰板16，刀盘17。

在盾构模型机中，刀具通过螺栓连接到前方的刀盘上，刀盘与盾构机的主轴也通过螺栓进行连接，盾构刀盘后方设置隔板，刀盘与隔板之间的空间构成泥水仓，主轴与泥水仓通过轴承链接将力传到盾壳上。

盾尾刷固定在盾壳上，盾尾刷结构的内圈与外圈同时设置沟槽，安装密封圈，确保盾构机密封环境的实现，盾尾刷内部有一球碗机构可以360°旋转，球碗内部套在管片上，与管片可以轴向滑动。

模型土箱的尺寸为：长×宽×高＝4.6m×2.16m×3.2m，主要由底部框架、左侧墙、右侧墙、前端墙、后端墙、上盖封墙组成，均由钢结构焊接而成，整个土箱各个墙面之间通过螺栓组连接在一起。左侧墙为便于从土箱外部监测土层的变化情况，设置了可视窗，前端墙增加盾构机管片密封孔。

本实用新型的有益效果主要表现在：

(1)本实用新型相比于以往国内外的泥水盾构模拟试验系统，包括大型多功能盾构综合模拟试验平台的成套设备，可以实现更多种功能(盾构掘进、姿态调整、刀具磨损等)。

(2)本实用新型可以实现泥水平衡盾构在更高水压(可达2MPa)环境下进行施工掘进的过程，从而对高水压条件下的多个关键问题进行试验研究，观察记录油缸推力刀盘扭矩、转速及手荷，掘进速度，泥水仓压力，进出泥浆流量，壁后注浆压力，盾壳及管片受荷，盾构姿态等多项掘进参数，为实际水下隧道工程的设计与施工提供参考。

(3)本实用新型盾构模型机的液压马达和泥水舱有一对唇口相对的旋转密封，以形成密闭的空腔，提前对空腔注满液压油，油压控制在2.1-2.5MPA左右，这样不但能实现液压马达的密封，防止泥水舱的泥水流进液压马达内，还能实现对液压马达的润滑。

(4)本实用新型设计的盾构模型机的盾尾刷密封结构，借鉴液压滑动密封的原理，采用了一款球式旋转密封，将盾尾刷设计成分体式，将球头外壳与盾尾刷内壳实现旋转式密封，球头内孔与管片外径有轴向密封，这样既能实现轴向运动，又能实现旋转运动。

(5)上述(3)、(4)两种密封技术的采用充分满足了盾构模型机在2MPa的水压环境下关节运动的密封要求。

综上所述，本实用新型实施例通过设置包括刀具、刀盘、盾壳、驱动轴、减速机、液压马达、调姿油缸、盾尾刷、模型管片、反力架和反推力油缸等组件的盾构模型机，并为盾构模型机配置泥水循环系统和注浆系统，以及设置模型土箱模拟施工现场的环境进行高水压泥水平衡盾构综合模型试验。本实用新型模拟高水压(可达2MPa)的水下隧道施工中采用泥水盾构机的掘进过程，并同步记录盾构机的各项掘进参数，从而实现盾构掘进姿态、泥水劈裂、刀具磨损等多种问题的研究，为各项科研工作的展开提供支持，为实际的水下隧道工程的设计和施工提供参考。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置，其特征在于，该装置包括：模型土箱、盾构模型机、泥水循环系统和注浆系统，所述泥水循环系统和所述注浆系统与所述盾构模型机连接，所述泥水循环系统、所述注浆系统和所述盾构模型机置于所述模型土箱内；

所述模型土箱，用于填装模型材料土体，并密封模拟施工现场的高水压环境；

所述盾构模型机，用于在所述模型土箱内向前掘进进行泥水平衡盾构综合模型试验，并检测试验过程中的盾构掘进参数；

所述泥水循环系统，用于向所述盾构模型机循环提供泥水，平衡所述盾构模型机开挖面的压力，保持开挖面土体的稳定；

所述注浆系统，用于为所述盾构模型机提供壁后注浆的浆液并实时监测注浆压力，填补所述盾构模型机内的壁后空隙。

2.根据权利要求1所述的高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置，其特征在于，所述盾构模型机包括：刀具、刀盘、旋转轴承、内齿轮、齿轮轴、减速机、液压马达、反力管、反力架、管片法兰、盾尾刷、推进油缸、扭矩传感器、扭矩传感器支架、减速机支架、盾壳组成、驱动轴、法兰板、泥水舱、主驱动轴、前盾、中盾、后盾、调姿油缸、壁后注浆孔和模型管片；

所述刀具安装于所述刀盘上，所述刀盘通过所述法兰板与所述主驱动轴连接，所述盾壳组成分段拼装，所述盾壳前端设置隔板，所述刀盘与所述隔板之间形成所述泥水舱，所述减速机通过所述内齿轮与所述驱动轴连接，所述减速机的后端与所述液压马达相连接，在所述减速机与所述液压马达之间安装所述扭矩传感器，所述调姿油缸与所述模型管片和所述盾壳的内隔板相连，所述盾尾刷固定于所述盾壳上，所述模型管片与外部的所述反力架焊接在一起，所述推进油缸连接所述反力架和所述模型土箱；

所述刀具通过螺栓连接于所述刀盘上，所述刀盘与所述主驱动轴通过螺栓进行连接，所述主驱动轴与所述泥水舱通过轴承连接将动力传送到所述盾壳；

所述液压马达和所述泥水舱之间设置一对唇口相对的旋转密封结构，用于形成密闭的空腔，在所述空腔内注满液压油，并将油压设置在2.1-2.5MPA，用于实现所述液压马达的密封，防止所述泥水舱的泥水流进所述液压马达内，以及对所述液压马达的润滑。

3.根据权利要求2所述的高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置，其特征在于，所述液压马达、所述扭矩传感器和所述扭矩传感器支架组成动力系统；

所述扭矩传感器，用于实时记录所述液压马达的传递扭矩，以及实时监测所述盾构模型机在推进旋转过程中所遇阻力情况；

所述动力系统，用于提供驱动所述刀盘的动力；

所述液压马达的选型，通过计算盾构模型机在土层中的旋转阻力进行确定。

4.根据权利要求2所述的高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置，其特征在于，所述驱动轴、所述内齿轮、所述齿轮轴、所述减速机和所述旋转轴承组成动力传输系统，用于在整个盾构模型机中起到中转动力的作用，将所述液压马达提供的动力传递到所述刀盘，从而驱动所述刀盘旋转。

5.根据权利要求2所述的高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置，其特征在于，所述调姿油缸、油缸吊耳和推力板构成盾构机调姿系统，所述调姿油缸设置4个，用于在所述盾构模型机内的上下左右四个方向上进行角度调节。

6.根据权利要求2所述的高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置，其特征在于，所述盾尾刷的内圈与外圈同时设置沟槽，安装密封圈，用于保证所述盾构模型机处于密封环境，所述盾尾刷内部设置一球碗机构，用于进行360°旋转密封，所述球碗机构的内部套在所述模型管片上，与所述模型管片之间进行轴向滑动和旋转运动。

7.根据权利要求1所述的高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置，其特征在于，所述模型土箱包括：顶板，侧板，底板和密封钢板，所述侧板包括：前侧板、后侧板、左侧板和右侧板，所述顶板、所述侧板和所述底板通过高强螺栓连接为一个立方体框架结构，所述密封钢板焊接于所述顶板、所述侧板和所述底板的连接缝处，用于进行密封；

所述顶板、所述侧板和所述底板分别采用钢结构焊接而成；

所述左侧板的中间设置可视窗，用于从所述模型土箱的外部监测土层的变化情况；

所述前侧板上设置盾构模型机管片的密封孔。

8.根据权利要求2所述的高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置，其特征在于，所述泥水循环系统包括：泥浆泵、进泥管、出泥管、泥水循环箱和调压管，所述泥浆泵设置于所述泥水循环箱的外部，所述泥浆泵的一端与所述泥水循环箱相连，另一端与所述进泥管相连，所述进泥管的一端与所述泥浆泵相连，另一端与所述泥水舱相连，所述出泥管的一端与所述泥水舱连接，一端与所述泥水循环箱连接，所述调压管连接所述进泥管与所述出泥管。

9.根据权利要求2所述的高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置，其特征在于，所述注浆系统包括：注浆泵、注浆导管、注浆孔和压力表，所述注浆泵设置于所述盾构模型机的外部，所述注浆导管的一端与所述壁后注浆孔相连，另一端与所述注浆泵相连，所述注浆孔设置于所述盾壳的侧面，所述压力表设置于所述注浆导管上，用于实时监测注浆压力。

10.根据权利要求2所述的高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置，其特征在于，所述模型管片总体长度为2300mm，将所述盾构模型机在所述模型土箱内推进行程500mm后，对所述模型管片的长度进行调整；

所述模型管片外壁进行精加工，用于在所述模型管片与所述模型土箱之间进行密封，并保证在推进过程中的密封效果。

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