专利名称：一种能实现反力自平衡的模型盾构机始发装置的制作方法
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自平衡的模型盾构机始发装置。
背景技术：
城市地铁盾构隧道施工必然对洞周地层及环境产生影响，开展现场试验所需周期长、经费大、易受施工影响，因此采用模型盾构机开展室内掘进试验是一种重要研究方法。基于此，国内外学者研制了部分盾构模型用来模拟原型局部开展试验，如日本学者森麟(1984)研制的半截面模型盾构机、栗原和夫等(1989)研制的泥水式模型盾构机、Nomoto等(1999)研制的微型盾构机装置以及国内同济大学(2006)研制的双壳单螺旋模型盾构、北京交通大学(2007)研制的泥水盾构设备等。这些盾构模型设备受尺寸和场地限制，都没有模拟盾构机始发和负环管片拼装的过程。而真实盾构机在施工过程中需要经过一系列技术手段来完成盾构始发，其中主要包括:隧洞口土体处理、盾构始发基座的安装与定位、盾构始发反力架的设计、反力支撑系统、负环管片拼装等，其中盾构始发反力架是实现盾构始发阶段安全施工的核心之一。由于盾构机始发操作复杂、占用场地、成本较高,室内盾构掘进模型试验均没有考虑始发和负环管片拼装的环节。随着研究的深入，部分更大尺寸、功能更全的模型盾构机先后被研制出来，促使室内掘进试验能实现对原型盾构机整个动态施工过程的全真模拟，其中涉及到盾构机始发过程。由于室内试验场地有限且始发成本高，采用一种简单而有效的始发装置来完成盾构始发，从而实现模型盾构机的安全掘进，显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能实现反力自平衡的模型盾构机始发装置。为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案:本发明所述能实现反力自平衡的模型盾构机始发装置中，所述模型盾构机置于试验土槽框架的掘进侧，所述模型盾构机远离所述试验土槽框架的一端设有液压千斤顶，所述模型盾构机始发装置包括反力座和导轨，所述反力座和所述导轨均安装于工作地面，所述反力座置于所述模型盾构机远离所述试验土槽框架的一侧，所述反力座与所述试验土槽框架之间通过横梁连接，所述模型盾构机位于所述导轨上。试验时，启动模型盾构机使液压千斤顶处于伸出状态，液压千斤顶对反力座产生推力，同时反力座通过液压千斤顶对模型盾构机产生推力，反力座承受的推力通过横梁传递给试验土槽框架，由于试验 土槽框架是固定的，所以反力座不会被推动，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，拼装管片衬砌结构，同时在反力座与液压千斤顶之间加装垫块以调整管片衬砌的高度，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与周围土体间的摩擦力提供。具体地，所述反力座为框架结构，所述反力座靠近所述液压千斤顶的一侧安装有用于将所述液压千斤顶的推力均匀传递给所述反力座的反力片。框架结构的反力座便于组装和拆卸，有利于加快试验进程并降低试验成本。作为优选，所述反力片为圆环形反力片。这样可进一步降低成本。为了确保掘进方向精准，所述反力座的中心轴线、所述模型盾构机的中心轴线和拟建隧道洞孔的中心轴线重合。进一步，所述反力座的下端设有用于调整所述反力座高度的调节螺栓。这样能够实现反力座高度的自由调节，以便于适应模型盾构机在不同工况条件下的始发需求。为了实现模型盾构机的持续掘进，所述模型盾构机始发装置还包括圆环形的负环管片，所述负环管片用于在所述模型盾构机掘进过程中安装于所述反力座与所述液压千斤顶之间，所述负环管片置于所述导轨上。
为了调整负环管片的高度，所述负环管片与所述导轨之间设有用于增加所述负环管片的安装高度的楔形块。具体地，所述横梁为四根，四根所述横梁的一端均匀分布于所述反力座的外周四角，四根所述横梁的另一端均匀分布于所述试验土槽框架的外周四角。所述横梁优选为钢条或钢管。本发明的有益效果在于:本装置能够为模型盾构机的始发提供反力，反力通过横杆传递给试验土槽框架，从而实现反力自平衡。模型试验中不需要修筑反力墙，一方面减小试验设备占用场地空间，节约试验经费，另一方面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。另外，导轨在承受模型盾构机的重力并为其导向的同时，为始发过程中负环管片的拼装提供了支撑平台，使用方便。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。
图1是本发明所述模型盾构机始发装置掘进前的主视结构示意图，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是本发明所述反力座、反力片和液压千斤顶的组合结构右视结构示意图；图3本发明所述模型盾构机始发装置掘进过程中的主视结构示意图。
具体实施例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和图3所示，本发明所述能实现反力自平衡的模型盾构机始发装置中，模型盾构机9置于试验土槽框架10的掘进侧(即图1中的左侧)，模型盾构机9远离试验土槽框架10的一端均匀设有四个液压千斤顶5，所述模型盾构机始发装置包括反力座2、圆环形的反力片3、圆环形的负环管片12和导轨8，反力座2的中心轴线、模型盾构机9的中心轴线和拟建隧道洞孔(图中未示出)的中心轴线重合；反力座2为若干根型钢通过纵横向焊接形成的框架结构，反力座2和导轨8均通过膨胀螺栓7安装于工作地面(图中未示出)，反力座2置于液压千斤顶5远离试验土槽框架10的一侧，反力座2与试验土槽框架10之间通过横梁6并采用高强度螺栓I连接，反力座2的下端设有用于调整反力座2的高度的调节螺栓4 (该调节螺栓4采用常规结构即可);横梁6为四根，四根横梁6的一端均匀分布于反力座2的外周四角，四根横梁6的另一端均匀分布于试验土槽框架10的外周四角，横梁6优选为钢条或钢管，本例为钢条；反力片3用于将液压千斤顶5的推力均匀传递给反力座2，反力片3安装于反力座2靠近液压千斤顶5的一侧，反力片3采用圆环形的片状型钢；模型盾构机9位于导轨8上；负环管片12用于在模型盾构机9掘进过程中安装于反力片3与液压千斤顶5之间，负环管片12置于导轨8上，负环管片12与导轨8之间设有用于增加负环管片12的安装高度的楔形块13。图1中，试验土槽框架10只画出了其中一部分，试验土槽11置于试验土槽框架10内形成一个整体。如图1所示，模型盾构机9始发时所需要的反力通过液压千斤顶5提供，液压千斤顶5伸出后直接作用在圆环形的反力片3上，由于四个液压千斤顶5沿圆周方向分布均匀，因此，反力是均匀作用在反力片3上的，由于反力片3是焊接在反力座2上的，因此，反力沿着反力片3、反力座2和横梁6最终传递到试验土槽框架10上。其中，掘进试验土槽10为一长方体形状的钢框架结构，其基本尺寸为:横向X纵向X高度=4.4mX4.4mX3.0m，通过四根钢柱固定在试验大厅地面，能完全平衡作用在自身结构上的始发反力，实现反力自平衡。此外，导轨8在模型盾构机9吊装前通过膨胀螺栓7安装定位在预先进行加固的地面上，同时保证其结构中心轴线与拟建隧道孔洞中心轴线一致。导轨8 —方面为模型盾构机9掘进提供导向，另一方面为负环管片12的拼装提供支撑平台。如图3所示，当模型盾构机9向前(图3中向右)推进一段距离后(距离一般为管片衬砌结构幅宽+ (I 2) cm)，开始拼装负环管片12。由于模型盾构机9的直径与负环管片12的直径存在一个间隙，同时距离导轨8有一定的空间距离，因此，负环管片12在拼装过程中需要采用楔形块13进行空间填补，同时进行负环管片12的位置调整，确保负环管片12与反力片3的中心在一条直线上。此时，模型盾构机9的始发所需的反力传递路径发生变化。首先，液压千斤顶5 推出后直接作用在负环管片12上，再通过反力片3、反力座2和横梁6最终传递到试验土槽框架10上，实现反力的自平衡。如此完成每一个负环管片12的拼装直至模型盾构机9完全进入试验土槽11。当模型盾构机9完全掘进至试验土槽11后，模型盾构机9掘进所需反力不再由本装置提供，此时反力由模型盾构机9与周围土体间的摩擦力提供，拆除本始发装置即可。
权利要求
1.一种能实现反力自平衡的模型盾构机始发装置，所述模型盾构机置于试验土槽框架的掘进侧，所述模型盾构机远离所述试验土槽框架的一端设有液压千斤顶，其特征在于所述模型盾构机始发装置包括反力座和导轨，所述反力座和所述导轨均安装于工作地面，所述反力座置于所述模型盾构机远离所述试验土槽框架的一侧，所述反力座与所述试验土槽框架之间通过横梁连接，所述模型盾构机位于所述导轨上。
2.根据权利要求I所述的能实现反力自平衡的模型盾构机始发装置，其特征在于所述反力座为框架结构，所述反力座靠近所述液压千斤顶的一侧安装有用于将所述液压千斤顶的推力均匀传递给所述反力座的反力片。
3.根据权利要求2所述的能实现反力自平衡的模型盾构机始发装置，其特征在于所述反力片为圆环形反力片。
4.根据权利要求1、2或3所述的能实现反力自平衡的模型盾构机始发装置，其特征在于所述反力座的中心轴线、所述模型盾构机的中心轴线和拟建隧道洞孔的中心轴线重合。
5.根据权利要求1、2或3所述的能实现反力自平衡的模型盾构机始发装置，其特征在于所述反力座的下端设有用于调整所述反力座高度的调节螺栓。
6.根据权利要求1、2或3所述的能实现反力自平衡的模型盾构机始发装置，其特征在于所述模型盾构机始发装置还包括圆环形的负环管片，所述负环管片用于在所述模型盾构机掘进过程中安装于所述反力座与所述液压千斤顶之间，所述负环管片置于所述导轨上。
7.根据权利要求6所述的能实现反力自平衡的模型盾构机始发装置，其特征在于所述负环管片与所述导轨之间设有用于增加所述负环管片的安装高度的楔形块。
8.根据权利要求I所述的能实现反力自平衡的模型盾构机始发装置，其特征在于所述横梁为四根，四根所述横梁的一端均匀分布于所述反力座的外周四角，四根所述横梁的另一端均匀分布于所述试验土槽框架的外周四角。
9.根据权利要求8所述的能实现反力自平衡的模型盾构机始发装置，其特征在于所述横梁为钢条或钢管。
全文摘要
本发明公开了一种能实现反力自平衡的模型盾构机始发装置，模型盾构机置于试验土槽框架的掘进侧，模型盾构机远离所述试验土槽框架的一端设有液压千斤顶，所述模型盾构机始发装置包括反力座和导轨，反力座和导轨均安装于工作地面，反力座置于模型盾构机远离所述试验土槽框架的一侧，反力座与试验土槽框架之间通过横梁连接，模型盾构机位于导轨上。本装置能够为模型盾构机的始发提供反力，反力通过横杆传递给试验土槽框架，从而实现反力自平衡。模型试验中不需要修筑反力墙，一方面减小试验设备占用场地空间，节约试验经费，另一方面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。
文档编号E21D9/06GK103256056SQ201310192938
公开日2013年8月21日 申请日期2013年5月23日 优先权日2013年5月23日
发明者何川, 江英超, 方勇, 齐春, 王俊, 胡雄玉 申请人:西南交通大学