模拟TBM施工作业真实工况实验台的围岩特性模拟装置的制作方法

本发明涉及全断面硬岩掘进机(tunnelboringmachine，简称tbm)技术领域，具体涉及一种模拟tbm施工作业真实工况的实验台的围岩特性模拟装置。

背景技术：

tbm机构具有欠约束的特性，须借助围岩约束来实现掘进作业。tbm在施工作业中，地质环境复杂且承受强冲击载荷，会产生关键构件损伤失效、掘进轨迹受围岩物理性能变化的影响而出现偏离预定轨迹的情况。为应对tbm在复杂工况下掘进出现的上述问题，就需要搭建一种能模拟tbm施工作业真实工况的实验装置，尤其是设计模拟不同围岩物理特性对tbm的约束作用的围岩约束模拟装置，并基于此实验装置研究不同的围岩物理特性对tbm掘进轨迹的影响及tbm支撑推进换步机构在掘进过程中关键构件受力的变化规律，进而为设计精准、高效及高刚度的tbm支撑推进换步机构及控制提供依据。现有的模拟tbm施工作业真实工况实验台的围岩特性模拟装置中，采用在护盾油缸有杆腔设置截锥螺旋弹簧的方法，模拟围岩物理特性的变化(一种模拟tbm施工作业真实工况的实验台申请号：201510198292.9)。采用这种方法模拟围岩物理特性的效果并不理想，虽然可以实现物理围岩变刚度特性模拟，但是刚度值与需要达到的刚度相差很大，并不能有效模拟围岩物理特性。并且在模拟不同围岩物理特性时，需要拆开护盾油缸更换截锥螺旋弹簧，工作量很大。为了解决上述问题需要对此装置进行改进，达到理想的围岩物理特性模拟效果，并可以方便的实现不同围岩物理特性的模拟。

技术实现要素：

针对现有技术，本发明提出的一种用于模拟tbm施工作业真实工况的实验台的围岩特性模拟装置，由于采用分体式且设有碟簧的侧护盾，可以在护盾油缸和碟簧的作用下满足实验中对不同大小刚度值的要求，可以模拟tbm掘进作业工况下不同围岩物理特性与护盾的相互作用，为tbm推进系统的设计和控制提供依据。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种模拟tbm施工作业真实工况实验台的围岩特性模拟装置，包括底护盾、顶护盾和两个侧护盾，所述底护盾上设有机头架，所述机头架上设有分别与所述顶护盾和两个侧护盾相连的护盾油缸，所述侧护盾包括护盾基座和护盾顶板，所述护盾基座上设有若干个通孔，所述通孔为第一阶梯孔，每个第一阶梯孔内均设有碟簧导杆，所述碟簧导杆上均依次套装有碟簧和支撑筒，所述护盾顶板上设有若干个与支撑筒位置对中的第二阶梯孔，所述支撑筒的一侧与所述碟簧接触，所述支撑筒的另一侧与第二阶梯孔的阶梯面接触；所述护盾顶板与所述护盾基座之间设有连接螺栓；所述护盾基座与所述护盾顶板通过所述连接螺栓限定两者之间的间距，用以防止所述护盾顶板脱离所述支撑筒。

进一步讲，本发明模拟tbm施工作业真实工况实验台的围岩特性模拟装置，其中，所述机头架与所述底护盾固定，所述侧护盾的上端通过所述护盾油缸与所述机头架连接，所述侧护盾的下端与所述底护盾铰接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种用于模拟tbm施工作业真实工况实验台的围岩特性模拟装置，在进行tbm支撑推进换步机构性能的实验研究过程中，利用本发明装置，通过在护盾上设置不同规格的碟形弹簧，克服原有装置截锥螺旋弹簧刚度不足以及不方便更换弹簧的缺点。此发明装置不仅可以模拟围岩变刚度特性，而且可以满足实验中对刚度值大小的要求，因此可以模拟tbm掘进作业工况下不同围岩物理特性与护盾的相互作用，为tbm推进系统的设计和控制提供依据。

附图说明

图1是本发明围岩特性模拟装置的立体结构示意图；

图2是图1中侧护盾立体结构示意图；

图3是图1中侧护盾的侧视图；

图4-1是图3所示侧护盾的全部主视图；

图4-2是图4-1所述侧护盾的局部结构放大图。

图中：1-底护盾，2-机头架，3-护盾油缸，4-侧护盾，41-护盾基座，42-碟簧导杆，43-护盾顶板，44-螺栓，45-碟簧，46-支撑筒，5-顶护盾，61-第一阶梯孔，62-第二阶梯孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

如图1所示，本发明提出的一种模拟tbm施工作业真实工况实验台的围岩特性模拟装置，包括底护盾1、顶护盾5和两个侧护盾4，所述底护盾1上设有机头架2，所述机头架2上设有分别与所述顶护盾5和两个侧护盾4相连的护盾油缸3，所述机头架2与所述底护盾1固定，所述侧护盾4的上端通过所述护盾油缸3与所述机头架2连接，所述侧护盾4的下端与所述底护盾1铰接。

如图2和图3所示，本发明中的侧护盾4包括护盾基座41和护盾顶板43，所述护盾基座41上设有若干个通孔，所述通孔为第一阶梯孔，每个第一阶梯孔内均设有碟簧导杆42，如图4-1和图4-2所示，所述碟簧导杆42上均依次套装有碟簧45和支撑筒46，所述碟簧导杆42用于固定所述碟簧45，起着导向的作用防止碟簧45在移动过程中发生倾斜，所述支撑筒46套在碟簧导杆42上用于压缩所述碟簧45，所述护盾顶板43上设有若干个与支撑筒46位置对中的第二阶梯孔，所述支撑筒46的一侧与所述碟簧45接触，所述支撑筒46的另一侧与第二阶梯孔的阶梯面接触；所述护盾顶板43与所述护盾基座41之间设有连接螺栓44；所述护盾基座41与所述护盾顶板43通过所述连接螺栓44限定两者之间的最大间距，用以防止所述护盾顶板43脱离所述支撑筒42。当护盾油缸3伸长时，带动侧护盾4向外运动，当护盾顶板43顶在固定筒上，碟簧45发生形变进而引起其刚度变化，进而达到围岩物理特性的模拟。

本发明中的第一阶梯孔61和第二阶梯孔62也可以是盲孔。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种模拟TBM施工作业真实工况实验台的围岩特性模拟装置，包括底护盾、顶护盾、两个侧护盾和固定在底护盾上的机头架，侧护盾包括护盾基座和护盾顶板，护盾基座上设有若干个阶梯孔，其中设有碟簧导杆，碟簧导杆上均依次套装有碟簧和支撑筒，护盾顶板上设有若干个与支撑筒位置对中的阶梯孔，支撑筒的一侧与碟簧接触，支撑筒的另一侧与所在阶梯孔的阶梯面接触；护盾顶板与护盾基座之间设有连接螺栓；护盾基座与护盾顶板通过连接螺栓限定两者之间的间距，用以防止护盾顶板脱离支撑筒。本发明可以在护盾油缸和碟簧的作用下满足实验中对不同大小刚度值的要求，可以模拟TBM掘进作业工况下不同围岩物理特性与护盾的相互作用。

技术研发人员：杨玉虎;王少凯;沈兆光;肖聚亮
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2017.11.22
技术公布日：2018.05.15