复合盾构试验装置的制作方法

本发明涉及盾构试验，尤其涉及一种复合盾构试验装置。

背景技术：

1、随着地下空间的建设发展，盾构法施工的质量要求也逐渐提升。盾构掘进是一种动态过程，是“机”与“土”复杂的相互作用，各种土层参数等诸多的不确定因素会直接影响盾构-土相互作用的过程以及力学机理。由于施工环境所限，难以直观观测盾构施工装置，因此常常采用模拟试验的方法来研究盾构掘进机在地下施工隧道时的特性，这无疑是一种科学、有效、节省成本的方法。但目前的盾构机模拟试验装置模拟工况与实际差距较大，可模拟条件相对单一，模拟试验效果较差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种复合盾构试验装置，能够模拟多种环境差异下的盾构施工，模拟试验效果好，有助于优化盾构与地质的适应性设计。

2、复合盾构试验装置，包括、盾构机模拟模块以及渣土改良模块，所述地层模拟模块包括土层料仓、加载机构以及防转机构，所述土层料仓设置为两端开口的圆筒状结构，所述加载机构安装在所述土层料仓的轴向一端，所述加载机构被配置为向所述土层料仓内的土体施加推力，所述防转机构安装于所述土层料仓内，所述防转机构被配置为防止所述土体相对于所述土层料仓旋转；所述盾构机模拟模块包括土仓、刀盘、主驱动机构以及螺旋输送机，所述土仓能够与所述土层料仓远离所述加载机构的一端连接形成封闭空间，所述刀盘位于所述封闭空间内并与位于所述土仓外的主驱动机构连接，所述主驱动机构被配置为驱动所述刀盘绕自身轴线旋转，所述土仓远离所述土层料仓的一侧开设有出渣口，所述螺旋输送机的进口一端自所述出渣口插入所述土仓内；所述渣土改良模块与所述土仓连接，所述渣土改良模块被配置为向所述土仓内输送渣土改良添加剂。

3、作为优选，还包括第一底座，所述第一底座包括固定撬装架、活动撬装架和移动驱动件，所述活动撬装架滑动设置于所述固定撬装架上，所述移动驱动件被配置为驱动所述滑动撬装架在所述固定撬装架上移动，所述活动撬装架上设置有反力支撑架和翻转驱动件，所述反力支撑架转动设置于所述活动撬装架上，所述翻转驱动件被配置为驱动所述反力支撑架翻转，所述土层料仓与所述反力支撑架连接。

4、作为优选，所述加载机构包括推进活塞和加载驱动件，所述推进活塞位于所述土层料仓内且与所述土层料仓密封滑动配合，所述加载驱动件安装在所述反力支撑架上，所述加载驱动件被配置为推动所述推进活塞沿所述土层料仓的轴向往复运动。

5、作为优选，所述防转机构包括防扭导向柱以及防滚部，所述防扭导向柱偏心设置于所述推进活塞面向所述反力支撑架的一端且穿出所述反力支撑架与所述反力支撑架过渡配合，所述防滚部设置于所述推进活塞背向所述反力支撑架的一端，能够与所述土体插接配合对所述土体进行限位固定，所述防滚部为可拆卸连接在所述推进活塞上的凸起。

6、作为优选，所述推进活塞背向所述加载驱动件的一端端面可拆卸连接有气囊。

7、作为优选，所述主驱动机构包括主轴、主轴承、传动组件、第一旋转驱动组件以及密封座，所述主轴的第一端穿入所述土仓与所述刀盘的刀盘法兰连接；所述主轴承套设在所述主轴的第一端，所述主轴承包括内圈、外圈以及滚子；所述传动组件包括传动齿轮和驱动齿轮，所述传动齿轮套设在所述主轴的第二端，所述驱动齿轮与所述传动齿轮外啮合；所述第一旋转驱动组件与所述驱动齿轮连接，带动所述驱动齿轮旋转；所述密封座套设在所述刀盘法兰外，与所述主轴、所述刀盘法兰以及所述主轴承围合形成密封空间，所述密封座包括安装环、第一密封圈和第二密封圈，所述安装环安装在所述外圈端面上并与所述刀盘法兰的周向面抵接，所述第一密封圈设置于所述安装环与所述外圈端面之间，所述第二密封圈设置于所述安装环与所述刀盘法兰的周向面之间。

8、作为优选，所述主轴连接有中心回转体。

9、作为优选，所述螺旋输送机包括第二底座、外筒、变幅套接管、升降组件、螺杆、压力监测组件和第二旋转驱动组件，所述外筒角度可调地安装在所述第二底座上，所述外筒上开设有供所述土体进入的进口、供所述土体排出的出口以及与所述渣土改良模块连接的注入口，所述进口设置于所述外筒的轴向一端，所述出口设置于所述外筒远离所述进口一侧的底部；所述变幅套接管套设在所述外筒外，所述变幅套接管被配置为连接所述外筒与所述土仓；所述升降组件与所述外筒连接，所述升降组件被配置为调节所述外筒的角度；所述螺杆沿所述外筒轴向设置于所述外筒内部，所述螺杆由多段螺杆段可拆卸连接而成，所述螺杆的第一端从所述外筒的所述进口穿出；所述压力监测组件安装于所述外筒内部以监测所述外筒内的压力变化；所述第二旋转驱动组件与所述螺杆的第二端可拆卸连接，所述第二旋转驱动组件被配置为驱动所述螺杆旋转。

10、作为优选，所述升降组件包括滑台、支腿以及托架，所述外筒和所述第二旋转驱动组件均固定在所述托架上，所述支腿包括第一支腿和第二支腿，所述第一支腿和所述第二支腿的第一端分别同轴铰接于所述托架底部，所述第一支腿和所述第二支腿的第二端则分别与所述第二底座上设置的两个所述滑台铰接，两个所述滑台中的至少一个能够在所述第二底座上滑动。

11、作为优选，所述升降组件还包括紧固件，所述第二底座和所述滑台中的一个中沿所述滑台的滑动方向间隔设置有多个限位孔，所述第二底座与所述滑台中的另一个设置有定位孔，所述紧固件能够插入其中一个所述限位孔和所述定位孔以对所述滑台进行定位。

12、本发明的有益效果为：本发明中复合盾构试验装置利用地层模拟模块模拟实际工况下的地质环境，利用盾构机模拟模块模拟盾构机，集合了渣土改良、螺旋输送机输出、土仓渣土搅拌、盾构掘进过程模拟等功能，更为贴近实际盾构施工过程中盾构机与土体之间的运动形式和受力情况，利用此装置得到的模拟试验结果能更有效的反应实际施工过程的特性地层重塑、切土破岩、地下障碍物模拟、螺旋输送机自身结构及改良土体对土塞效应的影响等研究，有助于优化盾构与地质的适应性设计；地层模拟模块包括防转机构，适用范围广，能够防止土体在刀盘旋转作用下旋转或翻滚，使得模拟过程更贴近真实工况，能更有效的反应实际施工过程的力学特性，模拟试验效果好。

技术特征：

1.复合盾构试验装置，包括地层模拟模块(100)、盾构机模拟模块(200)以及渣土改良模块，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的复合盾构试验装置，其特征在于，还包括第一底座(110)，所述第一底座(110)包括固定撬装架(111)、活动撬装架(112)和移动驱动件(114)，所述活动撬装架(112)滑动设置于所述固定撬装架(111)上，所述移动驱动件(114)被配置为驱动所述滑动撬装架在所述固定撬装架(111)上移动，所述活动撬装架(112)上设置有反力支撑架(120)和翻转驱动件(160)，所述反力支撑架(120)转动设置于所述活动撬装架(112)上，所述翻转驱动件(160)被配置为驱动所述反力支撑架(120)翻转，所述土层料仓(130)与所述反力支撑架(120)连接。

3.根据权利要求2所述的复合盾构试验装置，其特征在于，所述加载机构(140)包括推进活塞(141)和加载驱动件(142)，所述推进活塞(141)位于所述土层料仓(130)内且与所述土层料仓(130)密封滑动配合，所述加载驱动件(142)安装在所述反力支撑架(120)上，所述加载驱动件(142)被配置为推动所述推进活塞(141)沿所述土层料仓(130)的轴向往复运动。

4.根据权利要求3所述的复合盾构试验装置，其特征在于，所述防转机构(150)包括防扭导向柱(151)以及防滚部(152)，所述防扭导向柱(151)偏心设置于所述推进活塞(141)面向所述反力支撑架(120)的一端且穿出所述反力支撑架(120)与所述反力支撑架(120)过渡配合，所述防滚部(152)设置于所述推进活塞(141)背向所述反力支撑架(120)的一端，能够与所述土体插接配合对所述土体进行限位固定，所述防滚部(152)为可拆卸连接在所述推进活塞(141)上的凸起。

5.根据权利要求4所述的复合盾构试验装置，其特征在于，所述推进活塞(141)背向所述加载驱动件(142)的一端端面可拆卸连接有气囊。

6.根据权利要求1所述的复合盾构试验装置，其特征在于，所述主驱动机构(230)包括：

7.根据权利要求6所述的复合盾构试验装置，其特征在于，所述主轴(231)连接有中心回转体。

8.根据权利要求1所述的复合盾构试验装置，其特征在于，所述盾构机模拟模块(200)还包括第二底座(250)，所述螺旋输送机(240)包括：

9.根据权利要求8所述的复合盾构试验装置，其特征在于，所述升降组件(244)包括滑台(2443)、支腿以及托架(2444)，所述外筒(241)和所述第二旋转驱动组件(245)均固定在所述托架(2444)上，所述支腿包括第一支腿(2441)和第二支腿(2442)，所述第一支腿(2441)和所述第二支腿(2442)的第一端分别同轴铰接于所述托架(2444)底部，所述第一支腿(2441)和所述第二支腿(2442)的第二端则分别与所述第二底座(250)上设置的两个所述滑台(2443)铰接，两个所述滑台(2443)中的至少一个能够在所述第二底座(250)上滑动。

10.根据权利要求9所述的复合盾构试验装置，其特征在于，所述升降组件(244)还包括紧固件，所述第二底座(250)和所述滑台(2443)中的一个中沿所述滑台(2443)的滑动方向间隔设置有多个限位孔，所述第二底座(250)与所述滑台(2443)中的另一个设置有定位孔，所述紧固件能够插入其中一个所述限位孔和所述定位孔以对所述滑台(2443)进行定位。

技术总结
本发明涉及盾构试验技术领域，尤其涉及一种复合盾构试验装置，该复合盾构试验装置包括地层模拟模块、盾构机模拟模块以及渣土改良模块，地层模拟模块能够模拟实际工况下的地层环境，盾构机模拟模块用于模拟盾构机；渣土改良模块与盾构机模拟模块连接，能够向盾构机模拟模块中的土仓内输送渣土改良添加剂。上述复合盾构试验装置集合了渣土改良、螺旋输送机输出、土仓渣土搅拌、盾构掘进过程模拟等功能，更为贴近实际盾构施工过程中盾构机与土体之间的运动形式和受力情况，利用此装置得到的模拟试验效果好。

技术研发人员：孙九春,王海涛,奚晓广,王悦
受保护的技术使用者：腾达建设集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14