一种模拟多种复杂地层的盾构室内试验装置及方法

本发明属于盾构试验，尤其涉及一种模拟多种复杂地层的盾构室内试验装置及方法。

背景技术：

1、超大直径的海(江)底隧道和城市道路隧道已成为现代交通重要形式；从而超大直径盾构隧道面临着长距离掘进、大断面尺寸效应和复杂地质条件等难题，尤其以软硬不均复合地层为代表，由于岩土界面处强度变化，周期性的冲击与振动作用导致刀具磨损与异常损坏问题更趋严峻和急迫。所以，开展盾构室内试验来模拟现场情况，可以为实际施工的准备工作提供有利参考。

2、发明人发现，目前的盾构试验装置不能很好的对多种复杂地层的模拟，且对一种地层机构进行模拟试验后，需要重新在模型箱体内制作新的地层，不同地层模拟试验之间间隔时间较长，影响试验效率；且模拟试验的现象只能完成试验后进行整体观察，不能对试验过程中任意时刻的掘进现象进行直接观察。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述问题，提出了一种模拟多种复杂地层的盾构室内试验装置及方法，通过在侧板可拆的模型箱内设置标准试块和试验试块，依次试验完成后，只需更换试验试块即可实现对多种辅助地层的掘进模拟，并且在掘进的任意时刻都可以通过模型箱的拆开进行查看，极大的提高了多种复杂地层盾构室内试验的效率，提高了试验现象查看的灵活性。

2、为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种模拟多种复杂地层的盾构室内试验装置，采用如下技术方案：

3、一种模拟多种复杂地层的盾构室内试验装置，包括盾构系统和模型箱，所述模型箱上开设有用于所述盾构系统掘进工作的圆孔；

4、所述模型箱包括底板，垂直固定在所述底板上的第一侧板，铰接在所述底板上的第二侧板，铰接在所述底板上的第三侧板，铰接在所述底板上的第四侧板，以及与所有侧板可拆卸连接的顶板；所述第一侧板上开设所述圆孔；

5、所述模型箱内沿所述底板向所述顶板反向，依次设置有标准试块、试验试块和标准试块三层试块；中间的试验试块位于所述圆孔处；所述盾构系统中的盾构机通过所述圆孔对所述试验试块进行掘进，通过多次替换模拟不同复杂地层的试验试块，完成对多种复杂地层的盾构试验。

6、进一步的，所述第二侧板、所述第三侧板和所述第四侧板，均通过多个铰链与所述底板连接。

7、进一步的，所述顶板与所述第二侧板、所述第三侧板和所述第四侧板之间，分别通过多个锁扣连接。

8、进一步的，所述底板上设置有轮轨。

9、进一步的，所述模型箱内，靠近所述底板的一端放置第二标准试块和第四标准试块，靠近所述顶板的一端放置第一标准试块和第三标准试块；所述第一标准试块和所述第二标准试块之间放置第一试验试块，所述第二标准试块和所述第四标准试块之间放置第二试验试块。

10、进一步的，所述第一试验试块和所述第二试验试块模拟不同的地层结构。

11、进一步的，所述盾构机上设置有传感器。

12、进一步的，所述盾构系统包括驱动电机，通过传动轴与所述驱动电机连接的辐条，以及设置在所述辐条上的刀具。

13、进一步的，所述盾构系统连接有掘进参数控制系统。

14、为了实现上述目的，第二方面，本发明还提供了一种模拟多种复杂地层的盾构室内试验方法，采用如下技术方案：

15、一种模拟多种复杂地层的盾构室内试验方法，采用了如第一方面中所述的模拟多种复杂地层的盾构室内试验装置，包括：

16、所述盾构系统中的盾构机通过所述圆孔对所述试验试块进行掘进，通过多次替换模拟不同复杂地层的试验试块，完成对多种复杂地层的盾构试验。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

18、本发明中的模型箱包括底板，垂直固定在底板上的第一侧板，铰接在底板上的第二侧板，铰接在底板上的第三侧板，铰接在底板上的第四侧板，以及与所有侧板可拆卸连接的顶板；第一侧板上开设所述圆孔；模型箱内沿底板向所述顶板反向，依次设置有标准试块、试验试块和标准试块三层试块；中间的试验试块位于圆孔处；试验时，所述盾构系统中的盾构机通过所述圆孔对所述试验试块进行掘进，通过多次替换模拟不同复杂地层的试验试块，完成对多种复杂地层的盾构试验；顶板的可拆卸，以及三个侧板与底板的铰接设置，实现了对不同试块的换取，且可以在任意时刻进行停止试验和打开模型箱进行观察；同时，标准试块、试验试块和标准试块三层结构的设置，实现了对标准地层的精度模拟，提高了试验精度。

19、本发明中第一试验试块和第二试验试块模拟不同的地层结构，依次可完成两种不同地层的掘进模拟试验，提高了效率。

20、本发明通过可拆卸式模型箱与组合试块的更换进行了多种复杂地层的模拟，可大大减少盾构室内试验模拟地层的长度，模拟盾构机在多种复杂地层掘进的同时，可避免因室内试验模拟地层过长导致盾构机偏离掘进线路的风险。

技术特征：

1.一种模拟多种复杂地层的盾构室内试验装置，其特征在于，包括盾构系统和模型箱，所述模型箱上开设有用于所述盾构系统掘进工作的圆孔；

2.如权利要求1所述的一种模拟多种复杂地层的盾构室内试验装置，其特征在于，所述第二侧板、所述第三侧板和所述第四侧板，均通过多个铰链与所述底板连接。

3.如权利要求1所述的一种模拟多种复杂地层的盾构室内试验装置，其特征在于，所述顶板与所述第二侧板、所述第三侧板和所述第四侧板之间，分别通过多个锁扣连接。

4.如权利要求1所述的一种模拟多种复杂地层的盾构室内试验装置，其特征在于，所述底板上设置有轮轨。

5.如权利要求1所述的一种模拟多种复杂地层的盾构室内试验装置，其特征在于，所述模型箱内，靠近所述底板的一端放置第二标准试块和第四标准试块，靠近所述顶板的一端放置第一标准试块和第三标准试块；所述第一标准试块和所述第二标准试块之间放置第一试验试块，所述第二标准试块和所述第四标准试块之间放置第二试验试块。

6.如权利要求5所述的一种模拟多种复杂地层的盾构室内试验装置，其特征在于，所述第一试验试块和所述第二试验试块模拟不同的地层结构。

7.如权利要求1所述的一种模拟多种复杂地层的盾构室内试验装置，其特征在于，所述盾构机上设置有传感器。

8.如权利要求1所述的一种模拟多种复杂地层的盾构室内试验装置，其特征在于，所述盾构系统包括驱动电机，通过传动轴与所述驱动电机连接的辐条，以及设置在所述辐条上的刀具。

9.如权利要求1所述的一种模拟多种复杂地层的盾构室内试验装置，其特征在于，所述盾构系统连接有掘进参数控制系统。

10.一种模拟多种复杂地层的盾构室内试验方法，其特征在于，采用了如权利要求1-9任一项所述的模拟多种复杂地层的盾构室内试验装置，包括：

技术总结
本发明属于盾构试验技术领域，提出了一种模拟多种复杂地层的盾构室内试验装置及方法，模型箱包括底板，垂直固定在底板上的第一侧板，铰接在底板上的第二侧板，铰接在底板上的第三侧板，铰接在底板上的第四侧板，以及与所有侧板可拆卸连接的顶板；试验时，所述盾构系统中的盾构机通过所述圆孔对所述试验试块进行掘进，通过多次替换模拟不同复杂地层的试验试块，完成对多种复杂地层的盾构试验；顶板的可拆卸，以及三个侧板与底板的铰接设置，实现了对不同试块的换取，且可以在任意时刻进行停止试验和打开模型箱进行观察；同时，标准试块、试验试块和标准试块三层结构的设置，实现了对标准地层的精度模拟，提高了试验精度。

技术研发人员：孙尚渠,张恭禄,蒋志斌,范克睿,王长盛,田茂霖,韩继欢
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/9