一种模拟盾构机掘进的试验装置的制作方法

本发明涉及一种盾构机模拟试验装置，具体涉及到一种模拟盾构机掘进的试验装置。

背景技术：

盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。随着我国经济发展，原有地上交通系统已不能满足日益增长的交通量。许多城市开始把地下空间的开发利用作为解决城市拥堵的重要措施，盾构法施工所使用的比例也越来越大。但是盾构法施工也会有很多问题，因此需要通过试验来模拟盾构机的掘进过程，来确定其对近接隧道的影响以及地表沉降的规律。研究盾构施工对既有隧道的影响，根据不同地质条件可采用位移响应法、荷载响应法、刚度分配法等分析方法，再结合数值模拟等手段验证其正确性。但实际工程条件复杂，不管采用哪种方法所得到的隧道变形位移以及应力值，往往并不准确。因此理论方法、数值计算与模型试验的结合就显得很重要。

技术实现要素：

本发明提供了一种模拟盾构机掘进的试验装置，用于模拟试验盾构机的顶进、切削土体、出土、拼装隧道衬砌等施工过程，便于研究盾构施工对既有隧道的影响。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种模拟盾构机掘进的试验装置，包括台架；台架上设有滑动导轨，滑动导轨内设有滑动小车；滑动小车的顶部设有轴承座，轴承座内转动连接有转轴；转轴的其中一端设有可更换式刀盘；还包括有供可更换式刀盘掘进的隧道衬砌模型。

根据上述方案，所述滑动小车的内部固定连接有第一定滑轮；还包括有固定连接于台架上表面的支撑座，支撑座的顶部设有挂钩，支撑座面向第一定滑轮的侧面固定连接有第二定滑轮；套索的一端固定连接于挂钩，另一端依次绕过第一定滑轮和第二定滑轮后连接砝码挂盘；所述台架的上表面设有供套索穿过的通槽。

根据上述方案，所述转轴的另一端设有转动插接口。

根据上述方案，所述滑动导轨上设有刻度标识。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：结构简单，造价低廉，方便实用；顶推力加载方便，可根据不同条件添减砝码；普适性强，采用可更换式刀盘，可适应不同相似比下的盾构模拟开挖试验。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的左视结构示意图，省略可更换式刀盘和隧道衬砌模型。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，图中各标号的释义为：转动插接口1，转轴2，轴承座3，滑动小车4，可更换式刀盘5，隧道衬砌模型6，挂钩7，支撑座8，第二定滑轮9，套索10，滑动导轨11，第一定滑轮12，台架13，砝码挂盘14。

本发明包括盾构推进装置以及支撑台架两大部分。

所述盾构推进装置包括可更换式刀盘5、转轴2、滑动小车4、第一定滑轮12和隧道衬砌模型6。所述转轴2为长柱状结构，其尾部设有转动插接口1，并由两个轴承座3固定在滑动小车4上，并置于滑动导轨11内，通过转动转轴2可使可更换式刀盘5旋转切削土体。

所述支撑台架包括钢台架13、滑动导轨11、挂钩7以及第二定滑轮9。盾构推进装置可沿滑动导轨11滑动。滑动导轨11沿轴向设刻度，隧道衬砌模型6与盾构推进装置同轴心，可套在转轴2上。

模拟顶推可由如下步骤实现：

步骤1，采用套索10依次缠绕第一定滑轮12和第二定滑轮9，套索10的一端与台架13上的挂钩7相连；

步骤2，套索10的另一端与砝码挂盘14相连；

步骤3，根据不同相似比，确定顶推力大小，按照计算结果，将相应重量的砝码置于挂盘上。

实施时，先进行盾构推进装置的位置定位，确定可更换式刀盘5的尺寸大小并安装，将隧道衬砌模型6套在可更换式刀盘5后的转轴2上，使可更换式刀盘5紧贴开挖土体。

采用套索10缠绕在盾构推进装置的第一定滑轮12上，套索10的一端与台架13上的挂钩7相连，套索10的另一段缠绕在台架13的第二定滑轮9上，另一端与砝码挂盘14相连。确定顶推力大小并计入挂盘重量，将相应重量的砝码置于挂盘上。

将转动轴插入转动插接口1，转动转动轴，切削土体。随着盾构推进装置的掘进，隧道衬砌模型6逐渐进入并支撑已开挖的隧道内，用相应工具掏出隧道衬砌模型6内的渣土，并根据滑动导轨11上的刻度标识，记录掘进的长度。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种模拟盾构机掘进的试验装置，包括台架；台架上设有滑动导轨，滑动导轨内设有滑动小车；滑动小车的顶部设有轴承座，轴承座内转动连接有转轴；转轴的其中一端设有可更换式刀盘；还包括有供可更换式刀盘掘进的隧道衬砌模型。滑动小车的内部固定连接有第一定滑轮；还包括有固定连接于台架上表面的支撑座，支撑座的顶部设有挂钩，支撑座面向第一定滑轮的侧面固定连接有第二定滑轮；套索的一端固定连接于挂钩，另一端依次绕过第一定滑轮和第二定滑轮后连接砝码挂盘；台架的上表面设有供套索穿过的通槽。本发明顶推力加载方便，可根据不同条件添减砝码；普适性强，采用可更换式刀盘，可适应不同相似比下的盾构模拟开挖试验。

技术研发人员：张俊儒;赵自静;叶伦;崔耀;王圣涛;李东
受保护的技术使用者：西南交通大学;中铁四局集团有限公司
技术研发日：2018.08.08
技术公布日：2019.01.04