模擬土壓平衡盾構(gòu)施工過程的試驗裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種模擬土壓平衡盾構(gòu)施工過程的試驗裝置，用于研究軟土地區(qū)盾構(gòu)隧道施工過程的模型試驗。在墊塊底座上架設(shè)模型盾構(gòu)機掘進系統(tǒng)，開挖時將千斤頂機箱緊貼于反力墻，模型盾構(gòu)機中軸線與模型箱內(nèi)待開挖土體中軸線重合，校正無誤后啟動千斤頂，調(diào)節(jié)千斤頂頂進速度，此時模型襯砌在頂推臂推動下向前移動；與此同時開啟旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，刀盤開始切削土體并通過隔板孔將土艙中渣土擠入螺旋出土器中，螺旋葉片轉(zhuǎn)動帶出渣土，傳送至出土口掉落至接土槽中；隨著開挖面地推進，帶等間距劃痕的模型襯砌亦能及時跟進以起支護作用。該簡易裝置能方便、真實地模擬軟土地區(qū)盾構(gòu)隧道施工過程，能為工程建設(shè)提供準確、真實的試驗數(shù)據(jù)。
【專利說明】模擬土壓平衡盾構(gòu)施工過程的試驗裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種軟土地區(qū)隧道施工過程的模型試驗裝置，應用于模擬盾構(gòu)隧道開挖試驗，得出最佳的盾構(gòu)施工參數(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]土壓平衡盾構(gòu)隧道施工是一種暗挖隧道施工方法，其施工過程為:盾構(gòu)刀盤前方土體經(jīng)切削進入土艙，渣土在土艙內(nèi)經(jīng)固定攪拌棒充分攪拌混合后具備施工中所需塑性狀態(tài)，當土體充滿土艙時，其被動土壓與掘削面上的土、水壓基本相同，故掘削面實現(xiàn)平衡。與此同時，在螺旋出土器與土艙之間形成壓力梯度，使渣土經(jīng)螺旋出土器順利排出。盾構(gòu)機每推進一環(huán)距離，就在盾尾支護下拼裝一環(huán)襯砌，并及時向盾尾后的襯砌環(huán)外周空隙中壓注漿體，以防止隧道及地面下沉，上述步驟重復完成后即可實現(xiàn)盾構(gòu)機地持續(xù)掘進?？梢?，盾構(gòu)隧道掘進施工是一個復雜動態(tài)變化的過程，施工參數(shù)差異對盾構(gòu)隧道施工能否順利、安全實施具有重大意義。
[0003]目前，一些土壓平衡盾構(gòu)施工過程模型試驗只能模擬原型盾構(gòu)局部施工過程，對于管片拼裝支護甚至注漿都未能很好實施。近年來，國內(nèi)外眾多學者在土壓平衡式盾構(gòu)掘進模型試驗方面進行了大量的研究。1984年，以森麟教授為首的日本早稻田大學研究組研制了模型土壓平衡盾構(gòu)機掘進裝置，該裝置為一半截面模型盾構(gòu)機，由推進機構(gòu)、切削機構(gòu)和出土機構(gòu)組成；2006年，朱合華、徐前衛(wèi)等以相似關(guān)系為理論基礎(chǔ)，采用#400--模型盾構(gòu)開展了軟土地層下的掘進模型試驗，取得了一些研究成果；2012年，何川等以我國城市地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道工程為背景，按比例縮小制作成模型盾構(gòu)機，完成了土壓平衡盾構(gòu)掘進過程的相似模型試驗。但上述實驗中，有的未模擬盾尾管片拼裝和盾尾脫環(huán)等施工過程，有的推進過程也是基于手動方式實現(xiàn)，存在較大操作誤差，更沒有考慮盾構(gòu)開挖過程中姿勢糾正、襯砌剛度的折減等因素的影響，沒有實現(xiàn)完整意義上的掘進模擬。故現(xiàn)有的盾構(gòu)掘進模型試驗系 統(tǒng)都不能真正意義上真實、方便地模擬土壓平衡盾構(gòu)施工過程，從而影響軟土地區(qū)城市盾構(gòu)隧道建設(shè)的正常進行。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，并提供一種模擬土壓平衡盾構(gòu)施工過程的試驗裝置，該試驗裝置不但能在試驗過程中更方便、更有效地模擬盾構(gòu)隧道施工中對已開挖隧道段的支護，也可僅在使用一個旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的情況下，完成刀盤的切削與螺旋出土器正常排土的同時進行，并且能夠使該掘進系統(tǒng)很好地沿既定軸線推進，能有效地防止超挖現(xiàn)象的產(chǎn)生。該裝置能為工程建設(shè)提供準確、真實的試驗數(shù)據(jù)，以保障軟土地區(qū)城市盾構(gòu)隧道建設(shè)的順利進行。
[0005]為達到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本實用新型采用下述技術(shù)方案:
[0006]一種模擬土壓平衡盾構(gòu)施工過程的試驗裝置，包括切削機構(gòu)、出土機構(gòu)和推進機構(gòu)，切削機構(gòu)包括刀盤和刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，刀盤與土艙隔板平行，刀盤與土艙隔板之間設(shè)有土艙，刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置驅(qū)動刀盤轉(zhuǎn)動，使刀盤的正面工作面直接對前方的土體進行切削，并使被切削的土體進入刀盤背面后方的土艙，土艙的柱形內(nèi)腔由圓筒形的模型襯砌、刀盤和土艙隔板圍合形成，模型襯砌內(nèi)表面緊卡土艙隔板的外緣并相互固定，刀盤相對于模型襯砌進行轉(zhuǎn)動，對土艙進行活動封堵；出土機構(gòu)包括攪拌棒、隔板孔、螺旋出土器和出土 口，隔板孔鏤空開設(shè)在土艙隔板上，攪拌棒設(shè)置于土艙中，并固定于刀盤上，將進入土艙中的土體攪拌粉碎成渣土，被充分攪拌的渣土通過隔板孔不斷被擠入螺旋出土器中，螺旋出土器包括螺旋出土器內(nèi)筒、螺旋出土器外筒、螺旋葉片和輸送旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，螺旋出土器外筒的前端部固定在土艙隔板上，隔板孔通向螺旋出土器內(nèi)筒和螺旋出土器外筒之間形成螺旋出土器的渣土輸送通道，螺旋出土器內(nèi)筒和螺旋出土器外筒的軸線重合，螺旋葉片相隔固定的間距通過螺栓A與在螺旋出土器內(nèi)筒上開設(shè)的螺栓孔A配合，螺旋葉片不接觸螺旋出土器外筒的內(nèi)壁，輸送旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置驅(qū)動螺旋出土器內(nèi)筒在螺旋出土器外筒中轉(zhuǎn)動，進而帶動螺旋葉片進行轉(zhuǎn)動，螺旋出土器內(nèi)筒的前部位置安裝的螺旋葉片將從隔板孔擠出的渣土通過旋轉(zhuǎn)傳輸，向螺旋出土器內(nèi)筒的后部輸送，螺旋出土器外筒的后部下方開有出土 口，渣土最終從出土口排出，刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置和輸送旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置合并成一個旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，由安裝于出土機構(gòu)末端的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱實現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱的前端與螺旋出土器外筒的末端固定連接，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱傳動端與螺旋出土器內(nèi)筒末端同軸固定連接，螺旋出土器內(nèi)筒的前端從土艙隔板的中心孔穿過，并延伸至刀盤的背面，螺旋出土器內(nèi)筒的前端與刀盤固定連接，使旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱驅(qū)動刀盤、攪拌棒和螺旋葉片轉(zhuǎn)動，完成刀盤對前方的土體進行切削與螺旋出土器正常排土作業(yè)；螺旋出土器置于模型襯砌內(nèi)，模型襯砌由模型襯砌管片拼裝而成，形成隧道開挖支護模型裝置；推進機構(gòu)包括千斤頂機箱，反力墻直接支撐千斤頂機箱固定基座，千斤頂機箱的千斤頂推力輸出桿的頂端通過頂推旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱推動螺旋出土器外筒的向前推進，進而推動切削機構(gòu)沿開挖軸線掘進，在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱及其前方的模型襯砌之間還設(shè)有至少四根頂推臂，各頂推臂的前端支撐模型襯砌的末端，各頂推臂的后端部均通過螺栓B與螺栓孔B與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱固定連接，千斤頂機箱的千斤頂推力輸出桿還通過頂推各頂推臂的后端部，使模型襯砌向前移動，實現(xiàn)襯砌管片的及時自動頂進支護。
[0007]作為本實用新型優(yōu)選的技術(shù)方案，上述螺旋葉片轉(zhuǎn)動并帶出渣土，并傳送至出土口處掉落至接土槽中，出土機構(gòu)和推進機構(gòu)皆架設(shè)在墊塊底座之上，墊塊底座與反力墻相互固定，即在墊塊底座的中間切除部分墊塊材質(zhì)，在螺旋出土器外筒的出土 口下方形成接土槽，在墊塊底座的接土槽前方和后方分別挖鑿成方形滑動槽和圓弧形滑動槽，且方形滑動槽與圓弧形滑動槽的中軸線重合，形成模型盾構(gòu)開挖糾偏裝置，千斤頂機箱嵌入方形滑動槽中，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱在方形滑動槽內(nèi)滑動，模型襯砌在圓弧形滑動槽內(nèi)滑動，隧道開挖支護模型裝置的各模型襯砌管片皆具有朝向隧道壁的光滑外表面，在模型襯砌管片外表面預先涂上潤滑劑。
[0008]上述模型襯砌外表面最好帶有劃痕。
[0009]作為本實用新型優(yōu)選的進一步改進技術(shù)方案，其中周向環(huán)形的劃痕沿模型襯砌呈等間距分布，縱向直線的劃痕分布在模型襯砌的腰部兩側(cè)。
[0010]上述土艙隔板上開設(shè)12個沿環(huán)形分布的隔板孔。
[0011]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下實質(zhì)性特點和優(yōu)點:
[0012]1.本實用新型試驗裝置可實現(xiàn)對真實盾構(gòu)隧道施工過程和襯砌結(jié)構(gòu)支護的完整模擬，實現(xiàn)完整意義上的掘進模擬，能真真實、方便地模擬土壓平衡盾構(gòu)施工過程；
[0013]2.可僅在使用一個旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的情況下，完成刀盤的切削與螺旋出土器正常排土的同時進行，需控制的試驗裝置較少，方便試驗者操作；
[0014]3.摒棄過去未模擬盾尾管片拼裝，或者僅靠手動推進管片的試驗方法，實現(xiàn)襯砌管片的及時自動頂進支護；
[0015]4.所預制的帶有劃痕的模型襯砌更真實地模擬出管片拼裝過程中的剛度折減影響；
[0016]5.所預制的帶有方形和圓弧形的滑動槽能使掘進系統(tǒng)沿既定軸線推進，有效控制超挖現(xiàn)象的產(chǎn)生；
[0017]6.接土槽能夠完全裝接切削的渣土，使其不受損失，供試驗者方便、準確、快捷地計算出土量、出土速度等試驗參數(shù)；
[0018]7.關(guān)鍵節(jié)點處盡可能采用螺栓連接方式，極大地方便了裝置的拆卸，方便存儲攜
帶管理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型實施例一模擬土壓平衡盾構(gòu)施工過程的試驗裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是本實用新型實施例一的螺旋出土器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3是靠近土艙隔板的本實用新型實施例一的螺旋出土器前部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4是本實用新型實施例一的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱分別與頂推臂、螺旋出土器內(nèi)、外筒連接方式示意圖。
[0023]圖5是本實用新型實施例一的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱與頂推臂螺栓連接示意圖。
[0024]圖6是本實用新型實施例一的接土槽和模型盾構(gòu)開挖糾偏裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖7是本實用新型實施例二的帶劃痕的模型襯砌結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖8是本實用新型實施例三的土艙隔板結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0027]本實用新型的優(yōu)選實施例結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】如下:
[0028]實施例一:
[0029]參見圖1?圖6，一種模擬土壓平衡盾構(gòu)施工過程的試驗裝置，包括切削機構(gòu)、出土機構(gòu)和推進機構(gòu)，切削機構(gòu)包括刀盤I和刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，刀盤I與土艙隔板3平行，刀盤I與土艙隔板3之間設(shè)有土艙5，刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置驅(qū)動刀盤I轉(zhuǎn)動，使刀盤I的正面工作面直接對前方的土體進行切削，并使被切削的土體進入刀盤I背面后方的土艙5，土艙5的柱形內(nèi)腔由圓筒形的模型襯砌7、刀盤I和土艙隔板3圍合形成，模型襯砌7內(nèi)表面緊卡土艙隔板3的外緣并相互固定，刀盤I相對于模型襯砌7進行轉(zhuǎn)動，對土艙5進行活動封堵；出土機構(gòu)包括攪拌棒2、隔板孔4、螺旋出土器14和出土口 13，隔板孔4鏤空開設(shè)在土艙隔板3上，攪拌棒2設(shè)置于土艙5中，并固定于刀盤I上，將進入土艙5中的土體攪拌粉碎成渣土，被充分攪拌的渣土通過隔板孔4不斷被擠入螺旋出土器14中，螺旋出土器14包括螺旋出土器內(nèi)筒6、螺旋出土器外筒10、螺旋葉片8和輸送旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，螺旋出土器外筒10的前端部固定在土艙隔板3上，隔板孔4通向螺旋出土器內(nèi)筒6和螺旋出土器外筒10之間形成螺旋出土器的渣土輸送通道，螺旋出土器內(nèi)筒6和螺旋出土器外筒10的軸線重合，螺旋葉片8相隔固定的間距通過螺栓A21與在螺旋出土器內(nèi)筒6上開設(shè)的螺栓孔A9配合，連接處盡可能采用螺栓連接方式，極大地方便了裝置的拆卸，方便拆裝維護和存儲攜帶管理，螺旋葉片8不接觸螺旋出土器外筒10的內(nèi)壁，如圖2和圖3所示，螺旋葉片8通過螺栓A21，呈等間距固定在螺旋出土器內(nèi)筒6上至出土口為止，輸送旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置驅(qū)動螺旋出土器內(nèi)筒6在螺旋出土器外筒10中轉(zhuǎn)動，進而帶動螺旋葉片8進行轉(zhuǎn)動，螺旋出土器內(nèi)筒6的前部位置安裝的螺旋葉片8將從隔板孔4擠出的渣土通過旋轉(zhuǎn)傳輸，向螺旋出土器內(nèi)筒6的后部輸送，螺旋出土器外筒10的后部下方開有出土口 13，渣土最終從出土口 13排出，刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置和輸送旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置合并成一個旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，由安裝于出土機構(gòu)末端的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱15實現(xiàn)，僅在使用一個旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的情況下，完成刀盤I的切削與螺旋出土器14正常排土的同時進行，需控制的試驗裝置較少，方便試驗者操作，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱15的前端與螺旋出土器外筒10的末端固定連接，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱15傳動端與螺旋出土器內(nèi)筒6末端同軸固定連接，螺旋出土器內(nèi)筒6的前端從土艙隔板3的中心孔穿過，并延伸至刀盤I的背面，螺旋出土器內(nèi)筒6的前端與刀盤I固定連接，使旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱15驅(qū)動刀盤1、攪拌棒2和螺旋葉片8轉(zhuǎn)動，完成刀盤I對前方的土體進行切削與螺旋出土器14正常排土作業(yè)；螺旋出土器14置于模型襯砌7內(nèi)，模型襯砌7由模型襯砌管片拼裝而成，形成隧道開挖支護模型裝置；推進機構(gòu)包括千斤頂機箱16，反力墻20直接支撐千斤頂機箱16固定基座，千斤頂機箱16的千斤頂推力輸出桿17的頂端通過頂推旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱15推動螺旋出土器外筒10的向前推進，進而推動切削機構(gòu)沿開挖軸線掘進，在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱15及其前方的模型襯砌7之間還設(shè)有至少四根頂推臂11，各頂推臂11的前端支撐模型襯砌7的末端，各頂推臂11的后端部12均通過螺栓B23與螺栓孔B22與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱15固定連接，連接處盡可能采用螺栓連接方式，極大地方便了裝置的拆卸，方便拆裝維護和存儲攜帶管理，千斤頂機箱16的千斤頂推力輸出桿17還通過頂推各頂推臂11的后端部12，使模型襯砌7向前移動，實現(xiàn)襯砌管片的及時自動頂進支護。摒棄過去未模擬盾尾管片拼裝，或者僅靠手動推進管片的試驗方法，實現(xiàn)襯砌管片的及時自動頂進支護。進一步可實現(xiàn)對于襯砌管片拼裝支護，甚至注漿都能很好實驗測試。整個模型裝置中，刀盤1、攪拌棒2、螺旋出土器內(nèi)筒6、螺旋葉片8均在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱15中驅(qū)動裝置帶動下一起旋轉(zhuǎn)，切削機構(gòu)和出土機構(gòu)，即掘進系統(tǒng)在千斤頂機箱16中的千斤頂推動下沿開挖軸線掘進。該實驗裝置能方便、真實地模擬軟土地區(qū)盾構(gòu)隧道施工過程，能為工程建設(shè)提供準確、真實的試驗數(shù)據(jù)。
[0030]在本實施例中，參見圖6，螺旋葉片8轉(zhuǎn)動并帶出渣土，并傳送至出土口 13處掉落至接土槽19中，出土機構(gòu)和推進機構(gòu)皆架設(shè)在墊塊底座18之上，墊塊底座18與反力墻20相互固定，即在墊塊底座18的中間切除部分墊塊材質(zhì)，在螺旋出土器外筒10的出土口 13下方形成接土槽19，接土槽19能夠完全裝接切削的渣土，使其不受損失，供試驗者方便、準確、快捷地計算出土量、出土速度等試驗參數(shù)，在墊塊底座18的接土槽19前方和后方分別挖鑿成方形滑動槽24和圓弧形滑動槽25，且方形滑動槽24與圓弧形滑動槽25的中軸線重合，形成模型盾構(gòu)開挖糾偏裝置，千斤頂機箱16嵌入方形滑動槽24中，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱15在方形滑動槽24內(nèi)滑動，模型襯砌7在圓弧形滑動槽25內(nèi)滑動，隧道開挖支護模型裝置的各模型襯砌管片皆具有朝向隧道壁的光滑外表面，在模型襯砌管片外表面預先涂上潤滑劑，使模型襯砌7更好地在圓弧形滑動槽25內(nèi)滑動。所預制的帶有方形和圓弧形的滑動槽能使掘進系統(tǒng)沿既定軸線推進，有效控制超挖現(xiàn)象的產(chǎn)生。
[0031]本實用新型的工作原理與工作過程是:在墊塊底座18上架設(shè)模型盾構(gòu)機掘進系統(tǒng)，使千斤頂機箱16、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱15以及預制的模型襯砌7卡入底座中滑動槽內(nèi)，在模型襯砌管片周圍預先涂上適量潤滑劑；將千斤頂機箱16緊貼于反力墻20，調(diào)節(jié)本實用新型模擬土壓平衡盾構(gòu)施工過程的試驗裝置的位置，使模型盾構(gòu)機的中軸線與待開挖模型箱中土體中軸線重合，校正完畢無誤后即開始開挖，啟動油壓千斤頂，調(diào)節(jié)千斤頂頂進速度與推力，此時模型襯砌7在頂推臂11推動下不斷向前移動；與此同時開啟旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器，調(diào)節(jié)至預定轉(zhuǎn)速，刀盤I即開始切削前方模型箱中土體并可通過隔板孔4將土艙5中渣土不斷擠入螺旋出土器14中，在螺旋葉片8轉(zhuǎn)動下帶出渣土，傳送至出土口 13處掉落至接土槽19中，t匕較理論出土量與實際接土槽19中渣土量判斷盾構(gòu)掘進質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)異常及時調(diào)整旋轉(zhuǎn)驅(qū)動轉(zhuǎn)速、千斤頂推進力、頂進速度、刀盤開口率等開挖參數(shù)，實現(xiàn)最優(yōu)的開挖方式；隨著油壓千斤頂?shù)刂饾u推進，模型襯砌亦能及時跟進起到支護受擾動圍巖的作用。
[0032]實施例二:
[0033]本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于:
[0034]在本實施例中，參見圖7，模型襯砌7外表面帶有劃痕26。其中周向環(huán)形的劃痕26沿模型襯砌7呈等間距分布，縱向直線的劃痕26分布在模型襯砌7的腰部兩側(cè)。所預制的帶有劃痕的模型襯砌7更真實地模擬出管片拼裝過程中的剛度折減影響。
[0035]實施例三:
[0036]本實施例與前述實施例基本相同，特別之處在于:
[0037]在本實施例中，參見圖8，土艙隔板3上開設(shè)12個沿環(huán)形分布的隔板孔4?？梢允贡怀浞謹嚢璧脑粮菀淄ㄟ^隔板孔4不斷被擠入螺旋出土器14中，并保證隔板孔4，維持土艙5的穩(wěn)定工作。
[0038]上面結(jié)合附圖對本實用新型實施例進行了說明，但本實用新型不限于上述實施例，還可以根據(jù)本實用新型的實用新型創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據(jù)本實用新型技術(shù)方案的精神實質(zhì)和原理下做的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，只要符合用于本實用新型模擬土壓平衡盾構(gòu)施工過程的試驗裝置的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造原理，都屬于本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬土壓平衡盾構(gòu)施工過程的試驗裝置，包括切削機構(gòu)、出土機構(gòu)和推進機構(gòu)，其特征在于: 所述切削機構(gòu)包括刀盤(1)和刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，所述刀盤(1)與土艙隔板(3)平行，所述刀盤(1)與土艙隔板(3)之間設(shè)有土艙(5)，所述刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置驅(qū)動所述刀盤(1)轉(zhuǎn)動，使所述刀盤(I)的正面工作面直接對前方的土體進行切削，并使被切削的土體進入所述刀盤(1)背面后方的所述土艙(5)，所述土艙(5)的柱形內(nèi)腔由圓筒形的模型襯砌(7)、所述刀盤(1)和所述土艙隔板(3)圍合形成，所述模型襯砌(7)內(nèi)表面緊卡所述土艙隔板(3)的外緣并相互固定，所述刀盤(1)相對于所述模型襯砌(7)進行轉(zhuǎn)動，對所述土艙(5)進行活動封堵； 所述出土機構(gòu)包括攪拌棒(2)、隔板孔(4)、螺旋出土器(14)和出土口(13)，所述隔板孔(4)鏤空開設(shè)在所述土艙隔板(3)上，所述攪拌棒(2)設(shè)置于所述土艙(5)中，并固定于所述刀盤(I)上，將進入所述土艙(5)中的土體攪拌粉碎成渣土，被充分攪拌的渣土通過所述隔板孔(4)不斷被擠入所述螺旋出土器(14)中，所述螺旋出土器(14)包括螺旋出土器內(nèi)筒(6)、螺旋出土器外筒(10)、螺旋葉片(8)和輸送旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，所述螺旋出土器外筒(10)的前端部固定在所述土艙隔板(3)上，所述隔板孔(4)通向所述螺旋出土器內(nèi)筒(6)和所述螺旋出土器外筒(10)之間形成螺旋出土器的渣土輸送通道，所述螺旋出土器內(nèi)筒(6)和所述螺旋出土器外筒(10)的軸線重合，所述螺旋葉片(8)相隔固定的間距通過螺栓A (21)與在所述螺旋出土器內(nèi)筒(6)上開設(shè)的螺栓孔A (9)配合，所述螺旋葉片(8)不接觸所述螺旋出土器外筒(10)的內(nèi)壁，所述輸送旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置驅(qū)動所述螺旋出土器內(nèi)筒(6)在所述螺旋出土器外筒(10)中轉(zhuǎn)動，進而帶動所述螺旋葉片(8)進行轉(zhuǎn)動，所述螺旋出土器內(nèi)筒(6)的前部位置安裝的所述螺旋葉片(8)將從所述隔板孔(4)擠出的渣土通過旋轉(zhuǎn)傳輸，向所述螺旋出土器內(nèi)筒(6)的后部輸送，所述螺旋出土器外筒(10)的后部下方開有出土口(13)，渣土最終從所述出土口( 13)排出，所述刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置和所述輸送旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置合并成一個旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，由安裝于所述出土機構(gòu)末端的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱(15)實現(xiàn)，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱(15)的前端與所述螺旋出土器外筒(10)的末端固定連接，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱(15)傳動端與所述螺旋出土器內(nèi)筒(6)末端同軸固定連接，螺旋出土器內(nèi)筒(6)的前端從所述土艙隔板(3)的中心孔穿過，并延伸至所述刀盤(I)的背面，螺旋出土器內(nèi)筒(6)的前端與所述刀盤(I)固定連接，使所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱(15)驅(qū)動所述刀盤(I )、所述攪拌棒(2)和所述螺旋葉片(8)轉(zhuǎn)動，完成所述刀盤(I)對前方的土體進行切削與所述螺旋出土器(14)正常排土作業(yè)； 所述螺旋出土器(14)置于模型襯砌(7)內(nèi)，所述模型襯砌(7)由模型襯砌管片拼裝而成，形成隧道開挖支護模型裝置； 所述推進機構(gòu)包括千斤頂機箱(16)，反力墻(20)直接支撐所述千斤頂機箱(16)固定基座，所述千斤頂機箱(16)的千斤頂推力輸出桿(17)的頂端通過頂推所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱(15)推動所述螺旋出土器外筒(10)的向前推進，進而推動所述切削機構(gòu)沿開挖軸線掘進，在所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱(15)及其前方的所述模型襯砌(7)之間還設(shè)有至少四根頂推臂(11 )，各所述頂推臂(11)的前端支撐所述模型襯砌(7)的末端，各所述頂推臂(11)的后端部(12)均通過螺栓B (23)與螺栓孔B (22)與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱(15)固定連接，所述千斤頂機箱(16)的千斤頂推力輸出桿(17)還通過頂推各所述頂推臂(11)的后端部(12)，使所述模型襯砌(7)向前移動，實現(xiàn)襯砌管片的及時自動頂進支護。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬土壓平衡盾構(gòu)施工過程的試驗裝置，其特征在于:所述螺旋葉片(8)轉(zhuǎn)動并帶出渣土，并傳送至所述出土口( 13)處掉落至接土槽(19)中，所述出土機構(gòu)和所述推進機構(gòu)皆架設(shè)在墊塊底座(18)之上，所述墊塊底座(18)與所述反力墻(20)相互固定，即在墊塊底座(18)的中間切除部分墊塊材質(zhì)，在所述螺旋出土器外筒(10)的所述出土口(13)下方形成所述接土槽(19)，在墊塊底座(18)的所述接土槽(19)前方和后方分別挖鑿成方形滑動槽(24)和圓弧形滑動槽(25)，且所述方形滑動槽(24)與所述圓弧形滑動槽(25)的中軸線重合，形成模型盾構(gòu)開挖糾偏裝置，所述千斤頂機箱(16)嵌入所述方形滑動槽(24 )中，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱(15 )在所述方形滑動槽(24 )內(nèi)滑動，所述模型襯砌(7)在所述圓弧形滑動槽(25)內(nèi)滑動，所述隧道開挖支護模型裝置的各所述模型襯砌管片皆具有朝向隧道壁的光滑外表面，在所述模型襯砌管片外表面預先涂上潤滑劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模擬土壓平衡盾構(gòu)施工過程的試驗裝置，其特征在于:所述模型襯砌(7)外表面帶有劃痕(26)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模擬土壓平衡盾構(gòu)施工過程的試驗裝置，其特征在于:其中周向環(huán)形的所述劃痕(26)沿所述模型襯砌(7)呈等間距分布，縱向直線的所述劃痕(26)分布在所述模型襯砌(7)的腰部兩側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模擬土壓平衡盾構(gòu)施工過程的試驗裝置，其特征在于:所述土艙隔板(3)上開設(shè)12個沿環(huán)形分布的所述隔板孔(4)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模擬土壓平衡盾構(gòu)施工過程的試驗裝置，其特征在于:所述土艙隔板(3)上開設(shè)12個沿環(huán)形分布的所述隔板孔(4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬土壓平衡盾構(gòu)施工過程的試驗裝置，其特征在于:所述土艙隔板(3)上開設(shè)12個沿環(huán)形分布的所述隔板孔(4)。
【文檔編號】G01M99/00GK203595613SQ201320784012
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】張曉清, 張孟喜, 李磊, 李林, 邱成春, 王有成 申請人:上海大學