[发明专利]全断面掘进机分段加载掘进试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及公路、铁路、地铁和过江跨海隧道领域中的一种全断面掘进机分段加载掘进试验装置，尤其是模拟全断面掘进机在高水压、可变地应力、复合地质条件下分段加载掘进试验装置。

背景技术

全断面掘进机是公路、铁路、地铁和过江跨海隧道领域的主要施工装备。利用可模拟高水压、可变地应力、复合地质条件的分段加载大型掘进试验装置，进行全断面掘进机在粘土、砂砾土、卵石、硬岩、富水等多种地质条件复合掘进试验，一次试验过程中可利用水囊分段加载技术，针对不同地质条件分段施加不同地层压力，可完成不同地层突变地应力模拟试验，可获得与地质参数相匹配的全断面掘进机设计参数与施工参数。很多实际工程存在复合地质条件，地应力也是复杂多变的，目前现有试验装置不能进行大直径全断面掘进机综合掘进试验，不能同步完成多种地质复合试验，不能完成突变地应力条件下的模拟试验，也不能完成从始发、掘进、拼装管片到排渣、注浆、接收的完整试验，试验数据与工程实际偏差较大。因此研制一种全断面掘进机分段加载掘进试验装置是急需解决的新课题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种全断面掘进机分段加载掘进试验装置, 解决模拟高水压、可变地应力、复合地质条件，采用大型钢结构自反力系统、水囊分段加载技术。

本发明的目的是这样实现的：一种全断面掘进机分段加载掘进试验装置，由加载横梁、试验箱、全断面掘进机、反力架、模拟地层介质、分段加载水囊、锁紧销、圆弧底座、侧壁、端盖、密封刷、引导管、承压隔梁组成，在试验箱中填充和夯实模拟地层介质，并埋设土压、水压传感器，8组分段加载水囊用7个承压隔梁分开安装；试验箱由圆弧底座、左右侧壁与前后端盖组成，为整体焊接结构，试验箱上通过锁紧销安装用于承载分段加载水囊反作用力的8个加载横梁，反力架与试验箱的的端盖螺栓固定，全断面掘进机安装在带有3道密封刷的引导管中；所述模拟地层介质为粘土、砂砾土、卵石、硬岩；所述装置的工作原理是，将全断面掘进机掘进方向设为X轴，水平面内垂直于X轴方向设为Y轴，分段加载水囊加压方向设为Z轴，通过分段加载水囊与承压隔梁组合，在试验箱与加载梁构成的封闭箱体内，模拟复杂多变地质条件，实现分段变压加载，反力架与试验箱连接固定，形成自反力系统，安全可靠；通过带密封圈的引导管结构，保证始发阶段试验箱体内良好的密封性能；掘进试验中全断面掘进机的推力与扭矩通过反力架反作用于试验箱上，整个掘进试验装置形成一个自反力系统，全断面掘进机掘进过程中通过分布在模拟地层介质中的传感器，在变压加载模拟真实地质情况下，实时检测掘进机周围水土压力、地层扰动地质参数变量，完成大直径全断面掘进机在真实地质条件下掘进过程模拟试验。

本发明的要点在于它的结构及工作原理。其工作原理是，将全断面掘进机掘进方向设为X轴，水平面内垂直于X轴方向设为Y轴，分段加载水囊加压方向设为Z轴，通过分段加载水囊与承压隔梁组合，在试验箱与加载梁构成的封闭箱体内，模拟复杂多变地质条件，实现分段变压加载，反力架与试验箱连接固定，形成自反力系统，安全可靠；通过带密封圈的引导管结构，保证始发阶段试验箱体内良好的密封性能；掘进试验中全断面掘进机的推力与扭矩通过反力架反作用于试验箱上，整个掘进试验装置形成一个自反力系统，全断面掘进机掘进过程中通过分布在模拟地层介质中的传感器，在变压加载模拟真实地质情况下，实时检测掘进机周围水土压力、地层扰动地质参数变量，完成大直径全断面掘进机在真实地质条件下掘进过程模拟试验。

全断面掘进机分段加载掘进试验装置与现有技术相比，具有分段变压加载功能，可一次完成模拟全断面掘进机在多种复杂地质条件下的掘进试验，可进行突变地应力条件下的模拟试验，使得试验过程更贴近真实施工状态；具有自反力特点，变压加载力、推进力和驱动扭矩完全作用在试验装置本体上，使得试验装置结构更坚固，避免掘进中试验箱体移动，试验过程更加安全可靠等优点，将广泛的应用于公路、铁路、地铁和过江跨海隧道领域中。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

具体实施方式

参照附图，一种全断面掘进机分段加载掘进试验装置，由加载横梁1、试验箱2、全断面掘进机3、反力架4、模拟地层介质5、分段加载水囊6、锁紧销7、圆弧底座8、侧壁9、端盖10、密封刷11、引导管12、承压隔梁13组成，在试验箱2中填充和夯实模拟地层介质5，并埋设土压、水压传感器，8组分段加载水囊6用7个承压隔梁13分开安装；试验箱2由圆弧底座8、左右侧壁9与前后端盖10组成，为整体焊接结构，试验箱2上通过锁紧销7安装用于承载分段加载水囊6反作用力的8个加载横梁1，反力架4与试验箱2的的端盖10螺栓固定，全断面掘进机3安装在带有3道密封刷11的引导管12中；所述模拟地层介质5为粘土、砂砾土、卵石、硬岩；所述装置的工作原理是，将全断面掘进机3掘进方向设为X轴，水平面内垂直于X轴方向设为Y轴，分段加载水囊6加压方向设为Z轴，通过分段加载水囊与承压隔梁组合，在试验箱与加载梁构成的封闭箱体内，模拟复杂多变地质条件，实现分段变压加载，反力架与试验箱连接固定，形成自反力系统，安全可靠；通过带密封圈的引导管结构，保证始发阶段试验箱体内良好的密封性能；掘进试验中全断面掘进机3的推力与扭矩通过反力架4反作用于试验箱2上，整个掘进试验装置形成一个自反力系统，全断面掘进机3掘进过程中通过分布在模拟地层介质中的传感器，在变压加载模拟真实地质情况下，实时检测掘进机周围水土压力、地层扰动地质参数变量，完成大直径全断面掘进机在真实地质条件下掘进过程模拟试验。