[发明专利]泥水平衡盾构综合模拟试验台掘进及姿态模拟试验系统

说明书

本发明公开了一种泥水平衡盾构综合模拟试验台掘进及姿态模拟试验系统。底板上的两侧均固定安装有反力墙，两侧的反力墙中间布置有模拟试验系统主体，模拟试验系统主体底部安装有随动支撑机构，反力墙墙面上装有加载液压组件和推进液压组件，两个液压组件连接到模拟试验系统主体的两侧；通过加载液压组件和推进液压组件推动模拟试验系统主体在随动支撑机构支撑下进行五个自由度运动。本发明实现泥水盾构机软硬等不同土层下掘削工况的模拟，实现泥水盾构机在掘进时遇到的正面岩土阻力不均、四周岩土摩擦力不均等不同载荷情况的模拟；能实时测量每个加载液压缸在水平方向和垂直方向上的偏转角度。

技术领域

本发明涉及了一种模拟试验系统，尤其是涉及了一种泥水平衡盾构综合模拟试验台掘进及姿态模拟试验系统。

技术背景

盾构是用于地下隧道工程建设的重大装备，一般分为泥水平衡盾构、土压平衡盾构、气压平衡盾构三类。泥水平衡盾构适应于含水量丰富的砂砾卵石地层，能够有效解决开挖面稳定难题，且在覆土较浅而且地表沉降控制严格的场合，泥水平衡盾构具有突出的精确控制优势，已经广泛应用于海底隧道、跨江隧道和沿海城市地底工程的建设。

推进系统作为盾构的关键子系统不仅需要提供足够的驱动力以克服作用在刀盘正面的土压力、盾壳上的摩擦力、盾尾密封刷的摩擦力等阻力驱动盾构前进，还需要通过控制盾构推进姿态保证盾构沿隧道设计轴线掘进。盾构机运动轨迹与隧道设计轴线的位置偏差大小直接影响隧道施工质量。由于盾构掘进过程中地层不均和盾构自身结构原因，盾构轨迹失准问题是困扰盾构施工的众多难题之一，对施工过程中盾构机的姿态进行测量和控制是确保盾构按设计轴线掘进的关键。

另一方面，推进系统所提供的推进力的大小直接影响着掘进刀盘的切削力大小，因此推进系统不仅仅影响着盾构在施工过程中的姿态，而且对其掘进过程也有着深刻的影响，表现为多系统的耦合作用。

泥水盾构机的推进是通过连接在盾尾沿圆周布置的多个推进缸来实现的，推进液压缸缸筒一端通过球绞固定在盾尾背板上，活塞杆末端与撑靴球铰连接，撑靴压在拼装铺布好的管片衬砌上，提供反作用力。推进系统的推进液压缸通常采用分区控制方式，为四组分区和五组分区两种。通过控制不同分区液压缸的行程或推进力，控制盾构的姿态。

泥水平衡盾构在工程中具有六个运动自由度，现有的泥水盾构试验台中，盾体的约束较多，使得其自由度减少至3以下，最多能完成俯仰、偏转和推进等三种姿态调整，与实际情况差别较大，且大多数试验台的姿态不可测算，具有一定的局限性。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明深入研究了泥水平衡盾构刀盘驱动与姿态调整方面，提供了一种泥水平衡盾构综合模拟试验台掘进及姿态模拟试验系统，可便捷实现刀盘扭矩实际工况的还原，可通过加载缸的加载力进行正面岩土阻力不均、四周岩土摩擦力不均等的载荷模拟，可通过随动支撑机构支撑起盾体，并随其完成五自由度的姿态模拟，可通过带增量编码器的虎克铰装置实时测量盾体姿态。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括反力墙、模拟试验系统主体、加载液压组件、推进液压组件、随动支撑机构和底板，底板上的两侧均固定安装有反力墙，两侧的反力墙中间布置有模拟试验系统主体，模拟试验系统主体底部安装有随动支撑机构，一侧的反力墙墙面上安装有四个加载液压组件，另一侧侧的反力墙墙面上分别安装有四个推进液压组件，加载液压组件和推进液压组件连接到模拟试验系统主体的两侧；通过加载液压组件和推进液压组件推动模拟试验系统主体在随动支撑机构支撑下进行垂直方向俯仰和升降、水平方向扭转和偏移以及盾构方向的进退的五个自由度的运动。