[实用新型]一种护盾式TBM隧道豆砾石施工模拟装置

说明书

一种护盾式TBM隧道豆砾石施工模拟装置，其包括主体试验箱、护盾式TBM掘进模拟装置、管片结构模拟装置、围岩结构模拟装置、豆砾石吹填模拟装置、试验架、金属底板和检测装置，主体试验箱和豆砾石吹填模拟装置固定于试验架上，管片结构模拟装置、围岩结构模拟装置固定于主体试验箱上，管片结构模拟装置、围岩结构模拟装置之间的空隙吹填灌注豆砾石模拟材料，在管片结构模拟装置上进行划线，并开设吹填孔，吹填孔采用短柱进行封堵。本实用新型能够全面系统地模拟不同影响因素条件下护盾式TBM隧道豆砾石施工过程，完善护盾式TBM隧道豆砾石施工设计理论体系、优化护盾式TBM隧道施工工艺，为隧道的设计、施工安全提供更加可靠的试验数据。

技术领域：

本实用新型涉及交通隧道设计与建造工程技术领域，尤其涉及护盾式TBM隧道豆砾石施工技术领域，具体地说，是一种护盾式TBM隧道豆砾石施工模拟装置。

背景技术：

随着我国交通隧道建设的高速发展，具有机械化程度高、环境破坏小、施工高效安全的护盾式TBM掘进机是今后隧道建设的主流工法之一。护盾式TBM掘进机工法由刀盘掘进、管片拼装、豆砾石施工等一系列复杂工序组成，其中豆砾石施工是指已拼装管片结构在脱出盾尾后，立即通过管片吹填孔往管片结构背后吹填豆砾石的施工工序。由黄豆颗粒大小的碎石经级配曲线配比而成的豆砾石层，其整体具有散粒体的结构特性，主要作用为填补管片结构和围岩之间空隙，使管片结构与围岩紧密接触，避免管片结构背后空洞产生；当其受到围岩收敛挤压作用时，颗粒间会产生一定程度移动。颗粒迁移过程使管片结构受力更加均匀，管片结构整体受力状态更加良好。

管片结构背后空洞、缺陷会导致管片结构局部产生应力集中现象，造成管片结构损坏，对隧道安全稳定性形成严重威胁。因此，豆砾石施工是决定管片结构安全的关键。

人们对管片背后豆砾石层分布规律、受力特征缺乏深入了解；豆砾石施工过程中颗粒级配、施工工序选择较为单一。

现有国内外学者研究豆砾石层施工工艺优化内容，主要采用的方法有理论推导、数值模拟两种。其中，理论推导往往假设条件限定过多，且相关变量的改变会导致计算量过大，结果也过于理想化，对实际施工指导意义有限；数值模拟虽然相对减少了计算量，节约计算时间，但模拟过程是基于理论，同样存在结果无法与实际情况相匹配的不足。

目前，国内外尚无关于护盾式TBM豆砾石施工的模拟装置，且现有研究重点主要集中在豆砾石层受力特征、变形机制方面，研究成果较为理想化，实用性有待增强；对不同影响因素条件下豆砾石层作用机制、分布规律及管片结构受力特征的研究需进一步加深，以期对豆砾石施工工艺进行优化。

发明内容：

本实用新型提供了一种护盾式TBM豆砾石施工模拟装置，该装置能够真实地实现不同颗粒级配、吹填顺序、吹填压力、吹填时机、吹填方式条件下护盾式TBM吹填豆砾石施工过程的模拟，研究不同影响因素条件下豆砾石层的作用机制、分布规律以及管片结构受力特征，优化护盾式TBM吹填豆砾石施工。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：