[发明专利]一种模拟盾构机掘进的模型试验装置

说明书

本发明提供一种模拟盾构机掘进的模型试验装置，包括试验块、机架和压力检测机构，所述机架上设置有试块固定架、模拟盾构机挖掘机构，所述试块固定架为内部圆形且外部至少四边的多边形环状结构，所述试块固定架的每一边上均设置有环境压力模拟机构，若干个环境压力模拟机构可将试验块夹持在试块固定架内的中轴线上，且若干个环境压力模拟机构可对试验块施加不同的力。该模拟盾构机掘进的模型试验装置，将试验块放置在试块固定架的内壁，通过多个液压缸将试验块固定，然后根据需要模拟的环境压力来调节各个液压缸对试验块的挤压力度，在模拟环境压力下进行隧道盾构机开挖所得出的隧道受力及变形监测的数据更加接近实际。

技术领域

本发明涉及模拟盾构机掘进技术领域，具体为一种模拟盾构机掘进的模型试验装置。

背景技术

近年来，随着城市地铁事业的不断发展，土压平衡盾构机在隧道区间的修建过程中得到了越来越广泛的应用。为了清楚的了解盾构机实际的工作状态以及盾构机开挖过程中对周边环境的影响机理，国内外有许多学者设计了模型盾构机装置，并开展了模型盾构试验研究。

如中国专利申请号为201610064311.3的一种用于砂土中模拟盾构掘进的模型试验装置，包括“盾构机支撑架、盾构机外钢筒、开挖面切削单元、排砂单元、模型盾构机顶进单元以及压力监测单元；盾构机外钢筒固定在盾构机支撑架上，盾构机外钢筒内设有盾头和模型隧道……”该申请采用吸尘器原理来进行排砂，节省了模型盾构机内部的操作空间，为盾构机后方模型隧道内部布置传感器进行监测创造了条件，其排砂方法更直接、有效、可靠，便于试验操作。

众所周知，隧道的周边环境(陆地建筑、隧道的下沉度、隧道的侧应力)会影响甚至破坏隧道的结构，我们需要模拟不同方向对试验块的压力来得出实验数据，但是上述申请仅仅解决的是模拟挖掘过程中的排砂效果，其未对试验块进行实际的周边环境压力的模拟，所得出的隧道的受力及变形监测不准确。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种可对试验块进行全方位环境压力模拟的模拟盾构机掘进的模型试验装置。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种模拟盾构机掘进的模型试验装置，包括试验块、机架和压力检测机构，所述机架上设置有试块固定架、模拟盾构机挖掘机构，所述试块固定架为内部圆形且外部至少四边的多边形环状结构，所述试块固定架的每一边上均设置有环境压力模拟机构，若干个环境压力模拟机构可将试验块夹持在试块固定架内的中轴线上，且若干个环境压力模拟机构可对试验块施加不同的力，所述模拟盾构机挖掘机构与试验块的中轴线位置相对应，所述压力检测机构包括若干埋设在试验块内的压力传感器和电阻应变式传感器，若干个压力传感器分别一一与环境压力模拟机构相对应，所述电阻应变式传感器与模拟盾构机挖掘机构的位置相对应。

优选的，所述环境压力模拟机构包括液压缸以及与其输出端相连的压板，所述压板与试验块相对应的一面为与试验块半径相同的弧形面，所述液压缸固定在试块固定架的外边上。

优选的，所述模拟盾构机挖掘机构包括行进机构、设置在行进机构上的盾构机外筒、盾头、模型隧道、排砂机构、桨状刀片伺服电机，所述盾构机外筒套在模型隧道外，所述盾头为一面闭合的中空筒状，所述盾头闭合的一面可拆卸式的连接在盾构机外筒的前端，所述桨状刀片通过刀片轴枢接在盾头上，伺服电机通过传动轴与刀片轴可拆卸式传动连接，所述排砂机构与盾头连通，排砂机构用于将盾头的砂末排出。

优选的，所述排砂机构包括吸尘器、吸气管和进气管，所述吸尘器通过吸气管与盾头连通，所述进气管的一端与盾头连通，所述进气管的另一端与大气连通用于为盾头内进行补气。

优选的，所述试块固定架远离模拟盾构机挖掘机构的一侧设置有用于密封试块固定架的密封机构。