[发明专利]一种顶管隧道施工模拟方法及模型装置

权利要求书

1.一种顶管隧道施工模型装置，其特征在于，包括模型试验台、顶管机模拟装置，

所述模型试验台包括模型体坑(13)，所述模型体坑(13)四周围设有井壁，所述顶管机模拟装置开始施工侧井壁为工作井井壁(11)，与所述工作井井壁(11)相对的井壁为接收井井壁(10)，所述接收井井壁(10)和所述工作井井壁(11)上设置有预留施工口(9)，试验时在所述模型体坑(13)的内部用调配好的模型土体填筑模型体坑(13)；

所述顶管机模拟装置包括壳体(4)、切削刀头(1)、螺旋出土器(3)，所述切削刀头(1)设置在该顶管机模拟装置的最前端，所述壳体(4)与前端设置的所述切削刀头(1)连接,所述螺旋出土器(3)位于壳体(4)后半部分内部。

2.根据权利要求1所述的一种顶管隧道施工模型装置，其特征在于，所述顶管机模拟装置还包括搅拌土仓(2)，所述搅拌土仓(2)设置在所述壳体(4)安装的所述切削刀头(1)与所述螺旋出土器(3)之间；所述搅拌土仓(2)内设置有搅拌器，用以将所述切削刀头(1)切下后进入搅拌土仓(2)的土体转动搅拌至松散状并落入搅拌土仓(2)后部的所述螺旋出土器(3)。

3.根据权利要求2所述的一种顶管隧道施工模型装置，其特征在于，该顶管机模拟装置还设置有管节(6)、传动轴(5)、步进电机(7)、顶进油缸(8)；

所述管节(6)与所述壳体(4)相连，且为依次连接的空心管，

所述传动轴(5)布置在所述管节(6)内，其一端与所述螺旋出土器(3)、所述搅拌土仓(2)内的所述搅拌器连接，另一端与所述步进电机(7)和所述顶进油缸(8)连接。

4.根据权利要求3所述的一种顶管隧道施工模型装置，其特征在于，所述模型试验台还设置有顶进反力墙(12)。

5.根据权利要求4所述的一种顶管隧道施工模型装置，其特征在于，所述步进电机(7)和顶进油缸(8)设置在所述顶进反力墙(12)处。

6.根据权利要求5所述的一种顶管隧道施工模型装置，其特征在于，所述接收井井壁(10)和/或所述工作井井壁(11)上设置有模拟用既有管线模拟开口。

7.根据权利要求6所述的一种顶管隧道施工模型装置，其特征在于，在施工时，

在模型体坑(13)的内部用调配好的模型土体填筑模型体坑(13)；

将步进电机(7)和顶进油缸(8)设置在顶进反力墙(12)处；

将顶管机模拟装置的切削刀头(1)对正工作井井壁(11)上设置的模拟用预留施工口(9)处；

启动顶管机模拟装置的步进电机(7)，顶进油缸(8)伸长，推动切削刀头(1)向前切土移动；

通过传动轴(5)带动搅拌土仓(2)内的搅拌器将切削刀头(1)切下后进入搅拌土仓(2)的土体转动搅拌至松散状并落入搅拌土仓(2)后部的所述螺旋出土器(3)处，传动轴(5)带动螺旋出土器(3)位，将松散状的土体输送至顶管机模型后方，完成开挖土体的搅拌和螺旋输出；

顶进一个管节(6)长度后，顶进油缸(8)收缩，接长传动轴(5)(5)，同时安装一节管节(6)，然后继续顶进切土；

如此循环，直至顶管机模拟装置的切削刀头(1)顶出接收井井壁(10)上的预留施工口(9)，完成顶进施工过程的模拟。

8.根据权利要求7所述的一种顶管隧道施工模型装置，其特征在于，在施工时，通过布置在模型土体内部和上表面的传感器进行土体位移场和应力场的测量。

9.根据权利要求7所述的一种顶管隧道施工模型装置，其特征在于，在施工时，通过布置在管节(6)上的应变片，进行管片应力的测量。

10.根据权利要求7所述的一种顶管隧道施工模型装置，其特征在于，在施工时，通过布置在搅拌土仓(2)内压力传感器进行土仓土压力的监测。