[发明专利]一种用于架设盾构隧道开挖模型的试验装置及工作方法

权利要求书

1.一种用于架设盾构隧道开挖模型的试验装置，其特征在于：包括有左右平行设置的两轨道圆杆，该轨道圆杆经前后两支撑座连接支撑，两轨道圆杆前端固设有一模型箱，所述模型箱后端面开设有挖孔，所述挖孔后方同轴设置有盾构机模型，该盾构机模型前端由前支撑座支撑，后端经一驱动电机伸入并驱动盾构机模型内部旋转，所述驱动电机经一电机放置台固定在滑动台板上表面，所述滑动台板下表面通过若干滑动套筒套接在左右两轨道圆杆上实现前后滑动，滑动台板后端固连一千斤顶，该千斤顶的压力头朝后延伸并顶接在一弹性反力体系上。

2.根据权利要求1所述的一种用于架设盾构隧道开挖模型的试验装置，其特征在于：所述模型箱后侧板上下竖直穿设有通槽，所述通槽内插设有若干高度调节挡板与一挖孔挡板，所述挖孔前后穿设在挖孔挡板上；所述通槽左右侧的模型箱后侧板上左右对称开设有若干高度调节孔，该通槽左右侧的高度调节孔均是上下间隔布置，两相邻高度调节孔之间距离与每高度调节挡板的高度一致。

3.根据权利要求1所述的一种用于架设盾构隧道开挖模型的试验装置，其特征在于：所述滑动台板前端上表面固设有盾构机模型限位块，盾构机模型限位块自上表面朝下凹设有一弧形限位槽，所述弧形限位槽表面与盾构机模型下表面支撑固定。

4.根据权利要求1所述的一种用于架设盾构隧道开挖模型的试验装置，其特征在于：所述滑动套筒设置有四个，分别设置在滑动台板下表面四角处，且左侧的两滑动套筒套接在左轨道圆杆上，右侧的两滑动套筒套接在右轨道圆杆上。

5.根据权利要求1所述的一种用于架设盾构隧道开挖模型的试验装置，其特征在于：所述滑动台板后端朝上延伸，该滑动台板后端壁后表面固设有千斤顶承托台，该千斤顶固连在千斤顶承托台上。

6.根据权利要求1所述的一种用于架设盾构隧道开挖模型的试验装置，其特征在于：所述弹性反力体系包括有下端套接在两轨道圆杆上的基座板，所述基座板竖直朝上延伸，基座板前端面固连有反力弹簧组，所述反力弹簧组由若干弹簧组成，反力弹簧组后端固连在基座板上，前端顶接在一伸缩板后表面，所述伸缩板经滑动短杆与基座板相接。

7.根据权利要求6所述的一种用于架设盾构隧道开挖模型的试验装置，其特征在于：所述滑动短杆设置有四个，分别设置在伸缩板后端面四角处，所述滑动短杆上均标有刻度；所述基座板上前后贯穿开设有供滑动短杆穿接的通孔，该滑动短杆插入通孔后由可拆卸的四个封孔叶片对滑动短杆进行阻挡限位。

8.根据权利要求1或6所述的一种用于架设盾构隧道开挖模型的试验装置，其特征在于：所述模型箱内通过一锁定螺栓螺接入两轨道圆杆进行固定；所述基座板经自下而上依次螺接入基座板与两轨道圆杆的紧固螺栓限位固定。

9.一种用于架设盾构隧道开挖模型的试验装置的工作方法，其特征在于，采用如权利要求1-8所述的任一种用于架设盾构隧道开挖模型的试验装置，并按以下步骤进行：（一）根据模型试验所需开挖高度确定挖孔挡板位置，并在其上下两侧布置高度调节挡板，将以上各高度调节挡板依次放入模型箱的通槽中；（二）根据挖孔挡板放置高度选定与之匹配的高度调节孔，将两根轨道圆杆分别插入左右对称的高度调节孔，在模型箱内部旋紧锁定螺栓固定轨道圆杆，根据轨道圆杆放置高度选定对应型号的前支撑座和后支撑座，依次将前支撑座、滑动台板下部的滑动套筒、弹性反力体系和后支撑支座套箍于两轨道圆杆上；（三）将盾构机模型后端固定于弧形限位槽内，盾构机模型前端搭设于前支撑座的滑动槽中，驱动电机置于电机放置台上，千斤顶放置于千斤顶承托台上；（四）安装封孔页片将基座板后端通孔封闭，调整弹性反力体系与滑动台板间距离，使伸缩板和滑动台板的竖直部分夹紧千斤顶压力头，利用紧固螺栓固定弹性反力体系位置；（五）在模型箱内放置模型土，打开驱动电机带动盾构机模型前端刀盘旋转，使用千斤顶施加顶推力，推动滑动台板向模型箱移动，参照施工步骤实现对模型土的分步旋挖；（六）对开挖过程回缩状态的模拟中，取中间开挖步骤，关闭驱动电机，保持千斤顶压力，打开各封孔页片，使伸缩板承受反力弹簧组支撑作用，其四角处滑动短杆在基座板背部孔洞自由伸出；读取滑动短杆伸出刻度获得回缩量，结合反力弹簧组刚度计算获得回缩压力。