[实用新型]一种顶管隧道施工模型装置

说明书

本实用新型涉及顶管掘进施工过程大比尺物理模型试验技术领域，用于岩土工程中的地质力学模型试验，是一种顶管隧道施工模型装置。包括模型试验台、顶管机模拟装置，模型试验台包括模型体坑，模型体坑四周围设有井壁，顶管机模拟装置开始施工侧井壁为工作井井壁，与工作井井壁相对的井壁为接收井井壁，接收井井壁和工作井井壁上设置有模拟用预留施工口，试验时在模型体坑的内部用调配好的模型土体填筑模型体坑；顶管机模拟装置包括壳体、切削刀头、螺旋出土器，切削刀头设置在该顶管机模拟装置的最前端，壳体与前端设置的切削刀头连接，螺旋出土器位于壳体后半部分内部。

技术领域

本实用新型涉及顶管掘进施工过程大比尺物理模型试验技术领域，用于岩土工程中的地质力学模型试验，是一种顶管隧道施工模型装置。

背景技术

随着社会的发展及人口密度的迅速增长，人们对城市地下空间开发的步伐也在加快，而轨道交通、城市管廊以及地下电力管网等作为城市地下空间开发利用的主要形式，常常需要穿越建(构)筑密集区。由于传统明挖顺作法施工在这些区域受到严重限制，因此采用对地面和周围环境影响都相对较小的暗挖施工方法称为趋势和必然。其中，顶管法因其不阻碍交通、不破坏环境、噪音少、污染少，对周围居民影响较小，同时开挖量小、作业面小、施工工期短、综合成本低等优点，成为了一种比较常见和重要的暗挖施工方法。

由于顶管施工过程较为复杂，且对周围城市的建构筑物也会产生一定的影响，因此国内外相关学者也开展了一些相关研究。

目前考虑前端顶管机的掘进施工过程，开展顶管法施工的相关室内或模型试验研究较少，少数试验中尚未考虑开挖施工过程的影响。因此探索顶管法施工大比尺物理模型试验的新方法非常有必要。

实用新型内容

本设计针对顶管法施工大比尺物理模型试验，研发其对应的试验装置，建立其适用的监测系统及方法，进行考虑顶管机掘进的顶管法施工过程模拟分析，研究其施工过程中地层的空间变位特征及应力变化情况，具有重要的理论和实践意义。其结构简单、模拟过程方便。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种顶管隧道施工模型装置，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，所述模型体坑四周围设有井壁，所述顶管机模拟装置开始施工侧井壁为工作井井壁，与所述工作井井壁相对的井壁为接收井井壁，

所述接收井井壁和所述工作井井壁上设置有模拟用预留施工口，

试验时在所述模型体坑的内部用调配好的模型土体填筑模型体坑；

所述顶管机模拟装置包括壳体、切削刀头、螺旋出土器，

所述切削刀头设置在该顶管机模拟装置的最前端，用以切削土体，

所述壳体与前端设置的所述切削刀头连接，用以支撑开挖后的土体不坍塌、且为螺旋出土器螺旋输送提供作业空间，

所述螺旋出土器位于壳体后半部分内部，所述螺旋出土器用以将切削的土体输送至顶管机模型后方。

进一步的，所述顶管机模拟装置还包括搅拌土仓，所述搅拌土仓设置在所述壳体安装的所述切削刀头与所述螺旋出土器之间。

进一步的，所述搅拌土仓内设置有搅拌器，用以将所述切削刀头切下后进入搅拌土仓的土体转动搅拌至松散状并落入搅拌土仓后部的所述螺旋出土器。

进一步的，该顶管机模拟装置还设置有管节，所述管节与所述壳体(4)相连，且为依次连接的空心管。

进一步的，该顶管机模拟装置还设置有传动轴；所述传动轴布置在所述管节内，其一端与所述螺旋出土器、所述搅拌土仓内的所述搅拌器连接。

进一步的，该顶管机模拟装置还设置有步进电机、顶进油缸；所述传动轴另一端与所述步进电机和所述顶进油缸连接。