[发明专利]泥水盾构开挖面稳定模型试验系统

说明书

本发明涉及盾构隧道模型试验技术领域，特别是一种泥水盾构开挖面稳定模型试验系统。包括模型箱、可变坡度推进装置、泥水盾构隧道模型装置、可变角度夹具装置、角度协同调节装置和数据监测采集机构，泥水盾构隧道模型装置设置在模型箱内，泥水盾构隧道模型装置通过可变角度夹具装置与模型箱连接，泥水盾构隧道模型装置与可变坡度推进装置连接，可变角度夹具装置与可变坡度推进装置之间通过角度协同调节装置连接，数据监测采集机构监测并采集模型箱内的参数。通过该系统可以研究不同纵向坡度对隧道开挖面稳定性的影响，丰富了研究盾构开挖面稳定的模型试验方案。

技术领域

本发明涉及盾构隧道模型试验技术领域，特别是一种泥水盾构开挖面稳定模型试验系统。

背景技术

近年来，我国的盾构隧道技术正朝着大断面、长距离以及穿越江河或海底等水文地质条件复杂的方向发展。而盾构开挖直径越大、开挖断面越大(6m级盾构断面29m²，10m级79m²，15m级177m²)，其对地层的扰动也将增大，开挖面有效支护压力过大或不足都将引起开挖面的失稳破坏，因此，合理的支护压力对大直径盾构开挖面稳定和优化隧道施工工艺至关重要。

由于开挖面失稳等属于破坏工况，不宜通过实际工程进行研究，模型试验或理论分析是目前主要的研究途径。1g物理模型试验操作方便，在隧道稳定性分析中得到广泛应用。现有的物理模型试验通常把隧道简化为一水平放置的空心圆筒来研究各种工况下的开挖面稳定问题，但在实际工程中并非如此。例如水下隧道水底土深度远低于地面，隧道的纵向坡角大于水平坡角。大坡度盾构隧道在较短水平距离内可快速升降，由于隧道纵向坡角的影响，工作面稳定性计算必将与水平边坡条件下的工况有所不同。因此，在确定隧道开挖面支护力时，有必要考虑隧道的纵向坡角及复杂地层的综合影响，以确保隧道施工的安全。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种泥水盾构开挖面稳定模型试验系统，通过该系统可以研究不同纵向坡度对隧道开挖面稳定性的影响，丰富了研究盾构开挖面稳定的模型试验方案。

本发明的技术方案是：一种泥水盾构开挖面稳定模型试验系统，包括模型箱，其中，还包括可变坡度推进装置、泥水盾构隧道模型装置、可变角度夹具装置、角度协同调节装置和数据监测采集机构，泥水盾构隧道模型装置设置在模型箱内，泥水盾构隧道模型装置通过可变角度夹具装置与模型箱连接，泥水盾构隧道模型装置与可变坡度推进装置连接，可变角度夹具装置与可变坡度推进装置之间通过角度协同调节装置连接，数据监测采集机构监测并采集模型箱内的参数。

本发明中，所述可变坡度推进装置包括底座、角度控制板、调节背板、液压推进器和升降抓夹，底座上固定有两个平行的角度控制板，调节背板位于两角度控制板之间，且调节背板与角度控制板之间转动连接，调节背板侧面的上部固定有卡扣，对应的在角度控制板上设有弧形的圆弧槽口，卡扣设置在圆弧槽口内，圆弧槽口的底部内壁设有数个按照角度划分的卡槽，卡扣固定在卡槽内，调节背板侧面的下部设有直槽口，对应的在角度控制板内侧面固定有圆柱形榫头，圆柱形榫头滑动插入直槽口内，调节背板上部的中间位置设有吊装孔，吊装孔的正上方设有升降抓夹，升降抓夹固定在水平横梁上，水平横梁沿支撑钢架的圆弧形内侧面滑动，升降抓夹通过吊装孔带动调节背板转动，支撑钢架固定在角度控制板的上方，液压推进器固定在调节背板的中部。

所述角度控制板的外侧面且位于圆弧槽口的下方标有角度刻度。调节背板转动过程中，可以通过角度刻度，对调节背板的转动角度进行准确调节，从而准确的控制液压推进器的纵向坡度。

所述底座的底部对称设置数个升降控制千斤顶。通过升降控制千斤顶，调整底座的高度。

所述泥水盾构隧道模型装置包括盾壳、传动杆、滤网、开孔面板和推进面板，盾壳内设有空腔，开孔面板固定在盾壳的一端，滤网固定在开孔面板的内表面，盾壳的另一端呈开口状，传动杆和推进面板均位于盾壳之间，传动杆的一端与推进面板固定连接，传动杆的另一端与液压推进器连接；