[发明专利]一种可实现衬砌支护功能的土压平衡模型盾构试验机

摘要

本发明公开了一种可实现衬砌支护功能的土压平衡模型盾构试验机，包括模型箱、盾壳、切削系统、顶进系统、出土系统和支护系统。试验开始之前将衬砌固定在盾壳外部，并与盾壳截面保持同心。试验开始之前将通过连接装置讲衬砌固定在盾壳上。然后启动顶进系统和切削系统，切削下来的土体流入土压舱，土压舱内建立起稳定的土压力后启动螺旋出土器排土。试验过程中通过调节在刀盘转速、顶进速度和螺旋出土器的转速使开挖面保持稳定。开挖完成后，采用固定法兰将衬砌固定在模型箱上，将盾构机撤出模型箱，衬砌留在开挖完成的隧道内。采用该模型盾构机，不仅可以进行盾构机掘进参数、及其施工对地层及既有结构影响的研究。

主权项

1.一种可实现衬砌支护功能的土压平衡模型盾构试验机，包括模型箱(1)、盾壳(3)、切削系统、顶进系统、出土系统和支护系统；其特征在于：模型箱(1)的前、后开挖面分别设置前预留开挖孔(26)和后预留开挖孔(27)，前预留开挖孔(26)位置处安装浮动支撑(2)；盾壳(3)的前端与隔板(4)连接，盾壳(3)的后端与盾尾连接；切削系统包括刀盘(5)、刀盘驱动轴(6)、隔板(4)和刀盘驱动电机(7)；刀盘(5)通过驱动轴主轴(6)与刀盘驱动电机(7)相连，刀盘驱动轴(6)安装在隔板(4)上，刀盘驱动电机(7)固定在盾尾；盾构机模型经过前预留开挖孔(26)后进入模型箱(1)，刀盘驱动电机(7)通过刀盘驱动主轴(6)带动刀盘(5)旋转，实现对前方土体的掘削；顶进系统包括顶进电机(8)、两根顶进丝杠(9)、两根导向光轴(10)、浮动支撑(2)、两个移动滑块(11)；移动滑块(11)固定在盾壳尾部，并与顶进丝杠(9)连接；顶进电机(8)安装在反力架(13)上，顶进电机(8)通过同步带轮(12)带动顶进丝杠(9)旋转，以此带动移动滑块(11)向前移动，从而实现盾构机模型向前顶进；导向光轴(10)的两端分别与浮动支撑(2)和反力架(13)链接，两根导向光轴(10)与隧道纵向中心线保持平行，盾构机模型沿导向光轴(10)向前掘进；出土系统包括螺旋出土器(14)、螺旋出土器驱动电机(15)、排土口(16)、渣土箱(17)；刀盘(5)、隔板(4)和衬砌(18)之间的空间构成土压舱(19)；螺旋出土器(14)选用轴式螺旋出土器，进土口伸入土压舱(19)，出土口与盾构机后部的排土口(16)相连，渣土从排土口(16)排出后直接落入渣土箱(17)；支护系统包括衬砌(19)、浮动支撑(2)和固定法兰(20)；衬砌(18)的内径比盾壳外径大，将衬砌(18)套在盾壳(3)外部，在隔板(4)和盾壳(3)末端处采用拼装式套环将衬砌(18)固定在盾壳(3)外，保持盾壳(3)和衬砌(18)截面为同心圆；通过螺栓将拼装式套环固定，防止水、土进入衬砌(18)和盾壳(3)之间的空隙；刀盘(5)的直径与衬砌(18)的直径相同，开挖截面直径比衬砌(18)直径大5mm；刀盘(5)可自由拆卸，开挖完成后刀盘(5)从后预留开挖孔(27)出洞，采用固定法兰(20)将衬砌(18)固定在模型箱(1)上；将刀盘(5)和拼装式套环拆卸后，将盾构机模型原路撤回，即完成模型试验中盾构隧道的开挖和支护。