[发明专利]一种土压平衡盾构机优化实验装置及其使用方法

摘要

本发明涉及一种分析土压平衡盾构机密闭土舱最优轴向尺寸的土压平衡盾构机优化实验装置及其使用方法。本发明可用于测量不同开口率刀盘面板处的侧向土压力和土舱挡板处的侧向土压力，得出两处侧向土压力的变化规律，利用最优化分析，得出刀盘不同开口率下土舱的最优轴向尺寸。设计了不同开口率的刀盘面板模具模拟刀盘，并在刀盘面板模具上安装嵌入式土压力盒，用来测量不同开口率下刀盘面板处的侧向土压力；设计了活塞式挡板模拟土舱挡板，并在活塞式挡板上安装嵌入式土压力盒，用来测量土舱挡板处侧向土压力。本发明可清晰地展示土压平衡盾构机掌子面失稳的土体破坏形态，为盾构机在前期定型生产阶段提供设计依据，确保盾构机施工的安全及高效。

主权项

1.一种土压平衡盾构机优化实验装置，其特征在于，该装置包括模型箱、盾构隧道模具、隧道模具固定板、活塞式挡板、位移控制器、活塞拉杆、刀盘面板模具和嵌入式土压力盒；其中：模型箱为顶部敞口的刚性透明长方体结构，选择短边一侧的箱体壁预留半圆形孔，用于安装盾构隧道模具；盾构隧道模具为半圆筒体，盾构隧道模具采用钢材质，插入模型箱预留的半圆形孔道内，并通过隧道模具固定板固定，模拟已经建成的盾构隧道；隧道模具固定板采用钢板，设置有与将盾构隧道模具外壁形状相同的豁口，豁口上安装有密封条，隧道模具固定板将盾构隧道模具卡合固定，并通过隧道模具螺栓固定在模型箱侧壁上；活塞式挡板为半圆形钢板，嵌入在盾构隧道模具内，活塞式挡板用于模拟土舱内壁，活塞式挡板几何中心处留有螺纹卡槽，用于安装活塞拉杆；活塞式挡板螺纹卡槽的另一侧面上，设置安放嵌入式土压力盒的预留孔洞；活塞式挡板外边缘处涂抹一层固态润滑油，能够实现活塞式挡板紧贴盾构隧道模具内壁自由滑动与密封的作用；活塞拉杆为一端与活塞式挡板螺纹连接，另一端连接位移传感器，且活塞拉杆上安装力学传感器，在位移控制器上显示杆的轴力；位移控制器通过活塞拉杆与活塞式挡板连接，位置控制器控制活塞拉杆的移动速率，拉动活塞式挡板，使活塞式挡板紧贴盾构隧道模具内壁背离开挖面方向滑动，从而实现隧道开挖面逐渐失稳；刀盘面板模具为半圆筒形结构，卡合安装在盾构隧道模具伸入模型箱内的非固定端，用于模拟实际盾构刀盘，在刀盘面板模具上设有预留孔洞用于安放嵌入式土压力盒；嵌入式土压力盒分别安装在刀盘面板模具和活塞式挡板的预留孔洞内，用来测量刀盘面板模具表面的土压力以及活塞式挡板表面的土压力。