一种模拟盾构隧道开挖装置，包括电动机、用于调整电动机转速的调速装置、多段传力杆、用于堆放切削土体的后端机身、前端掘进刀盘、位于后端机身和前端掘进刀盘之间的挡板以及支架；所述调速装置与所述电动机安装在支架上；所述后端机身、前端掘进刀盘及挡板中心位置对应所述多段传力杆设有安装孔，所述后端机身、前端掘进刀盘及挡板经由所述多段传力杆连接，且所述电动机与所述前端掘进刀盘之间也经由所述传力杆相连。该装置通过电动机提供掘进前进动力，通过调速装置控制前端刀盘的转速和推进速度，转动前端掘进刀盘切削土体，被切削的土体可以通过刀盘处开口，进入后端机身中，从而实现盾构掘进过程的模拟。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种模拟盾构隧道开挖的装置，属于应用于土木工程领域的地下工程岩土盾构试验模型。
技术介绍
随着我国国民经济的高速发展，城市化进程不断加快，为了缓解地面交通，节约城市用地，很多大城市积极合理开发利用地下空间建设地铁，建设地铁能很好解决建设与土地资源严重不足的矛盾，同时也是促进城市环境保护和城市建设可持续发展的必然趋势。盾构隧道施工成为地铁施工中最重要的施工方法。盾构施工过程的模拟对于了解隧道施工本身及对周边环境影响具有重要的意义。国内外学者针对隧道开挖的相关问题进行了一系列模型试验。经过文献检索有一些相关专利技术已经公开，如中国专利公开号CN201352179Y，专利名称：一种盾构隧道结构模型综合试验装置，该装置提供了一种模拟盾构隧道施工过程的方法，但该装置构造复杂，造价昂贵。再比如，中国专利公开号CN201307365Y，专利名称：隧道掘进试验用模拟盾构机，该装置提供了一种模拟地铁、隧道的盾构掘进及交通、水电等隧道工程的连续开挖对复杂地层损伤与地面沉降的研究方法，但是该装置对开挖面土压力无法控制，并且构造复杂，不易操作。由于盾构隧道施工及相关技术研究的深度和广度不足，为降低隧道工程建设风险，有必要研制一种模拟盾构隧道开挖的装置，可以方便的为盾构隧道工程的试验提供服务。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种模拟盾构隧道开挖装置，该装置操作方便简单、造价低，能够精确的研究盾构隧道开挖相关的问题。为达到上述目的，本专利技术的解决方案是：一种盾构隧道开挖装置，包括电动机、用于调整电动机转速的调速装置、用于传递动力的多段传力杆、用于堆放切削土体的后端机身、前端掘进刀盘、位于后端机身和前端掘进刀盘之间的挡板以及支架；所述调速装置与所述电动机安装在支架上；所述后端机身、前端掘进刀盘及挡板中心位置对应所述多段传力杆设有安装孔，所述后端机身、前端掘进刀盘及挡板经由所述多段传力杆连接；且所述电动机与所述前端掘进刀盘之间也经由所述传力杆相连。所述多段传力杆之间经由凹凸槽及螺母连接。所述调速装置的转速在1转/分钟-2转/分钟之间调节。所述后端机身的前后两端面的传力杆安装孔处还各设有一轴承以用于固定传力杆。所述挡板通过螺丝固定在后端机身上。所述挡板上开有多个小孔，通过设置小孔孔径的大小以调节所述开挖装置的开孔率。所述挡板上设有土压力盒。所述前端掘进刀盘在圆周方向上均匀设置六排刀具以便于切削土体。所述支架为上下移动的螺纹结构，通过调节螺纹上螺帽的高度以控制支座的高度。由于采用上述方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种模拟盾构隧道开挖装置，可用于模型试验中实现隧道开挖，该装置通过电动机提供掘进前进动力，通过调速装置控制前端刀盘的转速和推进速度，通过转动前端掘进刀盘切削土体，被切削的土体可以通过刀盘处开口，进入开挖装置的后端机身中，通过布置在挡板前方的土压力盒以及挡板上的小孔调整压力值并控制排土量。当推进一定距离，可以停机安装盾构管片，管片与前部管片通过螺栓连接为整体，安装完成后启动机器，管片可以随前端刀盘向前移动；从而实现盾构掘进过程的模拟。附图说明图1为本专利技术模拟盾构隧道开挖装置一实施例的的结构示意图；图2为图1所示实施例中前端掘进刀盘的结构示意图；图3为图1所示实施例中置后端机身外壳的结构示意图。具体实施方式以下结合附图所示实施例对本专利技术作进一步的说明。如图1所示，本专利技术一种模拟盾构隧道开挖装置，包括调速装置1、电动机2、多段相连的传力杆3、后端机身4、前端掘进刀盘5、位于前端刀盘与后端机身4之间的挡板6和支架7。本实施例中，调速装置1与电动机2均安装在支架7上，并可以在支架7上滑动；后端机身4、前端掘进刀盘5以及挡板6通过传力杆3连接在一起，其中，后端机身4与传力杆3通过套筒和螺栓连接在一起，前端掘进刀盘5与传力杆3通过轴承连接在一起，多段传力杆3之间通过凹凸槽及螺母连接后形成直径为3cm，长度为25cm的可拆卸长杆以起到连接、传力与定位的作用。开挖装置的后端机身4、前端掘进刀盘5及挡板6通过固定连接后的多段传力杆3连在一起构成一个整体，此外前端掘进刀盘5与电动机2之间也是通过同一路径的传力杆3连在一起。支架7支撑着开挖装置外面的重量，其中支架7是一个四只脚设计成螺纹结构，其为通过转动螺纹上下移动的平面支撑装置。可以根据需要调节螺纹上螺帽的高度以控制支座7的高度，方便开挖装置的定位。本实施例中，前端掘进刀盘5在圆周方向上均匀设置六排刀具，前端掘进刀盘5径向长6cm，内径16cm，厚度从0-1.5mm依次变化，电动机2与前端掘进刀盘5之间通过传力杆3连接，电动机2的输出轴通过螺栓和套筒与传力杆3相连，由电动机2为前端掘进刀盘5提供前进推动力，在推进过程中，前端刀盘可以边旋转边切割土体，达到开挖的目的。又多段传力杆3将开挖装置的后端机身4、前端掘进刀盘5及挡板6连在一起构成一个整体，故通过传力杆3，电动机2可以带动前端掘进刀盘5、后端机身4以及挡板6整体向前移动。前端掘进刀盘5上六排刀具的设置便于整个开挖装置推进时切削土体。调速装置1由减速片、开关、调速转盘等构成，调速装置用来控制电动机2的转速，由于前端掘进刀盘5与电动机2相连，故通过调速装置1可控制前端刀盘（5）转速，以控制整个开挖装置的推进速度。本实施例中，根据模型试验相似理论的推导，调速装置1转速设置为可在1转/分钟-2转/分钟之间调节。后端机身4的作用在于堆放推进时的排出土。本实施例中，后端机身4为中空的箱体，其径向长为20cm，内径为6cm，厚度为1.5mm，后端机身4的前后两端板用于穿过传力杆3的安装孔处还各有一个直径为3cm的轴承，用以固定传力杆3，并保证后端机身4并不随着前端掘进刀盘5的旋转而旋转。后端机身4的具体数据的确定除内径、径向长根据试验尺寸相似比确定外，也结合现有材料进行取值。挡板6为一圆形钢板，设置在前端掘进刀盘5和后端机身4之间，通过螺栓与后端机身连接在一起，用于调整出土量。挡板6通过螺丝固定在后端机身4的外壳上，传力杆3从挡板6中间处的安装孔穿过用于实现挡板6分别与后端机身4与前端掘进刀盘5的连接。挡板6上还另外开有3个小孔，3个小孔均匀布置在挡板6上，通过设置小孔孔径的大小，可以调节开挖装置的出土率，当挡板6的小孔孔径越大，则开孔率越大，开孔率大能够使土更加容易通过前端掘进刀盘5和开挖装置后端机身外壳4排出，相反，若小孔孔径越小，则开孔率本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种盾构隧道开挖装置，其特征在于：包括电动机（2）、用于调整电动机（2）转速的调速装置（1）、用于传递动力的多段传力杆（3）、用于堆放切削土体的后端机身（4）、前端掘进刀盘（5）、位于后端机身（4）和前端掘进刀盘（5）之间的挡板（6）以及支架（7）；所述调速装置（1）与所述电动机（2）安装在支架（7）上；所述后端机身（4）、前端掘进刀盘（5）及挡板（6）中心位置分别对应所述多段传力杆（3）设有安装孔，所述后端机身（4）、前端掘进刀盘（5）及挡板（6）之间经由所述多段传力杆（3）连接，且所述电动机（2）与所述前端掘进刀盘（5）之间也经由所述多段传力杆（3）相连。
【技术特征摘要】
1.一种盾构隧道开挖装置，其特征在于：包括电动机（2）、用于调整电动机（2）转速的
调速装置（1）、用于传递动力的多段传力杆（3）、用于堆放切削土体的后端机身（4）、前端
掘进刀盘（5）、位于后端机身（4）和前端掘进刀盘（5）之间的挡板（6）以及支架（7）；
所述调速装置（1）与所述电动机（2）安装在支架（7）上；所述后端机身（4）、前端掘
进刀盘（5）及挡板（6）中心位置分别对应所述多段传力杆（3）设有安装孔，所述后端机身
（4）、前端掘进刀盘（5）及挡板（6）之间经由所述多段传力杆（3）连接，且所述电动机（2）
与所述前端掘进刀盘（5）之间也经由所述多段传力杆（3）相连。
2.根据权利1要求所述的盾构隧道开挖装置，其特征在于：所述多段传力杆（3）之间经
由凹凸槽及螺母连接。
3.根据权利1要求所述的盾构隧道开挖装置，其特征在于：所述调速装置（1）的转速在
1转/...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢雄耀，牛俊涛，王培，姜毅，唐开顺，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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