一种护盾式TBM隧道豆砾石施工模拟装置，其包括主体试验箱、护盾式TBM掘进模拟装置、管片结构模拟装置、围岩结构模拟装置、豆砾石吹填模拟装置、试验架、金属底板和检测装置，主体试验箱和豆砾石吹填模拟装置固定于试验架上，管片结构模拟装置、围岩结构模拟装置固定于主体试验箱上，管片结构模拟装置、围岩结构模拟装置之间的空隙吹填灌注豆砾石模拟材料，在管片结构模拟装置上进行划线，并开设吹填孔，吹填孔采用短柱进行封堵。本发明专利技术能够全面系统地模拟不同影响因素条件下护盾式TBM隧道豆砾石施工过程，完善护盾式TBM隧道豆砾石施工设计理论体系、优化护盾式TBM隧道施工工艺，为隧道的设计、施工安全性提供更加可靠的试验数据。
【技术实现步骤摘要】
一种护盾式TBM隧道豆砾石施工模拟装置
：本专利技术涉及交通隧道设计与建造工程
，尤其涉及护盾式TBM隧道豆砾石施工
，具体地说，是一种护盾式TBM隧道豆砾石施工模拟装置。
技术介绍
：随着我国交通隧道建设的高速发展，具有机械化程度高、环境破坏小、施工高效安全的护盾式TBM掘进机是今后隧道建设的主流工法之一。护盾式TBM掘进机工法由刀盘掘进、管片拼装、豆砾石施工等一系列复杂工序组成，其中豆砾石施工是指已拼装管片结构在脱出盾尾后，立即通过管片吹填孔往管片结构背后吹填豆砾石的施工工序。由黄豆颗粒大小的碎石经级配曲线配比而成的豆砾石层，其整体具有散粒体的结构特性，主要作用为填补管片结构和围岩之间空隙，使管片结构与围岩紧密接触，避免管片结构背后空洞产生；当其受到围岩收敛挤压作用时，颗粒间会产生一定程度移动。颗粒迁移过程使管片结构受力更加均匀，管片结构整体受力状态更加良好。管片结构背后空洞、缺陷会导致管片结构局部产生应力集中现象，造成管片结构损坏，对隧道安全稳定性形成严重威胁。因此，豆砾石施工是决定管片结构安全的关键。人们对管片背后豆砾石层分布规律、受力特征缺乏深入了解；豆砾石施工过程中颗粒级配、施工工序选择较为单一。现有国内外学者研究豆砾石层施工工艺优化内容，主要采用的方法有理论推导、数值模拟两种。其中，理论推导往往假设条件限定过多，且相关变量的改变会导致计算量过大，结果也过于理想化，对实际施工指导意义有限；数值模拟虽然相对减少了计算量，节约计算时间，但模拟过程是基于理论，同样存在结果无法与实际情况相匹配的不足。目前，国内外尚无关于护盾式TBM豆砾石施工的模拟装置，且现有研究重点主要集中在豆砾石层受力特征、变形机制方面，研究成果较为理想化，实用性有待增强；对不同影响因素条件下豆砾石层作用机制、分布规律及管片结构受力特征的研究需进一步加深，以期对豆砾石施工工艺进行优化。
技术实现思路
：本专利技术提供了一种护盾式TBM豆砾石施工模拟装置，该装置能够真实地实现不同颗粒级配、吹填顺序、吹填压力、吹填时机、吹填方式条件下护盾式TBM吹填豆砾石施工过程的模拟，研究不同影响因素条件下豆砾石层的作用机制、分布规律以及管片结构受力特征，优化护盾式TBM吹填豆砾石施工。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供一种护盾式TBM隧道豆砾石施工模拟装置，该装置包括主体试验箱、护盾式TBM掘进模拟装置、管片结构模拟装置、围岩结构模拟装置、豆砾石吹填模拟装置、试验架、金属底板和检测装置，其关键技术是：所述的主体试验箱和豆砾石吹填模拟装置固定于试验架上，试验架固结于地面，管片结构模拟装置、围岩结构模拟装置固定于主体试验箱上。所述的主体试验箱由两组对称设置，分别由木质U型槽、半圆金属箍、金属角钢组成，木质U型槽通过金属角钢采用螺栓固结于试验架上；管片结构模拟装置、围岩结构模拟装置通过半圆金属箍固结于主体试验箱的木质U型槽上。所述的管片结构模拟装置、围岩结构模拟装置之间的空隙吹填灌注豆砾石模拟材料。所述的管片结构模拟装置和围岩结构模拟装置共用金属底板，金属底板中心开孔，设置有中心螺纹孔，管片结构模拟装置和围岩结构模拟装置固定于金属底板上，在管片结构模拟装置上按单环管片结构长度、分块进行划线，并在管片结构模拟装置上开设吹填孔，吹填孔采用短柱进行封堵。所述护盾式TBM掘进模拟装置由金属圆形盖板、螺纹导向柱、金属圆环、支撑柱、联接轴承、手动摇柄组成，金属圆形盖板、金属圆环采用支撑柱相互联接固结，金属圆形盖板中心开孔，螺纹导向柱穿过金属圆形盖板的中心孔并采用联接轴承使其固结于金属圆形盖板上；手动摇柄固结于螺纹导向柱的顶端，螺纹导向柱穿过金属底板的中心螺纹孔。所述的豆砾石吹填模拟装置由真空压缩机、钢制喷枪组成，两者采用橡胶软管联接，钢制喷枪上部设置有喷料罐。所述的管片结构模拟装置的内、外两侧埋设、贴设检测装置的检测端元器件。所述的金属底板上按管片结构模拟装置和围岩结构模拟装置的直径设置有内、外两圈环型插槽，环型插槽底部开孔，管片结构模拟装置和围岩结构模拟装置分别通过螺栓固定于金属底板的环型插槽内。所述的管片结构模拟装置为有机玻璃圆筒。所述的围岩结构模拟装置为有机玻璃圆筒。所述的短柱等直径、等高度，采用亚克力有机玻璃制成。所述的豆砾石模拟材料为粗、中、细三种石英砂。所述的检测装置为试验用微型压力计、应变花。所述的金属圆环、支撑柱、半圆金属箍和手动摇柄采用不锈钢制成。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术中的管片结构模拟装置和围岩结构模拟装置为有机玻璃圆筒，本专利技术采用可视透明结构，能够清楚的看到豆砾石施工过程中豆砾石层的分布规律和变形迁移机制，使护盾式TBM豆砾石施工过程中豆砾石层产生缺陷的现象更加直观。2、本专利技术在模拟不同施工时机、掘进速度条件下豆砾石施工过程时，通过调整本专利技术中的手动摇柄的转动速度，能够实现控制护盾式TBM掘进模拟装置的前进速度，能够模拟不同施工时机、掘进速度对豆砾石层变形迁移机制、分布特征以及管片结构受力的影响。3、本专利技术在模拟不同豆砾石吹填顺序条件下豆砾石施工过程时，通过调整本专利技术中的管片结构模拟装置上单环管片中各吹填孔开闭的先后吹填顺序，能够实现模拟不同施工顺序对豆砾石层变形迁移机制、管片结构受力的影响。4、本专利技术在模拟不同豆砾石级配曲线条件下豆砾石施工过程时，通过调整本专利技术中豆砾石吹填模拟装置上的钢制喷枪上部的喷料罐中不同豆砾石模拟试验材料，能够实现模拟不同豆砾石级配曲线对豆砾石层变形迁移机制、管片结构受力的影响。5、本专利技术在模拟不同豆砾石吹填压力条件下豆砾石施工过程时，通过调整本专利技术中豆砾石吹填模拟装置上的真空压缩机的压力值，能够实现模拟不同豆砾石吹填压力对豆砾石层变形迁移机制、管片结构受力的影响。6、本专利技术模拟豆砾石吹填的喷枪装置可以根据吹填方式不同，根据需要设置多把喷枪，如在真空压缩机上安装两把喷枪条件下可以实现豆砾石施工时，以两把在不同位置进行吹填施工方式的模拟，研究多种不同吹填方式条件下豆砾石层变形迁移机制、管片结构受力特征变化规律，以实现模拟不同吹填方式的豆砾石施工过程。综上所述，本专利技术首次实现了在不同管片结构拼装方式、不同掘进速度、不同豆砾石层颗粒级配、不同吹填顺序、不同吹填时机、不同吹填方式条件下模拟豆砾石吹填施工过程，研究不同影响因素条件下豆砾石层的分布规律、作用机制以及管片结构的受力特征，实现全面系统地模拟不同影响因素条件下护盾式TBM隧道豆砾石施工过程，完善护盾式TBM隧道豆砾石施工设计理论体系、优化护盾式TBM隧道施工工艺，为隧道的设计、施工安全性提供更加可靠的试验数据，从而更好地保证护盾式TBM隧道掘进施工的安全和经济。附图说明：图1是本专利技术整体结构等轴测示意图；图2是本专利技术整体结构主视图；图3是本专利技术整体结构后视图；图4是本专利技术整体结构左视图；图5是本专利技术整体结构俯视图；图6是本专利技术主体试验箱拆解示意图；图7是本专利技术主体试验箱主视图；图8是本专利技术主体试验箱左视图；图9是本专利技术护盾式TBM掘进模拟装置拆解示意图；图10是本专利技术护盾式TBM掘进模拟装置俯视图；图11是本专利技术护盾式TBM掘进模拟装置主视图；图12是本专利技术围岩、管片结构模拟装置拆解示意图图13是本专利技术围岩结构模拟装置、管片结本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种护盾式TBM隧道豆砾石施工模拟装置，包括主体试验箱(1)、护盾式TBM掘进模拟装置(2)、管片结构模拟装置(3)、围岩结构模拟装置(4)、豆砾石吹填模拟装置(5)、试验架(6)、金属底板(15)和检测装置，其特征是：所述的主体试验箱(1)和豆砾石吹填模拟装置(5)固定于试验架(6)上，试验架(6)固结于地面，管片结构模拟装置(3)、围岩结构模拟装置(4)固定于主体试验箱(1)上；所述的主体试验箱(1)由两组对称设置，分别由木质U型槽(12)、半圆金属箍(13)、金属角钢(14)组成，木质U型槽(12)通过金属角钢(14)采用螺栓固结于试验架(6)上；管片结构模拟装置(3)、围岩结构模拟装置(4)通过半圆金属箍(13)固结于主体试验箱(1)的木质U型槽(12)上；所述的管片结构模拟装置(3)、围岩结构模拟装置(4)之间的空隙吹填灌注豆砾石模拟材料；所述的管片结构模拟装置(3)和围岩结构模拟装置(4)共用金属底板(15)，金属底板(15)中心开孔，设置有中心螺纹孔(17)，管片结构模拟装置(3)和围岩结构模拟装置(4)固定于金属底板(15)上，在管片结构模拟装置(3)上按单环管片结构长度、分块进行划线，并在管片结构模拟装置(3)上开设吹填孔，吹填孔采用短柱(16)进行封堵；所述护盾式TBM掘进模拟装置(2)由金属圆形盖板(8)、螺纹导向柱(10)、金属圆环(7)、支撑柱(9)、联接轴承(11)、手动摇柄(18)组成，金属圆形盖板(8)、金属圆环(7)采用支撑柱(9)相互联接固结，金属圆形盖板(8)中心开孔，螺纹导向柱(10)穿过金属圆形盖板(8)的中心孔并采用联接轴承(11)使其固结于金属圆形盖板(8)上；手动摇柄(18)固结于螺纹导向柱(10)的顶端，螺纹导向柱(10)穿过金属底板(15)的中心螺纹孔(17)；所述的豆砾石吹填模拟装置(5)由真空压缩机、钢制喷枪组成，两者采用橡胶软管联接，钢制喷枪上部设置有喷料罐；所述的管片结构模拟装置(3)的内、外两侧埋设、贴设检测装置的检测端元器件。...
【技术特征摘要】
1.一种护盾式TBM隧道豆砾石施工模拟装置，包括主体试验箱(1)、护盾式TBM掘进模拟装置(2)、管片结构模拟装置(3)、围岩结构模拟装置(4)、豆砾石吹填模拟装置(5)、试验架(6)、金属底板(15)和检测装置，其特征是：所述的主体试验箱(1)和豆砾石吹填模拟装置(5)固定于试验架(6)上，试验架(6)固结于地面，管片结构模拟装置(3)、围岩结构模拟装置(4)固定于主体试验箱(1)上；所述的主体试验箱(1)由两组对称设置，分别由木质U型槽(12)、半圆金属箍(13)、金属角钢(14)组成，木质U型槽(12)通过金属角钢(14)采用螺栓固结于试验架(6)上；管片结构模拟装置(3)、围岩结构模拟装置(4)通过半圆金属箍(13)固结于主体试验箱(1)的木质U型槽(12)上；所述的管片结构模拟装置(3)、围岩结构模拟装置(4)之间的空隙吹填灌注豆砾石模拟材料；所述的管片结构模拟装置(3)和围岩结构模拟装置(4)共用金属底板(15)，金属底板(15)中心开孔，设置有中心螺纹孔(17)，管片结构模拟装置(3)和围岩结构模拟装置(4)固定于金属底板(15)上，在管片结构模拟装置(3)上按单环管片结构长度、分块进行划线，并在管片结构模拟装置(3)上开设吹填孔，吹填孔采用短柱(16)进行封堵；所述护盾式TBM掘进模拟装置(2)由金属圆形盖板(8)、螺纹导向柱(10)、金属圆环(7)、支撑柱(9)、联接轴承(11)、手动摇柄(18)组成，金属圆形盖板(8)、金属圆环(7)采用支撑柱(9)相互联接固结，金属圆形盖板(8)中心开孔，螺纹导向柱(10)穿过金属圆形盖板(8)的中心孔并采用联...
【专利技术属性】
技术研发人员：王明年，董宇苍，于丽，方霖，刘大刚，童建军，吴圣智，徐湉源，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。