一种变截面隧道的开挖试验装置及其试验开挖方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及地下工程施工过程的实验室模拟领域，具体是一种变截面隧道的开挖试验装置及其试验开挖方法，所述开挖试验装置的刀具位于机身的前端，所述转子一端与刀具连接，另一端与螺旋出土管连接，刀具和螺旋出土管通过转子带动共同工作，螺旋出土管置于机身中，在机身前端均匀设置四套注浆装置，后端设置液压推进器，所述刀具包括刀片和弹簧按钮，刀片与弹簧按钮连接，弹簧按钮可控制刀片的折叠，通过旋转折叠刀片的角度能够实现多种初始开挖直径。本发明专利技术解决了变截面隧道的连续开挖问题，并且能够保证开挖过程中围岩的稳定性。对研究变截面隧道开挖引起周围土体变形及地表沉降问题具有重要意义。

A test device for excavation of variable cross section tunnel and its excavation method

The invention relates to the field of laboratory simulation of underground engineering construction process, in particular to an excavation test device for a variable cross-section tunnel and a test excavation method thereof. The cutting tool of the excavation test device is located at the front end of the fuselage, one end of the rotor is connected with the cutting tool, the other end is connected with the spiral excavation pipe, the cutting tool and the spiral excavation pipe are driven by the rotor to work together, and the spiral excavation pipe is arranged In the fuselage, four sets of grouting devices are uniformly arranged at the front end of the fuselage, and a hydraulic propeller is arranged at the rear end. The cutter includes a blade and a spring button, the blade is connected with a spring button, the spring button can control the folding of the blade, and various initial excavation diameters can be realized by rotating the angle of the folding blade. The invention solves the continuous excavation problem of the variable section tunnel, and can guarantee the stability of the surrounding rock in the excavation process. It is of great significance to study the deformation of surrounding soil and ground settlement caused by excavation of variable cross-section tunnel.

【技术实现步骤摘要】
一种变截面隧道的开挖试验装置及其试验开挖方法
本专利技术涉及地下工程施工过程的实验室模拟领域，具体是一种变截面隧道的开挖试验装置及其试验开挖方法。
技术介绍
随着隧道工程技术的不断发展，为适应各种极端条件，在绿色环保理念的感召下，各种新型隧道层出不穷，譬如能源隧道以其充分利用地热温度等环保优势，成为诸多学者的研究对象。为了适应新型隧道的设计理念，改变隧道截面大小的新隧道形式应运而生。如何实现隧道的变截面开挖，对研究变截面隧道开挖引起周围土体变形及地表沉降问题具有重要意义，也对不同截面形式的新型隧道模型试验研究奠定了基础，具有广阔的应用前景。隧道开挖相关问题的研究方法主要有经验法、模型试验法、数值模拟法等，其中模型试验法最为直观，然而目前对于变截面隧道开挖过程的研究较少，主要面临的问题是如何在改变截面尺寸时保证开挖过程的连续性及围岩的稳定性，如何解决这一问题成为进行变截面隧道开挖过程的模型试验研究的关键。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种变截面隧道的开挖试验装置及其试验开挖方法，在隧道开挖过程中可随时改变开挖截面大小，连续地完成整个变截面隧道的开挖，并且保证开挖过程中围岩的稳定性，便于后续新型隧道技术核心设施安装等试验步骤的实施。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：提供一种变截面隧道的开挖试验装置，包括螺旋出土管、机身、刀具、转子、注浆装置以及液压推进器，所述刀具位于机身的前端，所述转子一端与刀具连接，另一端与螺旋出土管连接，刀具和螺旋出土管通过转子带动共同工作，螺旋出土管置于机身中，在机身前端均匀设置四套注浆装置，后端设置液压推进器，所述刀具包括刀片和弹簧按钮，刀片与弹簧按钮连接，弹簧按钮可控制刀片的折叠，通过旋转折叠刀片的角度能够实现多种初始开挖直径。所述螺旋出土管由大直径麻花钻头切割制成。所述机身由钢管制成，与刀具连接端呈开放状态，方便废土输送至机身，与液压推进器连接端封闭。所述刀具包括八个刀片、四个弹簧按钮，每两个刀片由弹簧按钮连接，弹簧按钮可控制顶端刀片的折叠。所述转子一端与刀具连接，另一端与螺旋出土管连接，刀具和螺旋出土管通过转子带动共同工作。所述注浆装置由注浆喷嘴、泵送管和泵构成，注浆喷嘴固定于机身前端，位于刀具之后，注浆喷嘴与机身呈5°—10°角倾斜，最高点与机身垂直高度低于刀具长度，泵送管一端与注浆喷嘴连接，另一端与泵连接，紧贴于机身固定，泵固定于机身尾部。所述的变截面隧道的开挖试验装置的试验开挖方法，具体试验操作步骤如下：(1)将各部分连接完毕后启动转子使刀具和螺旋出土管转动，同时启动液压推进器和泵；(2)液压推进器推动机身，通过刀具转动切削土体，切削的废土由螺旋出土管送至机身存储，推进过程中注浆装置持续注浆防止土体塌落；(3)推进过程中可通过弹簧按钮控制刀具的伸缩，以达到变截面开挖的目的；(4)开挖完成后将液压推进器拆除，小心取出机身，清理机身中的废土。本专利技术的有益效果如下：1、刀片可在整个开挖过程中通过伸展、折叠两种方式改变开挖面尺寸，远程控制，方便易操作，可以在整个隧道推进过程中不间断地实现变截面开挖；2、所产生的废土顺着螺旋管存放在推进机身中，便于后续清理；3、隧道在开挖过程中，一边推进一边即时注浆，保证围岩的稳定性。附图说明图1为本专利技术所述的变截面隧道的开挖试验装置的正视图。图2为本专利技术所述的变截面隧道的开挖试验装置的内部图。图3为本专利技术所述的变截面隧道的开挖试验装置的右视图。图4为本专利技术所述的变截面隧道的开挖试验装置的刀具折叠状态图。图5为本专利技术所述的变截面隧道的开挖试验装置的刀具伸展状态图。图中标记为：螺旋出土管1、机身2、刀具3、转子4、注浆装置5、液压推进器6、刀片7、弹簧按钮8、注浆喷嘴9、泵送管10、泵11。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作更进一步的说明。实施例1如图1至图3所示，本专利技术所述的变截面隧道的开挖试验装置，包括螺旋出土管1、机身2、刀具3、转子4、注浆装置5以及液压推进器6，具体结构和连接关系为：所述转子4一端与刀具3连接，另一端与螺旋出土管1连接，刀具3和螺旋出土管1通过转子4带动共同工作。螺旋出土管1置于机身2内，在机身2前端均匀设置四套注浆装置5，后端设置液压推进器6，所述刀具3包括刀片7和弹簧按钮8，刀片7与弹簧按钮8连接，弹簧按钮8可控制刀片7的折叠，通过旋转折叠刀片7的角度能够实现多种初始开挖直径。所述螺旋出土管1由大直径麻花钻头切割制成。所述机身2由钢管制成，与刀具3连接端呈开放状态，方便废土输送至机身2，与液压推进器6连接端封闭。如图4和图5所示，所述刀具3包括八个刀片7、四个弹簧按钮8，每两个刀片7由弹簧按钮8连接，弹簧按钮8可控制顶端刀片的折叠，刀具3折叠后的切割直径略大于机身2的宽度。所述注浆装置5由注浆喷嘴9、泵送管10和泵11构成，注浆喷嘴9固定于机身前端，位于刀具之后，注浆喷嘴与机身呈5°—10°角倾斜，最高点与机身垂直高度低于刀具长度，泵送管一端与注浆喷嘴连接，一端与泵连接，紧贴于机身固定，泵固定于机身尾部。所述的变截面隧道的开挖试验装置的试验开挖方法，具体试验操作步骤如下：1、将各部分连接完毕后启动转子4使刀具3和螺旋出土管1转动，同时启动液压推进器6和泵11；2、液压推进器6推动机身2，通过刀具3转动切削土体，切削的废土由螺旋出土管1送至机身2存储，推进过程中注浆装置5持续注浆防止土体塌落；3、推进过程中可通过弹簧按钮8控制刀具的伸缩，以达到变截面开挖的目的；4、开挖完成后将液压推进器6拆除，小心取出机身2，清理机身2中的废土。实施例2本实施例为本专利技术所述的变截面隧道的开挖试验装置及其试验开挖方法的应用实例，本实例中设定初始开挖直径为100mm，开挖过程中改变截面直径为120mm。准备隧道开挖模型箱，预留出开挖口。将所述的变截面隧道的开挖试验装置的各部分依次连接，按着刀具3的弹簧按钮8，通过旋转折叠上部刀片调整其与下部刀片的角度，直至上部刀片顶部与转子中心连线长度即实际开挖直径为100mm，然后通过弹簧按钮固定住刀片。用支撑架将装置安置在模型箱开挖侧，将刀具3嵌在开挖口，启动转子4使刀具3和螺旋出土管1转动，待转动稳定之后，启动液压推进器6和泵11，使装置稳定向开挖方向推进，同时对围岩进行注浆防止塌落，时刻关注围岩稳定情况适当调整注浆速度和流量。当装置推进至需要将直径扩大为120mm处时，暂停推进，使转子4停止转动，通过远程控制仪打开弹簧按钮8使刀具伸展，启动转子4，待转动稳定之后继续向前推进。开挖完成后，关闭转子4使其停止转动，用支撑架使装置保持稳定，通过液压推进器6持续施力将机身2推出模型箱，打开机身，将废土清理干净。...

【技术保护点】
1.一种变截面隧道的开挖试验装置，包括螺旋出土管、机身、刀具、转子、注浆装置以及液压推进器，其特征在于：所述刀具位于机身的前端，所述转子一端与刀具连接，另一端与螺旋出土管连接，刀具和螺旋出土管通过转子带动共同工作，螺旋出土管置于机身中，在机身前端均匀设置四套注浆装置，后端设置液压推进器，所述刀具包括刀片和弹簧按钮，刀片与弹簧按钮连接，弹簧按钮可控制刀片的折叠，通过旋转折叠刀片的角度能够实现多种初始开挖直径。/n

【技术特征摘要】
1.一种变截面隧道的开挖试验装置，包括螺旋出土管、机身、刀具、转子、注浆装置以及液压推进器，其特征在于：所述刀具位于机身的前端，所述转子一端与刀具连接，另一端与螺旋出土管连接，刀具和螺旋出土管通过转子带动共同工作，螺旋出土管置于机身中，在机身前端均匀设置四套注浆装置，后端设置液压推进器，所述刀具包括刀片和弹簧按钮，刀片与弹簧按钮连接，弹簧按钮可控制刀片的折叠，通过旋转折叠刀片的角度能够实现多种初始开挖直径。


2.根据权利要求1所述的变截面隧道的开挖试验装置，其特征在于，所述螺旋出土管由大直径麻花钻头切割制成。


3.根据权利要求1所述的变截面隧道的开挖试验装置，其特征在于，所述机身由钢管制成，与刀具连接端呈开放状态，方便废土输送至机身，与液压推进器连接端封闭。


4.根据权利要求1所述的变截面隧道的开挖试验装置，其特征在于，所述刀具包括八个刀片、四个弹簧按钮，每两个刀片由弹簧按钮连接，弹簧按钮可控制顶端刀片的折叠。


5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马少坤，段智博，唐晓菲，陈德强，刘莹，马敏，吕玺琳，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45