盾构隧道顶推施工模拟装置及系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种盾构隧道顶推施工模拟装置，以及一种盾构隧道顶推施工模拟系统，属于盾构工程领域。该盾构隧道顶推施工模拟装置包括支撑结构、围岩荷载施力结构、夹持结构、端部约束结构以及轴向荷载施力结构。其中，夹持结构形成用于夹持管片结构的限位空间，围岩荷载施力结构用于模拟围岩荷载，管片结构的两端嵌入到第一环形凹槽和第二环形凹槽内。轴向荷载施力结构用于模拟轴向荷载。该盾构隧道顶推施工模拟装置能够模拟盾构隧道掘进过程中管片结构的受力特征和破坏模式，为盾构隧道结构稳定提供试验数据，优化盾构法隧道掘进施工设计。

Simulation device and system of shield tunnel jacking construction

【技术实现步骤摘要】
盾构隧道顶推施工模拟装置及系统
本技术属于盾构工程领域，具体涉及一种盾构隧道顶推施工模拟装置，以及一种盾构隧道顶推施工模拟系统。
技术介绍
随着我国城市地下铁道交通隧道建设的高速发展，具有机械化程度高、环境影响小、施工高效安全的盾构掘进机是今后地铁隧道建设的主流工法之一。盾构掘进机工法是由刀盘掘进、管片拼装、千斤顶顶推前进、盾尾注浆等一系列复杂工序组成。盾构掘进机开挖前进主要是通过千斤顶顶推前进工序实现的，其实现过程为推进油缸千斤顶作用于已拼装管片环，以提供前进反力；进而，顶推油缸千斤顶油缸伸长，使盾构掘进机掘进前进。现有国内外学者研究盾构法隧道掘进施工工艺优化内容，主要针对隧道开挖掌子面稳定及掘进速度方面，采用的方法有理论推导、数值模拟、室内试验等，并不能全面的为盾构隧道结构稳定提供试验数据。而针对顶推千斤顶条件下管片结构受力特性与破坏模式方面的研究方法集中在理论推导与数值模拟两种。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。室内模型试验是将实际的施工过程进行缩尺真实模拟，具有与实际情况吻合度较好，成本低的特点，是研究盾构顶推施工较为理想的研究方法。目前，国内外尚无关于盾构顶推施工的模拟装置，且现有研究重点主要集中在盾构掘进开挖掌子面稳定等方面，研究成果较为理想化，实用性有待增强；对不同顶推千斤顶条件下管片结构受力特征、破坏模式等方面的研究需进一步加深，以期对盾构顶推施工方案(工艺)进行优化。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是：提供一种盾构隧道顶推施工模拟装置，旨在模拟盾构隧道掘进过程中管片结构的受力特征和破坏模式，为盾构隧道结构稳定提供试验数据，优化盾构法隧道掘进施工设计。为解决上述技术问题本技术所采用的方案是：盾构隧道顶推施工模拟装置，包括支撑结构、围岩荷载施力结构、夹持结构、端部约束结构以及轴向荷载施力结构。夹持结构包括呈环形布置的多件弧形板，多件弧形板围合形成限位空间，端部约束结构设置于该限位空间轴线方向的一端、轴向荷载施力结构设置于该限位空间轴线方向的另一端，围岩荷载施力结构包括多件径向荷载施力结构，径向荷载施力结构与弧形板一一相对应，径向荷载施力结构安装于支撑结构上，弧形板连接于径向荷载施力结构的作用力输出端。在一种优选的实施方案中，每一件弧形板均包括叠设的内层弧板和外层弧板，并且内层弧板和外层弧板之间具有间隔空间，在该间隔空间处通过弹簧将内层弧板和外层弧板连接。在进一步优选的实施方案中，弹簧为按照设定行距和设定排距间隔布置的多件。在一种优选的实施方案中，围岩荷载施力结构包括第一侧向伸缩件、第二侧向伸缩件、拱部伸缩件以及底部伸缩件，夹持结构包括第一侧向弧板、第二侧向弧板、拱部弧板以及底部弧板，第一侧向弧板与第一侧向伸缩件连接，第二侧向弧板与第二侧向伸缩件连接，拱部弧板与拱部伸缩件连接，底部弧板与底部伸缩件连接，第二侧向弧板与第一侧向弧板呈相对设置，底部弧板与拱部弧板呈相对设置。在进一步优选的实施方案中，支撑结构包括第一侧向支撑架、第二侧向支撑架、拱部支撑架以及底部支撑架，第一侧向支撑架和第二侧向支撑架呈相对设置，第一侧向伸缩件安装于第一侧向支撑架，第二侧向伸缩件安装于第二侧向支撑架，拱部伸缩件安装于拱部支撑架，底部伸缩件安装于底部支撑架；第一侧向伸缩件、第二侧向伸缩件、拱部伸缩件以及底部伸缩件均为第二液压千斤顶。第一侧向弧板包括第一钢板、第一有机玻璃板以及设置于第一钢板与第一有机玻璃板之间的第一弹簧，第一钢板与第一侧向伸缩件连接；第二侧向弧板包括第二钢板、第二有机玻璃板以及设置于第二钢板与第二有机玻璃板之间的第二弹簧，第二钢板与第二侧向伸缩件连接；拱部弧板包括第三钢板、第三有机玻璃板以及设置于第三钢板与第三有机玻璃板之间的第三弹簧，第三钢板与拱部伸缩件连接；底部弧板包括第四钢板、第四有机玻璃板以及设置于第四钢板与第四有机玻璃板之间的第四弹簧，第四钢板与底部伸缩件连接。在一种优选的实施方案中，端部约束结构朝向轴向荷载施力结构的一侧具有第一环形凹槽；轴向荷载施力结构包括反力墙、第一液压千斤顶以及限位支架，第一液压千斤顶安装于反力墙，限位支架与第一液压千斤顶的输出端连接，限位支架朝向端部约束结构的一侧具有第二环形凹槽。在进一步优选的实施方案中，第一液压千斤顶设置有至少3个，第一液压千斤顶呈环形设置。轴向荷载施力结构还包括楔形垫块，楔形垫块可分离地设置于反力墙的底部。在上述盾构隧道顶推施工模拟装置的基础上，本技术同时还提供一种盾构隧道顶推施工模拟系统，该盾构隧道顶推施工模拟系统包括盾构隧道顶推施工模拟装置及管片结构，管片结构的两端安装在端部约束结构以及轴向荷载施力结构之间，管片结构的外壁与夹持结构中的每一件弧形板的内壁均抵触；若端部约束结构具有第一环形凹槽、轴向荷载施力结构具有第二环形凹槽，管片结构的两端分别嵌入第一环形凹槽和第二环形凹槽。在一种优选的实施方案中，该盾构隧道顶推施工模拟系统还包括检测装置，检测装置为下列装置中的任意一种或者多种之间任意组合：压力计、应变计、位移计、静态应变采集仪和图像采集系统；其中，压力计用于监测围岩荷载施力结构以及轴向荷载施力结构施加的作用力，应变计用于监测管片结构受力，位移计用于监测管片结构位移，静态应变采集仪用于采集记录试验过程中管片结构模拟材料所受压力和自身的应力应变的变化规律，图像采集系统用于记录试验过程中管片结构破坏模式。本技术的有益效果是：该盾构隧道顶推施工模拟装置包括支撑结构、围岩荷载施力结构、夹持结构、端部约束结构以及轴向荷载施力结构。其中，夹持结构形成用于夹持管片结构的限位空间，围岩荷载施力结构用于模拟围岩荷载，轴向荷载施力结构用于模拟轴向荷载。本技术通过控制围岩荷载施力结构的荷载大小，实现不同围岩压力条件下试验模拟研究，实现不同围岩荷载条件下的施工模拟；本技术可实现不同顶推千斤顶行程差条件下试验模拟研究，实现不同行程差条件下的施工模拟。该盾构隧道顶推施工模拟装置能够模拟盾构隧道掘进过程中管片结构的受力特征和破坏模式，为盾构隧道结构稳定提供试验数据，优化盾构法隧道掘进施工设计。附图说明为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本申请实施例提供的盾构隧道顶推施工模拟装置的结构示意图；图2是本申请实施例提供的支撑结构、围岩荷载施力结构及夹持结构的结构示意图；图3是本申请实施例提供的第一侧向弧板的结构示意图；图4是本申请实施例提供的端部约束结构的结构示意图；图5是本申请实施例提供的轴向荷载施力结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.盾构隧道顶推施工模拟装置(100)，其特征在于：包括支撑结构(110)、围岩荷载施力结构(130)、夹持结构(150)、端部约束结构(170)以及轴向荷载施力结构(190)，/n夹持结构(150)包括呈环形布置的多件弧形板，多件弧形板围合形成限位空间，端部约束结构(170)设置于该限位空间轴线方向的一端、轴向荷载施力结构(190)设置于该限位空间轴线方向的另一端，/n围岩荷载施力结构(130)包括多件径向荷载施力结构，径向荷载施力结构与弧形板一一相对应，径向荷载施力结构安装于支撑结构(110)上，弧形板连接于径向荷载施力结构的作用力输出端。/n

【技术特征摘要】
1.盾构隧道顶推施工模拟装置(100)，其特征在于：包括支撑结构(110)、围岩荷载施力结构(130)、夹持结构(150)、端部约束结构(170)以及轴向荷载施力结构(190)，
夹持结构(150)包括呈环形布置的多件弧形板，多件弧形板围合形成限位空间，端部约束结构(170)设置于该限位空间轴线方向的一端、轴向荷载施力结构(190)设置于该限位空间轴线方向的另一端，
围岩荷载施力结构(130)包括多件径向荷载施力结构，径向荷载施力结构与弧形板一一相对应，径向荷载施力结构安装于支撑结构(110)上，弧形板连接于径向荷载施力结构的作用力输出端。


2.根据权利要求1所述的盾构隧道顶推施工模拟装置(100)，其特征在于：每一件弧形板均包括叠设的内层弧板和外层弧板，并且内层弧板和外层弧板之间具有间隔空间，在该间隔空间处通过弹簧将内层弧板和外层弧板连接。


3.根据权利要求1所述的盾构隧道顶推施工模拟装置(100)，其特征在于：围岩荷载施力结构(130)包括第一侧向伸缩件(131)、第二侧向伸缩件(133)、拱部伸缩件(135)以及底部伸缩件(137)，
夹持结构(150)包括第一侧向弧板(151)、第二侧向弧板(153)、拱部弧板(155)以及底部弧板(157)，第一侧向弧板(151)与第一侧向伸缩件(131)连接，第二侧向弧板(153)与第二侧向伸缩件(133)连接，拱部弧板(155)与拱部伸缩件(135)连接，底部弧板(157)与底部伸缩件(137)连接，第二侧向弧板(153)与第一侧向弧板(151)呈相对设置，底部弧板(157)与拱部弧板(155)呈相对设置。


4.根据权利要求3所述的盾构隧道顶推施工模拟装置(100)，其特征在于：支撑结构(110)包括第一侧向支撑架(111)、第二侧向支撑架(113)、拱部支撑架(115)以及底部支撑架(117)，第一侧向支撑架(111)和第二侧向支撑架(113)呈相对设置，第一侧向伸缩件(131)安装于第一侧向支撑架(111)，第二侧向伸缩件(133)安装于第二侧向支撑架(113)，拱部伸缩件(135)安装于拱部支撑架(115)，底部伸缩件(137)安装于底部支撑架(117)；
第一侧向伸缩件(131)、第二侧向伸缩件(133)、拱部伸缩件(135)以及底部伸缩件(137)均为第二液压千斤顶。


5.根据权利要求3所述的盾构隧道顶推施工模拟装置(100)，其特征在于：第一侧向弧板(151)包括第一钢板(1511)、第一有机玻璃板(1513)以及设置于第一钢板(1511)与第一有机玻璃板(1513)之间的第一弹...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅支黔，聂大丰，陈炜韬，
申请(专利权)人：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51