一种盾构全地形掘进模拟的液压加载智控式模型试验台制造技术

一种盾构全地形掘进模拟的液压加载智控式模型试验台，整体设计成模型箱型式，箱内包括承载主机、支撑挡板、加载系统、掘进系统、数据采集系统、上位机，其中：承载主机，位于线性滑轨之上，能够在滑轨上滑动；加载系统最大限度模拟盾构开挖位置处真实地应力，实现对不同埋深盾构掘进的模拟，为极端情况的超深盾构施工土体响应研究提供试验基础；掘进系统模拟盾构施工时盾构机的掘进过程；数据采集系统中，其数据采集仪能和土压力盒与位移传感器连接，从而获取试验时土体位移和土压变化；上位机与数据采集仪相连，获取土样的位移时空变化规律及力学响应效应；上位机与承载主机、掘进系统、加载系统连接，根据设定试验任务控制各个执行机构。机构。机构。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构全地形掘进模拟的液压加载智控式模型试验台


[0001]本专利技术涉及盾构全地形掘进模拟的液压加载智控式模型试验台，主要用于模拟盾构施工的室内模型试验，属于隧道建筑工程


技术介绍

[0002]盾构法作为一种高效、安全的施工技术，在地铁隧道的施工中得到了大力推广。为研究盾构施工对周边环境及建构筑物扰动的影响，国内外学者常用的研究方法有：经验公式法、解析法、理论分析法、模型试验法、数值分析法等。由于原型盾构施工涉及复杂的施工流程和管理环节，基本不具备可重复性，在单一变量条件下难以获得确切的研究成果，而模型试验对隧道施工过程能够进行较好地真实再现，具有严格的理论基础和简便易行等优点，研究成果的可靠度也比较高，因而模型试验方法被广泛应用于岩土和地下工程领域。
[0003]盾构施工过程中掘进参数(推进速度、盾构直径)的选取对其周围土体的扰动程度具有较大影响，在实际工程当中通常是基于施工现场的反馈从而调整掘进的参数，对于风险管控具有一定滞后性，存在安全隐患。然而目前盾构掘进施工的室内模型试验仪器较少，从而无法在施工前知晓土体扰动的衍化进程。因此，针对现有技术的不足，设计了盾构全地形掘进模拟的液压加载智控式模型试验台。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供了盾构全地形掘进模拟的液压加载智控式模型试验台，可以进行盾构施工室内模型试验，开展盾构直径、埋深、掘进参数、施工工况等方面研究。
[0005]技术方案：
[0006]一种盾构全地形掘进模拟的液压加载智控式模型试验台，其特征是，整体设计成模型箱型式，箱内包括承载主机、支撑挡板、加载系统、掘进系统、数据采集系统、上位机，其中：
[0007]所述承载主机，位于线性滑轨之上，能够在滑轨上滑动；与后向支撑挡板，侧向支撑挡板及下支撑挡板构成临时的试验模型箱；
[0008]所述加载系统最大限度模拟盾构开挖位置处真实地应力，实现对不同埋深盾构掘进的模拟，为极端情况的超深盾构施工土体响应研究提供试验基础；
[0009]所述掘进系统模拟盾构施工时盾构机的掘进过程；
[0010]数据采集系统中，其数据采集仪能和土压力盒与位移传感器连接，从而获取试验时土体位移和土压变化；
[0011]所述上位机与数据采集仪相连，获取土样的位移时空变化规律及力学响应效应；同时，上位机与承载主机、掘进系统、加载系统连接，根据设定试验任务控制各个执行机构。
[0012]盾构全地形掘进模拟的液压加载智控式模型试验台具有如下优点：
[0013](1)本装置具有可模拟盾构掘进全过程施工的优点。
[0014]本申请装置聚焦盾构掘进施工时对周围土体的扰动效应，通过掘进系统和加载系
统，真实模拟盾构掘进施工及所处土压力环境，结合上位机和数据采集仪所采集数据，获得模拟盾构掘进全过程施工期间，土样的压力变化值及位移变化值，掌握盾构施工过程中土体扰动的衍化规律，降低施工风险。
[0015](2)本申请装置具有可实现对盾构不同掘进参数研究的优点。
[0016]本申请通过掘进系统控制器控制小电机转动上转动杆，带动履带，从而转动带齿轮转动杆，并沿进刀辅助杆齿状纹路推进，并由此带动进刀器推进。通过掘进系统操作面板设定控制进刀器的推进速度V1模拟盾构实际工程中推进速度V，控制电钻的转速ω1模拟盾构机的转速ω。通过选取双叶螺旋杆的直径D1模拟盾构机的直径D。
[0017][0018][0019][0020]式中n1为盾构转速相似比，n2为盾构推进速度相似比，n3为盾构直径相似比。
[0021]实现了对施工过程中盾构直径，盾构推进速度及盾构转速等掘进参数的模拟，从而获取盾构施工时不同掘进参数对于周围土体的位移时空变化规律及力学响应效应，为今后盾构隧道掘进参数的敏感性分析提供参考。
[0022](3)本申请装置具有可模拟任意埋深下盾构施工的优点。
[0023]盾构施工期间，会受到周围土体竖向及水平向的压力σ
cz
，σ
cX
，σ
cY
。本申请的加载系统通过伺服油源伺服油源伺服油源操作面板控制各油缸的液压值，通过顶推侧向加载板，上加载板，背向加载板完成对于土样的加压。上加载板施加竖向压力σ
cz
模拟盾构掘进时所受土体竖向压力，确定油缸通过侧向加载板施加水平向压力σ
cX
模拟盾构掘进时所受土体水平向压力，确定油缸通过背向加载板施加水平向压力σ
cY
模拟盾构掘进时所受土体沿掘进方向的水平向压力。
[0024]σ
cz
＝γZ
[0025]σ
cX
＝σ
cY
＝K0σ
cz
[0026]式中：K0为土侧压力系数，σ
cz
为土体竖向压力，γ为土体天然重度，Z为盾构施工实际深度。K0和γ在试验前通过室内土工试验测定。
[0027]最大限度模拟盾构开挖位置处真实地应力，实现对不同埋深盾构掘进的模拟，为极端情况的超深盾构施工土体响应研究提供试验基础。
[0028](4)本申请装置具有可模拟盾构上跨下穿既有构筑物的优点。
[0029]本申请基于模型试验的相似理论，几何相似制定既有构筑物模拟模型几何形状，材料相似选取制作既有构筑物模拟模型的材质。，确定既有构筑物模拟模型。与双叶螺旋钻杆的间距H1，模拟实际工程中盾构上跨下穿既有构筑物的间距H，两者满足下式：
[0030][0031]式中：n4为构筑物间距相似比。
[0032]结合上位机和数据收集仪在试验过程所得的土样压力和位移实时变化值，获取盾
构上跨下穿既有构筑物过程中，既有构筑物所受到土样扰动的影响进程，知晓土样扰动程度最大的最不利施工工况。
[0033](5)本申请装置具有适用范围广的特点。
[0034]本申请装置通过填筑不同性质的土样，即可开展不同土层环境的盾构掘进施工模型试验。实现了全地形无障碍盾构掘进施工的模拟，从而获取任意地质条件下盾构施工的影响效应，可为相应工程施工提供借鉴性意见。
附图说明
[0035]图1是全地形掘进模拟的液压加载智控式模型试验台剖面图
[0036]图2是图1所示装置的A
‑
A剖面图
[0037]图3是图1所示装置的B
‑
B剖面图
[0038]图4是图1所示装置主视图
[0039]图5是图1所示装置左视图
[0040]图6是图1所示装置右视图
[0041]图7是装置掘进工作示意图
[0042]图8是图7所示装置工作状态下的C
‑
C剖面图
[0043]图9是掘进系统示意图
[0044]图10是侧向支撑挡板示意图
[0045]图11是后向支撑挡板示意图
[0046]图12是固定凹槽板示意图
[0047]图13是加载系统沿装置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾构全地形掘进模拟的液压加载智控式模型试验台，其特征是，整体设计成模型箱型式，箱内包括承载主机(1)、支撑挡板、加载系统(7)、掘进系统(2)、数据采集系统、上位机(22)，其中：所述承载主机(1)，位于线性滑轨(101)之上，能够在滑轨上滑动；与后向支撑挡板(3)，侧向支撑挡板(4)及下支撑挡板(5)构成临时的试验模型箱；所述加载系统(7)最大限度模拟盾构开挖位置处真实地应力，实现对不同埋深盾构掘进的模拟，为极端情况的超深盾构施工土体响应研究提供试验基础；所述掘进系统(2)模拟盾构施工时盾构机的掘进过程；数据采集系统中，其数据采集仪(17)能和土压力盒(18)与位移传感器(19)连接，从而获取试验时土体位移和土压变化；所述上位机(22)与数据采集仪(17)相连，获取土样(13)的位移时空变化规律及力学响应效应；同时，上位机(22)与承载主机(1)、掘进系统(2)、加载系统(7)连接，根据设定试验任务控制各个执行机构。2.如权利要求1所述的模型试验台，其特征在于，加载系统(7)通过伺服油源(707)伺服油源操作面板(708)控制各油缸(710)的液压值，通过顶推侧向加载板(701)，上加载板(702)，背向加载板706完成对于土样(13)的加压；上加载板(702)施加竖向压力σ
cz
模拟盾构掘进时所受土体竖向压力，确定油缸(710)通过侧向加载板(701)施加水平向压力σ
cX
模拟盾构掘进时所受土体水平向压力，确定油缸(710)通过背向加载板706施加水平向压力σ
cY
模拟盾构掘进时所受土体沿掘进方向的水平向压力；σ
cz
＝γZσ
cX
＝σ
cY
＝K0σ
cz
式中：K0为土侧压力系数，σ
cz
为土体竖向压力，γ为土体天然重度，Z为盾构施工实际深度；K0和γ在试验前通过室内土工试验测定。3.如权利要求2所述模型试验台，其特征在于，再进一步的，所述加载系统(7)：侧向加载板(701)，共有两块，分别位于外承载框架(704)内环的左右两侧，各固定有一个油缸(710)，对土样(13)施加水平向压力σ
cX
，模拟盾构施工时土体水平向真实压力环境；位于外承载框架(704)内环的上侧，固定有油缸(710)，对土样(13)施加竖向压力σ
cz
，模拟盾构施工土体竖向压力真实环境；反力架(703)，与外承载框架(703)相连，下方固定有(705)反力架支撑脚，保证加载系统(7)的整体稳定性；固定有一个油...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹宝平，胡波，胡如盛，彭武奎，谢况琴，罗战友，冉龙，邓沿生，陈永国，陈其志，
申请(专利权)人：中铁隧道局集团有限公司市政工程公司，
类型：发明
国别省市：