一種用於模擬城市地鐵區間盾構隧道施工的室內模型盾構機的製作方法

2023-07-06 13:57:21

專利名稱：一種用於模擬城市地鐵區間盾構隧道施工的室內模型盾構機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種盾構機盾構隧道施工的模擬裝置，尤其涉及一種用於模擬 城市地鐵區間盾構隧道施工的室內模型盾構機。
技術背景採用模型盾構機進行室內模型試驗是研究盾構機對地層的適應性或影響的 一種重要手段，通過模擬對盾構隧道的設計與施工，提供實驗數據，以保障城 市地鐵施工的高效、安全進行。 一些盾構模型以模擬原型局部為目的開展試驗，如曰本學者森麟(1984)製造的半截面模型盾構機、慄原和夫等(1989)製造的泥 水式模型盾構機，Nomoto等(1999)製造的微型盾構機裝置以及同濟大學(2006) 製造的雙殼單螺旋模型盾構機。這些模型盾構機尺寸小，考慮因素單一，通常 只能模擬盾構機的某一方面的性能，因此不能對盾構機的實際的掘進、出土及 推進過程進行有效、全方位的模擬，存在較大的局限性。 發明內容本發明的目的就是提供一種用於模擬城市地鐵區間盾構隧道施工的室內模 型盾構機，該裝置能夠模擬盾構機的動態掘進，出土、推進等盾構隧道施工的 全過程，在室內完整再現盾構機現場施工的全過程，/人而城市地《失區間盾構隧 道施工對地層的適應性或影響提供更真實、準確的實驗數據，保障城市地鐵施 工的高效、安全進行。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是， 一種用於模擬城市地鐵區間 盾構隧道施工的室內模型盾構機，其組成為a、 掘土裝置隔板將圓柱形盾殼分隔為前部的土艙和後部的機搶，隔板中 間通過刀盤軸承安裝刀盤軸，刀盤軸的前端連接刀盤，後端通過機搶內的傳動 齒輪與固定在機搶上的刀盤電機相連。b、 螺旋出土器螺旋杆的前部位於土艙內刀盤後方，其餘部分穿過隔板套 合在機艙內的出土套筒內，螺旋杆後端與固定在機艙上的出土器電機的電機軸 相連；出土套筒的前端固定在隔板上，後端固定在機輪上，出土套筒的後部下 方開有出土孔。
C、推進裝置盾殼的機搶的中後部，周向均勻分布有四個縱向的千斤頂， 且四個千斤頂的分布沿才幾艙尾部的垂直軸線對稱。本發明的工作過程和工作原理是本發明的室內模型盾構機主要由掘土裝 置、螺旋出土器和推進裝置三部分組成。將其安裝、定位於室內的試驗土槽內， 三部分同時工作，實現對於城市地鐵區間盾構隧道施工的模擬掘土裝置在刀盤電機通過傳動齒輪刀盤軸帶動前方出土艙中的刀盤對準 室內模擬土旋轉，實現對真實盾構機削土功能的模擬。通過調節刀盤電機的轉 速以及調節刀盤開口率等參數，實現對真實盾構機不同刀盤類型和參數的模擬。 掘土裝置削下的土，堆積在土搶中。螺旋出土器出土器電機帶動螺旋杆轉動將位於土搶中的泥土旋轉、後推 進入出土套筒中，泥土從出土套筒後部的出土孔處漏出，然後被送出掘出的隧 道外，實現對盾構機出土功能的模擬。試驗中可以替換不同類型、不同內徑的 螺旋杆及套筒來模擬—不同類型的真實盾構機的出土器，並通過控制出土器電機 轉速來實現出土量的控制。推進裝置推進前，在機搶內的尾部採用模擬隧道的管片拼裝成環，構成 隧道結構；機艙中後部上均勻分布的四個縱向的千斤頂的後端頂住機搶內尾部 的隧道結構，隨著液壓千斤頂的伸出，實現模型盾構機的液壓推進。該隧道結 構同時在模型盾構機推進過程中實現對模擬圍巖的支護。推進裝置向前推進最 大距離時，機搶尾部的隧道結構脫環，即隧道結構尾部相對才幾搶位置最遠；然 後在該脫環位置處，在機艙尾部(隧道結構的前部)再用模擬隧道的管片拼裝成 環構成新的一節隧道結構，再進行下一次的推進及脫環。脫環、拼裝反覆循環， 使隧道結構逐節形成。通過以上方式的三個裝置的協調運作，實現對於真實隧道施工過程的掘進、 出土、推進隧道結構形成的完整;f莫擬。與現有技術相比，本發明的有益效果是能將土壓平衡盾構機掘進、施工時同時發生的掘削麵開挖、螺旋出土器出 土、盾構機推進、管片拼裝和盾尾脫環進行全面、綜合的模擬，從而在室內實 現了盾構機現場施工的所有過程的動態實時模擬。相比於現有同類試驗裝置， 該裝置在研究盾構施工對周圍環境的影響時更為全面和真實，實驗數據更真實 可靠，從而更加可靠地保障了城市地鐵施工的高效、安全進行。
本發明的刀盤的類型、開口率及轉速可以變化調整，螺旋出土器的類型、 規格及參數也可調整，推進力的大小也可隨意調整。因此，本發明的模型盾構 機可以重複利用，適用於不同類型和環境的城市地鐵盾構隧道施工的模擬試驗， 對於地鐵隧道安全、高效施工具有十分重要的意義。上述的土艙內刀盤後方的刀盤軸上，還安裝有徑向的攪拌棒。攪拌棒的旋 轉能將土艙內堆積的泥土攪松，有利於泥土向下進入螺旋杆的螺旋槽內而被送 走。 、上述的四個千斤頂的油路連接方式為相對的兩個千斤頂串聯，左側的兩 個千斤頂並聯，右側的兩個千斤頂並聯。這樣使得對角線(即相對)的兩個串聯千斤頂行程一致，可以在盾構機掘 進方向變化時，通過調整端蓋的伸出位置，達到在掘進過程中糾偏的目的。如 若盾構機向左偏斜，將左側兩個千斤頂的端蓋旋出一定距離，使其相對右側伸 出一定位移，先於右側千斤頂接觸後方管片，使左側千斤頂先出力，右側千斤 頂暫不出力，盾構機左側先行前移，為模型盾構機提供了一個向右偏的彎矩， 從而糾正模型盾構機的左偏斜。當模型盾構機向其它方向偏斜時，同樣只需把 偏斜方向側的千斤頂端蓋旋出一定距離即可。上述的刀盤為輻條型或面板型。這樣，可通過更換不同類型的刀盤，實現 對於不同的類型的真實盾構機在隧道施工中的掘進過程的模擬，尤其方便研究 刀盤開口率對掘進過程的影響。下面結合附圖和具體的實施方式對本發明作進一步的詳細說明。


圖l是本發明實施例在剛拼裝成環，開始推進時的結構示意圖。 圖2是本發明實施例在推進至最大位置處，完成盾尾脫環時的結構示意圖。 圖3是本發明實施例的四個千斤頂的油路連接關係示意圖。
具體實施方式
實施例圖1、 2示出，本發明的一種具體實施為， 一種用於模擬城市地鐵區間盾構 隧道施工的室內才莫型盾構^L,其組成為a、掘土裝置隔板2將圓柱形盾殼1分隔為前部的土艙7和後部的機艙8， 隔板2中間通過刀盤軸承3安裝刀盤軸4，刀盤軸4的前端連接刀盤5,後端通
過機艙8內的傳動齒4侖15與固定在機搶8上的刀盤電機6相連。b、 螺旋出土器螺旋杆9的前部位於土艙7內刀盤5後方，其餘部分穿過 隔板2套合在機搶8內的出土套筒11內，螺旋杆9後端與固定在機搶8上的出 土器電機10的電機軸相連；出土套筒11的前端固定在隔板2上，後端固定在 機艙8上，出土套筒11的後部下方開有出土孔12。c、 推進裝置盾殼1的機搶8的中後部，周向均勻分布有四個縱向的千斤 頂13，且四個千斤頂13的分布沿4幾艙8尾部的垂直軸線對稱。土艙7內刀盤5後方的刀盤軸4上，還安裝有徑向的攪拌棒14。刀盤5為 輻條型。當然刀盤5也可選用面板型。圖3示出，本例的四個千斤頂13的油路連接方式為相對的兩個千斤頂13 串聯，左側的兩個千斤頂13'並聯，右側的兩個千斤頂13並聯。千斤頂的端蓋 17以螺紋方式固定在千斤頂13的頂杆端部。圖1為管片19剛拼裝成環，開始推進時的結構示意圖。圖2為在推進至最 大位置處，完成盾尾脫環時的結構示意圖。可見本發明能夠實現對於真實隧道 施工過程的推進、隧道結構形成的完整模擬。
權利要求
1、一種用於模擬城市地鐵區間盾構隧道施工的室內模型盾構機，其組成為a、掘土裝置隔板(2)將圓柱形盾殼(1)分隔為前部的土艙(7)和後部的機艙(8)，隔板(2)中間通過刀盤軸承(3)安裝刀盤軸(4)，刀盤軸(4)的前端連接刀盤(5)，後端通過機艙(8)內的傳動齒輪(15)與固定在機艙(8)上的刀盤電機(6)相連；b、螺旋出土器螺旋杆(9)的前部位於土艙(7)內刀盤(5)後方，其餘部分穿過隔板(2)套合在機艙(8)內的出土套筒(11)內，螺旋杆(9)後端與固定在機艙(8)上的出土器電機(10)的電機軸相連；出土套筒(11)的前端固定在隔板(2)上，後端固定在機艙(8)上，出土套筒(11)的後部下方開有出土孔(12)；c、推進裝置盾殼(1)的機艙(8)的中後部，周向均勻分布有四個縱向的千斤頂(13)，且四個千斤頂(13)的分布沿機艙(8)尾部的垂直軸線對稱。
2、 如權利要求1所述的一種用於模擬城市地鐵區間盾構隧道施工的室內模 型盾構機，其特徵在於所述的土艙(7)內刀盤(5)後方的刀盤軸(4)上， 還安裝有徑向的攪拌棒(14 )。
3、 如權利要求1所述的一種用於模擬城市地鐵區間盾構隧道施工的室內模 型盾構機，其特徵在於所述的四個千斤頂(13)的油路連接方式為相對的 兩個千斤頂(13)串聯，左側的兩個千斤頂(13)並聯，右側的兩個千斤頂(13) 並聯。 '
4、 如權利要求1所述的一種用於模擬城市地鐵區間盾構隧道施工的室內模 型盾構機，其特徵在於所述的刀盤(5)為輻條型或面板型。
全文摘要
一種用於模擬城市地鐵區間盾構隧道施工的室內模型盾構機，其組成為a.掘土裝置圓形盾殼通過隔板分隔為前部的土艙和後部的機艙，隔板中間通過刀盤軸承安裝刀盤軸，刀盤軸前端連接刀盤，後端通過傳動齒輪與刀盤電機相連。b.螺旋出土器螺旋杆前部位於土艙內刀盤後方，其餘部分穿過隔板套合在機艙內的出土套筒內，螺旋杆後端與出土器電機相連；出土套筒前、後端分別固定在隔板、機艙上，其後部開出土孔。c.推進裝置機艙尾部分布四個縱向千斤頂。該裝置能模擬土壓平衡式盾構機的動態掘進，出土、推進、拼裝、脫環等施工的全過程，為城市地鐵盾構隧道施工對地層的適應性或影響提供真實、準確的實驗數據，保障城市地鐵施工的高效、安全進行。
文檔編號E21D9/06GK101398986SQ20081004651
公開日2009年4月1日 申請日期2008年11月10日 優先權日2008年11月10日
發明者川 何, 佳 吾, 勇 方, 趙強政, 磊 郭, 非 馬 申請人:西南交通大學