一種盾構開挖面主被動失穩教學演示儀的製作方法

2023-07-13 04:49:01 2

專利名稱：一種盾構開挖面主被動失穩教學演示儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種教學演示儀，尤其是涉及一種盾構開挖面主被動失穩教學演示儀。
背景技術：
盾構法是一種較為先進的頂涵施工方法，是在保留傳統頂涵施工，橋涵結構路側預製工藝的基礎上，對結構頂進支護方法進行了重大改革，將明挖開槽改為地下暗挖盾構支護，暗挖推進減低了施工對地面活動的影響，在地下隧道涵洞施工中廣為採用。盾構法施工是利用盾構機實施的。盾構是具有金屬外殼，殼內裝有整機及輔助設備，在其掩護下進行土體開挖、土渣排運、整機推進和管片安裝等作業，而使隧道一次成形的機械。盾構施工中開挖面支護力合理選擇是保證施工安全的一項關鍵技術。我國現有的平衡式盾構(泥水平衡和土壓平衡)都是通過預先設定泥水或土艙壓力值以達到保持開挖面穩定的目的。這種預先設定與滯後調整的結果會使機頭處的地面隆起或塌陷。近年來，由於支護力過小導致開挖面失穩施工事故在多個城市的地鐵盾構隧道施工中均有發生。因此，盾構隧道開挖面穩定性問題在科學研究和相關專業課程教學活動中均佔有重要地位。近年來隨著城市軌道交通工程的增多，盾構法施工成為工程技術人員重點學習的專業知識之一，也成為高校巖土專業類專業重要課程內容。授課中針對盾構法施工中產生的開挖面土體破壞一般採用數據分析和圖片方式進行講解，學生理解較為困難，開發研製一種演示盾構法施工中開挖面主被動失穩過程的教學裝置十分必要。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種盾構開挖面主被動失穩教學演示儀，該裝置能展示開挖面附近土體隨支護力變化而發生變形的規律，比較盾體不同埋深對開挖面前方土體變形規律影響，從而達到增強學生感性認識、提高學生學習興趣及加強學生學習內容理解的目的。本實用新型採用的技術方案是:本實用新型由有機玻璃的前面板，其餘為金屬板的左側板、右側板、底板和背板構成開口的模型箱；最短的上盾體、中盾體和最長的下盾體的斷面均為同一直徑的空心半圓柱體，三個盾體的平面部分從上至下依次緊貼模型箱的有機玻璃板內側面固定，三個盾體的軸線均平行於底板。三個盾體的一端靠近右側板的頭部空心半圓柱面向內，從外至內分別依次同軸裝有承壓擋板、螺套和移動支架，三個階梯形的長軸的一端螺杆分別穿過各自移動支架與螺套螺紋連接，三個盾體的另一端分別緊靠左側板內側，金屬基板固定在左側板外側，三個階梯形的長軸的另一端穿過左側板、金屬基板、各自齒輪內擋墊、各自的齒輪和齒輪外擋墊後，三階梯形的長軸端部與各自軸端螺母螺紋連接；三個齒輪用各自定位螺釘固定在各自軸上，位於金屬基板內的各自階梯形的長軸的兩側均設有限位的長軸擋墊和水平限位墊，各自長軸擋墊內孔與各自階梯形的長軸為轉動配合。[0010]三個齒輪平行相互嚙合，在左側板外側還裝有小齒輪，小齒輪與中間的一個齒輪口四合。[0011]所述最短的上盾體、中盾體和最長的下盾體的長度差異為3倍盾體直徑，其中上盾體長度不小2倍盾體直徑。[0012]本實用新型具有的有益效果是:[0013]本實用新型具有三個不同埋深的盾體，可以演示盾構施工中盾體不同埋深對承壓擋板前土體變形規律和失穩特徵的影響。本實用新型還具有豐富的對比演示功能，不但能夠獨立演示某一深度下的承壓擋板前土體的變形和破壞過程，還能同時演示三種深度下承壓擋板前土體的變形和破壞過程；不但能夠連續演示土體的變形和破壞全過程，還能在任意位移下靜止觀察土體破壞情況。本實用新型可以控制承壓擋板後移，演示承壓擋板前土體沉陷破壞過程，也可以控制承壓擋板前移，演示承壓擋板前土體隆起過程。綜上所述，本實用新型教學演示內容豐富、結構簡單，操作簡便，能夠滿足課堂教學需要。


[0014]圖1是本實用新型的結構原理示意圖。[0015]圖2是圖1的A向視圖。[0016]圖3是圖1的B-B剖視圖。[0017]圖4是圖1的R區局部放大圖。[0018]圖5是圖1的S區局部放大圖。[0019]圖中:1、手柄，2、金屬基板，3、左側板，4、上盾體，5、中盾體，6、砂土，7、右側板，8、承壓擋板，9、螺套，10、移動支架，11、下盾體，12、模型箱底板，13、長軸，14、齒輪外擋墊，15、軸端螺母，16、上齒輪，17、中齒輪，18、定位螺釘，19、下齒輪，20、小齒輪，21、齒輪內擋墊，22、水平限位墊，23、擋墊螺釘，24、長軸擋墊，25、限位墊螺釘，26、固定螺栓，27、前面板，28背板。
具體實施方式
[0020]
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。[0021]如圖1所示，本實用新型由有機玻璃的前面板27，其餘為金屬板的左側板3、右側板7、底板12和背板28構成開口的模型箱；最短的上盾體4、中盾體5和最長的下盾體11的斷面均為同一直徑的空心半圓柱體，三個盾體的平面部分從上至下依次緊貼模型箱的有機玻璃板27內側面固定，三個盾體的軸線均平行於底板12。[0022]如圖1所示，上盾體4、中盾體5和下盾體11的結構相同，只是三根長軸的長度有差異，而且上盾體4、中盾體5和下盾體11有些共用同一編號。[0023]如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，三個盾體的結構如下:[0024]最長的下盾體11的一端靠近右側板7的頭部空心半圓柱面向內，從外至內分別依次同軸裝有第一承壓擋板8、第一螺套9和第一移動支架10，第一階梯形的長軸13的一端螺杆穿過第一移動支架10與第一螺套9螺紋連接，最長的下盾體11的另一端緊靠左側板3內側，金屬基板2固定在左側板3外側，第一階梯形的長軸13的另一端穿過左側板3、金屬基板2、第一齒輪內擋墊22、下齒輪19和第一齒輪外擋墊14後,第一階梯形的長軸13端部與第一軸端螺母15螺紋連接，下齒輪19用第一定位螺釘18固定在軸上，位於金屬基板2內的第一階梯形的長軸13的兩側均設有限位的第一長軸擋墊24和第一水平限位墊22，第一長軸擋墊24內孔與第一階梯形的長軸13為轉動配合；[0025]中盾體5的一端靠近右側板7的頭部空心半圓柱面向內，從外至內分別依次同軸裝有第二承壓擋板8、第二螺套9和第二移動支架10，第二階梯形的長軸13的一端螺杆穿過第二移動支架10與第二螺套9螺紋連接，中盾體5的另一端緊靠左側板3內側，金屬基板2固定在左側板3外側，第二階梯形的長軸13的另一端穿過左側板3、金屬基板2、第二齒輪內擋墊22、中齒輪17和第二齒輪外擋墊14後，第二階梯形的長軸13端部與第二軸端螺母15螺紋連接，中齒輪17用第二定位螺釘18固定在軸上，位於金屬基板2內的第二階梯形的長軸13的兩側均設有限位的第二長軸擋墊24和第二水平限位墊22，第二長軸擋墊24內孔與第二階梯形的長軸13為轉動配合；[0026]最短的上盾體4的一端靠近右側板7的頭部空心半圓柱面向內，從外至內分別依次同軸裝有第三承壓擋板8、第三螺套9和第三移動支架10，第三階梯形的長軸13的一端螺杆穿過第三移動支架10與第三螺套9螺紋連接，最短的上盾體4的另一端緊靠左側板3內側，金屬基板2固定在左側板3外側，第三階梯形的長軸13的另一端穿過左側板3、金屬基板2、第三齒輪內擋墊22、上齒輪16和第三齒輪外擋墊14後，第三階梯形的長軸13端部與第三軸端螺母15螺紋連接，上齒輪16用第三定位螺釘18固定在軸上，位於金屬基板2內的第三階梯形的長軸13的兩側均設有限位的第三長軸擋墊24和第三水平限位墊22，第三長軸擋墊24內孔與第三階梯形的長軸13為轉動配合；[0027]如圖2所示，上齒輪16、中齒輪17和下齒輪19相互嚙合，在左側板3外側還裝有小齒輪20，小齒輪20與中齒輪17嚙合。[0028]最短的上盾體4、中盾體5和最長的下盾體11的長度差異為3倍盾體直徑，其中上盾體4長度不小2倍盾體直徑。[0029]本實用新型的工作原理如下:[0030]裝置具有三個不同埋深的最短的上盾體4、中盾體5和最長的下盾體11，可以演示盾構施工中盾體不同埋深對承壓擋板前土體變形規律和失穩特徵的影響。首先調整三個承壓擋板的水平位置，使承壓擋板前面與各自盾體前端持平。然後，將砂土 6放入模型箱直至上部箱口，盾體左邊的三個齒輪軸上定位螺釘均處於鬆動狀態。選中某一適當埋深的盾體，將該盾體左邊的一個定位螺釘鎖緊，旋轉小齒輪20上的手柄，驅動的小齒輪旋轉，小齒輪與選中的盾體上的齒輪旋轉，該盾體的長軸也隨之在螺套內轉動，通過移動支架帶動承壓擋板向盾體內移動，盾體前部土體逐漸出現沉陷變形。[0031]本實用新型還具有豐富的對比演示功能，將某一盾體的定位螺釘放鬆，擰緊其餘2個定位螺釘，旋轉小齒輪20上的手柄驅動齒輪旋轉,使該2個盾體的長軸也隨之在螺套內轉動，盾體中的承壓擋板同時向盾體內移動，盾體前部土體逐漸變形，對比任意兩個盾體承壓擋板前土體變形輪廓的異同。
權利要求1.一種盾構開挖面主被動失穩教學演示儀，其特徵在於:由有機玻璃的前面板(27)，其餘為金屬板的左側板(3)、右側板(7)、底板(12)和背板(28)構成開口的模型箱；最短的上盾體(4)、中盾體(5)和最長的下盾體(11)的斷面均為同一直徑的空心半圓柱體，三個盾體的平面部分從上至下依次緊貼模型箱的有機玻璃板(27)內側面固定，三個盾體的軸線均平行於底板(12); 三個盾體的一端靠近右側板(7)的頭部空心半圓柱面向內，從外至內分別依次同軸裝有承壓擋板、螺套和移動支架，三個階梯形的長軸的一端螺杆分別穿過各自移動支架與螺套螺紋連接，三個盾體的另一端分別緊靠左側板(3)內側，金屬基板(2)固定在左側板(3)外側，三個階梯形的長軸的另一端穿過左側板(3)、金屬基板(2)、各自齒輪內擋墊、各自的齒輪和齒輪外擋墊後，三階梯形的長軸端部與各自軸端螺母螺紋連接；三個齒輪用各自定位螺釘固定在各自軸上，位於金屬基板(2)內的各自階梯形的長軸的兩側均設有限位的長軸擋墊和水平限位墊，各自長軸擋墊內孔與各自階梯形的長軸為轉動配合； 三個齒輪平行相互嚙合，在左側板外側還裝有小齒輪，小齒輪與中間的一個齒輪嚙合。
2.根據權利要求1所述的一種盾構開挖面主被動失穩教學演示儀，其特徵在於:所述最短的上盾體(4)、中盾體(5)和最長的下盾體(11)的長度差異為3倍盾體直徑，其中上盾體(4)長度不小2倍盾體直徑。
專利摘要本實用新型公開了一種盾構開挖面主被動失穩教學演示儀。由機玻璃的前面板構成開口的模型箱；三個盾體斷面均為同一直徑的空心半圓柱體，盾體的平面部分從上至下依次平行於底板緊貼模型箱的有機玻璃板內側面。三個盾體的右側空心半圓柱面內，依次同軸裝有承壓擋板、螺套和移動支架，三個階梯形的長軸一端螺杆分別穿過各自移動支架與螺套螺紋連接，三個盾體的左側緊靠左側板，三個階梯形的長軸另一端穿過左側板、金屬基板、齒輪內擋墊、齒輪和齒輪外擋墊後，與各自軸端螺母螺紋連接；三個齒輪用各自定位螺釘固定在各自軸上。本實用新型能演示三種深度下承壓擋板前土體的變形和破壞過程；還能在任意位移下靜止觀察土體破壞情況。本實用新型能夠滿足課堂教學需要。
文檔編號G09B25/02GK203026035SQ20122057976
公開日2013年6月26日 申請日期2012年11月6日 優先權日2012年11月6日
發明者孔令剛, 陳仁朋, 姚罡, 王順玉, 陳雲敏, 韓連兵, 李君 申請人:浙江大學