專利名稱：一種用于模擬城市地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道施工的室內(nèi)模型盾構(gòu)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種盾構(gòu)機(jī)盾構(gòu)隧道施工的模擬裝置，尤其涉及一種用于模擬 城市地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道施工的室內(nèi)模型盾構(gòu)機(jī)。
技術(shù)背景采用模型盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行室內(nèi)模型試驗(yàn)是研究盾構(gòu)機(jī)對(duì)地層的適應(yīng)性或影響的 一種重要手段，通過模擬對(duì)盾構(gòu)隧道的設(shè)計(jì)與施工，提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以保障城 市地鐵施工的高效、安全進(jìn)行。 一些盾構(gòu)模型以模擬原型局部為目的開展試驗(yàn)，如曰本學(xué)者森麟(1984)制造的半截面模型盾構(gòu)機(jī)、栗原和夫等(1989)制造的泥 水式模型盾構(gòu)機(jī)，Nomoto等(1999)制造的微型盾構(gòu)機(jī)裝置以及同濟(jì)大學(xué)(2006) 制造的雙殼單螺旋模型盾構(gòu)機(jī)。這些模型盾構(gòu)機(jī)尺寸小，考慮因素單一，通常 只能模擬盾構(gòu)機(jī)的某一方面的性能，因此不能對(duì)盾構(gòu)機(jī)的實(shí)際的掘進(jìn)、出土及 推進(jìn)過程進(jìn)行有效、全方位的模擬，存在較大的局限性。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是提供一種用于模擬城市地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道施工的室內(nèi)模 型盾構(gòu)機(jī)，該裝置能夠模擬盾構(gòu)機(jī)的動(dòng)態(tài)掘進(jìn)，出土、推進(jìn)等盾構(gòu)隧道施工的 全過程，在室內(nèi)完整再現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)施工的全過程，/人而城市地《失區(qū)間盾構(gòu)隧 道施工對(duì)地層的適應(yīng)性或影響提供更真實(shí)、準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，保障城市地鐵施 工的高效、安全進(jìn)行。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是， 一種用于模擬城市地鐵區(qū)間 盾構(gòu)隧道施工的室內(nèi)模型盾構(gòu)機(jī)，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后部的機(jī)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，后端通過機(jī)搶內(nèi)的傳動(dòng) 齒輪與固定在機(jī)搶上的刀盤電機(jī)相連。b、 螺旋出土器螺旋桿的前部位于土艙內(nèi)刀盤后方，其余部分穿過隔板套 合在機(jī)艙內(nèi)的出土套筒內(nèi)，螺旋桿后端與固定在機(jī)艙上的出土器電機(jī)的電機(jī)軸 相連；出土套筒的前端固定在隔板上，后端固定在機(jī)輪上，出土套筒的后部下 方開有出土孔。
C、推進(jìn)裝置盾殼的機(jī)搶的中后部，周向均勻分布有四個(gè)縱向的千斤頂， 且四個(gè)千斤頂?shù)姆植佳夭艓着撐膊康拇怪陛S線對(duì)稱。本發(fā)明的工作過程和工作原理是本發(fā)明的室內(nèi)模型盾構(gòu)機(jī)主要由掘土裝 置、螺旋出土器和推進(jìn)裝置三部分組成。將其安裝、定位于室內(nèi)的試驗(yàn)土槽內(nèi)， 三部分同時(shí)工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)于城市地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道施工的模擬掘土裝置在刀盤電機(jī)通過傳動(dòng)齒輪刀盤軸帶動(dòng)前方出土艙中的刀盤對(duì)準(zhǔn) 室內(nèi)模擬土旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)盾構(gòu)機(jī)削土功能的模擬。通過調(diào)節(jié)刀盤電機(jī)的轉(zhuǎn) 速以及調(diào)節(jié)刀盤開口率等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)盾構(gòu)機(jī)不同刀盤類型和參數(shù)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(jī)帶動(dòng)螺旋桿轉(zhuǎn)動(dòng)將位于土搶中的泥土旋轉(zhuǎn)、后推 進(jìn)入出土套筒中，泥土從出土套筒后部的出土孔處漏出，然后被送出掘出的隧 道外，實(shí)現(xiàn)對(duì)盾構(gòu)機(jī)出土功能的模擬。試驗(yàn)中可以替換不同類型、不同內(nèi)徑的 螺旋桿及套筒來模擬—不同類型的真實(shí)盾構(gòu)機(jī)的出土器，并通過控制出土器電機(jī) 轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)出土量的控制。推進(jìn)裝置推進(jìn)前，在機(jī)搶內(nèi)的尾部采用模擬隧道的管片拼裝成環(huán)，構(gòu)成 隧道結(jié)構(gòu)；機(jī)艙中后部上均勻分布的四個(gè)縱向的千斤頂?shù)暮蠖隧斪C(jī)搶內(nèi)尾部 的隧道結(jié)構(gòu)，隨著液壓千斤頂?shù)纳斐?，?shí)現(xiàn)模型盾構(gòu)機(jī)的液壓推進(jìn)。該隧道結(jié) 構(gòu)同時(shí)在模型盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬圍巖的支護(hù)。推進(jìn)裝置向前推進(jìn)最 大距離時(shí)，機(jī)搶尾部的隧道結(jié)構(gòu)脫環(huán)，即隧道結(jié)構(gòu)尾部相對(duì)才幾搶位置最遠(yuǎn)；然 后在該脫環(huán)位置處，在機(jī)艙尾部(隧道結(jié)構(gòu)的前部)再用模擬隧道的管片拼裝成 環(huán)構(gòu)成新的一節(jié)隧道結(jié)構(gòu)，再進(jìn)行下一次的推進(jìn)及脫環(huán)。脫環(huán)、拼裝反復(fù)循環(huán)， 使隧道結(jié)構(gòu)逐節(jié)形成。通過以上方式的三個(gè)裝置的協(xié)調(diào)運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)于真實(shí)隧道施工過程的掘進(jìn)、 出土、推進(jìn)隧道結(jié)構(gòu)形成的完整;f莫擬。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是能將土壓平衡盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)、施工時(shí)同時(shí)發(fā)生的掘削面開挖、螺旋出土器出 土、盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)、管片拼裝和盾尾脫環(huán)進(jìn)行全面、綜合的模擬，從而在室內(nèi)實(shí) 現(xiàn)了盾構(gòu)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)施工的所有過程的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模擬。相比于現(xiàn)有同類試驗(yàn)裝置， 該裝置在研究盾構(gòu)施工對(duì)周圍環(huán)境的影響時(shí)更為全面和真實(shí)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更真實(shí) 可靠，從而更加可靠地保障了城市地鐵施工的高效、安全進(jìn)行。
本發(fā)明的刀盤的類型、開口率及轉(zhuǎn)速可以變化調(diào)整，螺旋出土器的類型、 規(guī)格及參數(shù)也可調(diào)整，推進(jìn)力的大小也可隨意調(diào)整。因此，本發(fā)明的模型盾構(gòu) 機(jī)可以重復(fù)利用，適用于不同類型和環(huán)境的城市地鐵盾構(gòu)隧道施工的模擬試驗(yàn)， 對(duì)于地鐵隧道安全、高效施工具有十分重要的意義。上述的土艙內(nèi)刀盤后方的刀盤軸上，還安裝有徑向的攪拌棒。攪拌棒的旋 轉(zhuǎn)能將土艙內(nèi)堆積的泥土攪松，有利于泥土向下進(jìn)入螺旋桿的螺旋槽內(nèi)而被送 走。 、上述的四個(gè)千斤頂?shù)挠吐愤B接方式為相對(duì)的兩個(gè)千斤頂串聯(lián)，左側(cè)的兩 個(gè)千斤頂并聯(lián)，右側(cè)的兩個(gè)千斤頂并聯(lián)。這樣使得對(duì)角線(即相對(duì))的兩個(gè)串聯(lián)千斤頂行程一致，可以在盾構(gòu)機(jī)掘 進(jìn)方向變化時(shí)，通過調(diào)整端蓋的伸出位置，達(dá)到在掘進(jìn)過程中糾偏的目的。如 若盾構(gòu)機(jī)向左偏斜，將左側(cè)兩個(gè)千斤頂?shù)亩松w旋出一定距離，使其相對(duì)右側(cè)伸 出一定位移，先于右側(cè)千斤頂接觸后方管片，使左側(cè)千斤頂先出力，右側(cè)千斤 頂暫不出力，盾構(gòu)機(jī)左側(cè)先行前移，為模型盾構(gòu)機(jī)提供了一個(gè)向右偏的彎矩， 從而糾正模型盾構(gòu)機(jī)的左偏斜。當(dāng)模型盾構(gòu)機(jī)向其它方向偏斜時(shí)，同樣只需把 偏斜方向側(cè)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(shí)現(xiàn) 對(duì)于不同的類型的真實(shí)盾構(gòu)機(jī)在隧道施工中的掘進(jìn)過程的模擬，尤其方便研究 刀盤開口率對(duì)掘進(jìn)過程的影響。下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。


圖l是本發(fā)明實(shí)施例在剛拼裝成環(huán)，開始推進(jìn)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明實(shí)施例在推進(jìn)至最大位置處，完成盾尾脫環(huán)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的四個(gè)千斤頂?shù)挠吐愤B接關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例圖1、 2示出，本發(fā)明的一種具體實(shí)施為， 一種用于模擬城市地鐵區(qū)間盾構(gòu) 隧道施工的室內(nèi)才莫型盾構(gòu)^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和后部的機(jī)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,后端通
過機(jī)艙8內(nèi)的傳動(dòng)齒4侖15與固定在機(jī)搶8上的刀盤電機(jī)6相連。b、 螺旋出土器螺旋桿9的前部位于土艙7內(nèi)刀盤5后方，其余部分穿過 隔板2套合在機(jī)搶8內(nèi)的出土套筒11內(nèi)，螺旋桿9后端與固定在機(jī)搶8上的出 土器電機(jī)10的電機(jī)軸相連；出土套筒11的前端固定在隔板2上，后端固定在 機(jī)艙8上，出土套筒11的后部下方開有出土孔12。c、 推進(jìn)裝置盾殼1的機(jī)搶8的中后部，周向均勻分布有四個(gè)縱向的千斤 頂13，且四個(gè)千斤頂13的分布沿4幾艙8尾部的垂直軸線對(duì)稱。土艙7內(nèi)刀盤5后方的刀盤軸4上，還安裝有徑向的攪拌棒14。刀盤5為 輻條型。當(dāng)然刀盤5也可選用面板型。圖3示出，本例的四個(gè)千斤頂13的油路連接方式為相對(duì)的兩個(gè)千斤頂13 串聯(lián)，左側(cè)的兩個(gè)千斤頂13'并聯(lián)，右側(cè)的兩個(gè)千斤頂13并聯(lián)。千斤頂?shù)亩松w 17以螺紋方式固定在千斤頂13的頂桿端部。圖1為管片19剛拼裝成環(huán)，開始推進(jìn)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為在推進(jìn)至最 大位置處，完成盾尾脫環(huán)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖?？梢姳景l(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于真實(shí)隧道 施工過程的推進(jìn)、隧道結(jié)構(gòu)形成的完整模擬。
權(quán)利要求
1、一種用于模擬城市地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道施工的室內(nèi)模型盾構(gòu)機(jī)，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)和后部的機(jī)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)，后端通過機(jī)艙(8)內(nèi)的傳動(dòng)齒輪(15)與固定在機(jī)艙(8)上的刀盤電機(jī)(6)相連；b、螺旋出土器螺旋桿(9)的前部位于土艙(7)內(nèi)刀盤(5)后方，其余部分穿過隔板(2)套合在機(jī)艙(8)內(nèi)的出土套筒(11)內(nèi)，螺旋桿(9)后端與固定在機(jī)艙(8)上的出土器電機(jī)(10)的電機(jī)軸相連；出土套筒(11)的前端固定在隔板(2)上，后端固定在機(jī)艙(8)上，出土套筒(11)的后部下方開有出土孔(12)；c、推進(jìn)裝置盾殼(1)的機(jī)艙(8)的中后部，周向均勻分布有四個(gè)縱向的千斤頂(13)，且四個(gè)千斤頂(13)的分布沿機(jī)艙(8)尾部的垂直軸線對(duì)稱。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種用于模擬城市地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道施工的室內(nèi)模 型盾構(gòu)機(jī)，其特征在于所述的土艙(7)內(nèi)刀盤(5)后方的刀盤軸(4)上， 還安裝有徑向的攪拌棒(14 )。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種用于模擬城市地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道施工的室內(nèi)模 型盾構(gòu)機(jī)，其特征在于所述的四個(gè)千斤頂(13)的油路連接方式為相對(duì)的 兩個(gè)千斤頂(13)串聯(lián)，左側(cè)的兩個(gè)千斤頂(13)并聯(lián)，右側(cè)的兩個(gè)千斤頂(13) 并聯(lián)。 '
4、 如權(quán)利要求1所述的一種用于模擬城市地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道施工的室內(nèi)模 型盾構(gòu)機(jī)，其特征在于所述的刀盤(5)為輻條型或面板型。
全文摘要
一種用于模擬城市地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道施工的室內(nèi)模型盾構(gòu)機(jī)，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后部的機(jī)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，后端通過傳動(dòng)齒輪與刀盤電機(jī)相連。b.螺旋出土器螺旋桿前部位于土艙內(nèi)刀盤后方，其余部分穿過隔板套合在機(jī)艙內(nèi)的出土套筒內(nèi)，螺旋桿后端與出土器電機(jī)相連；出土套筒前、后端分別固定在隔板、機(jī)艙上，其后部開出土孔。c.推進(jìn)裝置機(jī)艙尾部分布四個(gè)縱向千斤頂。該裝置能模擬土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的動(dòng)態(tài)掘進(jìn)，出土、推進(jìn)、拼裝、脫環(huán)等施工的全過程，為城市地鐵盾構(gòu)隧道施工對(duì)地層的適應(yīng)性或影響提供真實(shí)、準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，保障城市地鐵施工的高效、安全進(jìn)行。
文檔編號(hào)E21D9/06GK101398986SQ20081004651
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2008年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月10日
發(fā)明者川 何, 佳 吾, 勇 方, 趙強(qiáng)政, 磊 郭, 非 馬 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)