[发明专利]盾构施工的模拟装置及模拟方法

说明书

本发明适用于地下工程试验领域，提供了一种盾构施工的模拟装置和模拟方法。本发明所提供的一种盾构施工的模拟装置，包括：试验土仓，其内部形成用于容纳样土的容纳腔，试验土仓包括两块间隔设置的透明前壁，两块透明前壁之间形成连通容纳腔的开口；盾构刀盘组件，至少部分设置在容纳腔中，能够沿开口的延伸方向移动以挖掘所述样土；测量管片组件，可与盾构刀盘组件相邻的设置在容纳腔中，测量管片组件包括开设有注浆孔的管片和固定在管片上的土压力测量件。本发明的盾构施工的模拟装置及模拟方法能够简单直观并且精确的模拟盾构施工的实际场景和测量受力情况。

技术领域

本发明属于地下工程试验领域，尤其涉及一种盾构施工的模拟装置及模拟方法。

背景技术

随着城市化进程加快和隧道设计施工技术的日益进步，土压平衡盾构技术被广泛用于地下隧道施工。由于盾构施工穿越的地质条件复杂并且施工环境差异大，因此进行盾构施工的试验模拟成为研究盾构施工技术的有效手段。相关盾构模拟装置有的直径太小，管片拼装和注浆加固困难，从而不能准确模拟盾构施工的实际场景；而直径大的盾构模拟装置模拟成本较高且掘进过程姿态控制困难。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种盾构施工的模拟装置及模拟方法，以解决如何简便且准确地模拟盾构施工的技术问题。

为解决上述问题，本发明提供一种盾构施工的模拟装置，包括：试验土仓，其内部形成用于容纳样土的容纳腔，所述试验土仓包括两块间隔设置的透明前壁，两块透明前壁之间形成连通所述容纳腔的开口；盾构刀盘组件，至少部分设置在所述容纳腔中，能够沿所述开口的延伸方向移动以挖掘所述样土；测量管片组件，可与所述盾构刀盘组件相邻的设置在所述容纳腔中，所述测量管片组件包括开设有注浆孔的管片和固定在所述管片上的土压力测量件。

优选地，所述盾构刀盘组件包括；刀盘，包括开设有通孔的凸出部和设置在所述凸出部周围的连接部；刀具，凸出固定于所述凸出部的外表面；盾壳，一端与所述连接部可转动的连接，另一端可与所述测量管片组件相邻；驱动主轴，与所述凸出部固定连接，以驱动所述刀盘转动并沿所述开口延伸的方向移动。

优选地，模拟装置还包括刀盘旋转驱动机构，其包括固定在所述驱动主轴上的主齿轮，与所述主齿轮啮合传动的驱动齿轮以及与所述驱动齿轮连接的驱动装置。

优选地，模拟装置还包括刀盘牵引机构，所述刀盘牵引机构包括：固定板，保持位置固定；牵引千斤顶，具有与所述固定板固定连接的第一端和相对所述第一端的第二端；牵引板，与所述牵引千斤顶的第二端固定连接；其中，所述驱动主轴贯穿所述固定板和所述牵引板并与所述牵引板卡合。

优选地，所述牵引板开设有凹槽，所述驱动主轴的一端与所述刀盘的凸出部固定连接，所述驱动主轴的另一端设置有球体，所述球体卡入所述凹槽中。

优选地，所述盾壳的所述另一端设置有盾尾刷，所述盾尾刷可与所述管片接触。

优选地，所述管片有多块，所述测量管片组件还包括：防水垫，设置在相邻的管片之间；连接件，固定连接相邻的管片和对应的防水垫。

优选地，所述管片呈半圆筒状，每块所述管片的外壁面固定有多个沿周向间隔设置的土压力测量件。

优选地，模拟装置还包括：挡土板，可沿所述开口的延伸方向移动；挡土板限位器，可拆卸的与所述透明前壁固定，限定所述挡土板位于所述开口中与两块所述透明前壁抵触。

优选地，模拟装置还包括：管片限位器，与所述透明前壁固定，阻挡所述管片向所述容纳腔外移动。

优选地，模拟装置还包括：管片反力施加装置，与所述试验土仓固定，能够可拆卸的与所述管片连接并作用与所述盾构刀盘组件移动相反方向的作用力。