[发明专利]一种变截面隧道的开挖试验装置及其试验开挖方法

说明书

本发明涉及地下工程施工过程的实验室模拟领域，具体是一种变截面隧道的开挖试验装置及其试验开挖方法，所述开挖试验装置的刀具位于机身的前端，所述转子一端与刀具连接，另一端与螺旋出土管连接，刀具和螺旋出土管通过转子带动共同工作，螺旋出土管置于机身中，在机身前端均匀设置四套注浆装置，后端设置液压推进器，所述刀具包括刀片和弹簧按钮，刀片与弹簧按钮连接，弹簧按钮可控制刀片的折叠，通过旋转折叠刀片的角度能够实现多种初始开挖直径。本发明解决了变截面隧道的连续开挖问题，并且能够保证开挖过程中围岩的稳定性。对研究变截面隧道开挖引起周围土体变形及地表沉降问题具有重要意义。

技术领域

本发明涉及地下工程施工过程的实验室模拟领域，具体是一种变截面隧道的开挖试验装置及其试验开挖方法。

背景技术

随着隧道工程技术的不断发展，为适应各种极端条件，在绿色环保理念的感召下，各种新型隧道层出不穷，譬如能源隧道以其充分利用地热温度等环保优势，成为诸多学者的研究对象。为了适应新型隧道的设计理念，改变隧道截面大小的新隧道形式应运而生。如何实现隧道的变截面开挖，对研究变截面隧道开挖引起周围土体变形及地表沉降问题具有重要意义，也对不同截面形式的新型隧道模型试验研究奠定了基础，具有广阔的应用前景。

隧道开挖相关问题的研究方法主要有经验法、模型试验法、数值模拟法等，其中模型试验法最为直观，然而目前对于变截面隧道开挖过程的研究较少，主要面临的问题是如何在改变截面尺寸时保证开挖过程的连续性及围岩的稳定性，如何解决这一问题成为进行变截面隧道开挖过程的模型试验研究的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种变截面隧道的开挖试验装置及其试验开挖方法，在隧道开挖过程中可随时改变开挖截面大小，连续地完成整个变截面隧道的开挖，并且保证开挖过程中围岩的稳定性，便于后续新型隧道技术核心设施安装等试验步骤的实施。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：提供一种变截面隧道的开挖试验装置，包括螺旋出土管、机身、刀具、转子、注浆装置以及液压推进器，所述刀具位于机身的前端，所述转子一端与刀具连接，另一端与螺旋出土管连接，刀具和螺旋出土管通过转子带动共同工作，螺旋出土管置于机身中，在机身前端均匀设置四套注浆装置，后端设置液压推进器，所述刀具包括刀片和弹簧按钮，刀片与弹簧按钮连接，弹簧按钮可控制刀片的折叠，通过旋转折叠刀片的角度能够实现多种初始开挖直径。

所述螺旋出土管由大直径麻花钻头切割制成。

所述机身由钢管制成，与刀具连接端呈开放状态，方便废土输送至机身，与液压推进器连接端封闭。

所述刀具包括八个刀片、四个弹簧按钮，每两个刀片由弹簧按钮连接，弹簧按钮可控制顶端刀片的折叠。

所述转子一端与刀具连接，另一端与螺旋出土管连接，刀具和螺旋出土管通过转子带动共同工作。

所述注浆装置由注浆喷嘴、泵送管和泵构成，注浆喷嘴固定于机身前端，位于刀具之后，注浆喷嘴与机身呈5°—10°角倾斜，最高点与机身垂直高度低于刀具长度，泵送管一端与注浆喷嘴连接，另一端与泵连接，紧贴于机身固定，泵固定于机身尾部。

所述的变截面隧道的开挖试验装置的试验开挖方法，具体试验操作步骤如下：

(1)将各部分连接完毕后启动转子使刀具和螺旋出土管转动，同时启动液压推进器和泵；

(2)液压推进器推动机身，通过刀具转动切削土体，切削的废土由螺旋出土管送至机身存储，推进过程中注浆装置持续注浆防止土体塌落；

(3)推进过程中可通过弹簧按钮控制刀具的伸缩，以达到变截面开挖的目的；

(4)开挖完成后将液压推进器拆除，小心取出机身，清理机身中的废土。

本发明的有益效果如下：