[发明专利]一种模拟矩形顶管施工可视化试验系统

权利要求书

1.一种模拟矩形顶管施工可视化试验系统，其特征是包括矩形顶管掘进试验机、土箱、顶进动力系统、PIV数字成像处理系统，其中：

所述矩形顶管掘进试验机包括刀盘（7）、工作台（15）、支护外壳（18）、隔板（19），工作台（15）连接支护外壳（18）一端，支护外壳（18）另一端内设有刀盘（7）和隔板（19），形成土压舱；

所述矩形顶管试验机顶进系统包括单片机、千斤顶、动力杆（27）和钢套（16），套箍紧支护外壳，千斤顶固定在工作台一端，动力杆（27）分别固定在千斤顶和钢套（16）上，钢套（16）放置在支护外壳的四边中点位置，顶推系统采用单片机数字控制，可控制推进速度、前后、推力大小；

所述土箱为为透明玻璃箱，两侧设有顶管预留孔，在到达侧孔放置透明塑料保护膜，土箱左右两侧开设两条对称的长条孔，内壁两侧设有卡槽，卡槽上均匀分布预留圆形孔洞；配合特制透明预留有孔洞的挡板，将透明管贯穿，实现不同深度的管道模型；

所述PIV数字成像处理系统包括荧光示踪粒子、透明土、激光器、高速相机和计算机，土箱中装有饱和透明土，在隧道两侧设有透明桩，桩采用TPX材料，上端放有加载仪器，顶管路径上方均匀埋置三层荧光示踪粒子，桩与隧道之间埋置多层荧光示踪粒子，土箱上方、侧面分别假设三台激光器，并使用高速相机采集图像并上传计算机进行图像处理。

2.根据权利要求1所述的一种模拟矩形顶管施工可视化试验系统，其特征是所述土箱内壁与挡板间涂抹透明混合油，防止空气渗入影响观测效果。

3.根据权利要求1所述的一种模拟矩形顶管施工可视化试验系统，其特征是所述矩形顶管掘进试验机包括电机（17）、刀盘（7）、刀具、传动杆（13）、工作台（15）、支护外壳（18）、隔板（19）、螺旋传送机（20）、泥浆泵（21）、泡沫剂导管（22），所述工作台（15）连接支护外壳（18）一端，电机（17）固定在支护外壳（18）内，支护外壳（18）另一端内侧设有刀盘（7）和隔板（19），形成土压舱，隔板（19）下端有预留矩形孔，螺旋传送机（20）通过预留孔进入土压舱内，隔板上端留有圆形孔洞，泡沫剂导管（22）固定在支护外壳（18）内壁上，穿过圆形孔洞，深入土压舱上部，泡沫剂导管（22）通过泥浆泵（21）将外部泡沫剂注入土压舱；

所述传动杆（13）一端连接电机（17），球轴承（12）装在隔板（19）和刀盘（7）上，传动杆（13）另一端通过球轴承（12）穿过隔板（19）与刀盘（7），主齿轮（4）和主切刀（5）穿过传动杆（13），刀盘（7）上均匀布设四个轴承（14），使用钉扣（11）穿过刀盘，固定四组辅助切刀（2）和辅助齿轮（6），主切刀与辅助切刀通过齿轮联动切削土体，切刀整体和齿轮采用骨架形式。

4.根据权利要求3所述的一种模拟矩形顶管施工可视化试验系统，其特征是还包括滑槽基座（28），支护外壳（18）内设有滑槽基座（28），电机（17）固定在滑槽基座（28）上，防止掘进过程中位置偏移。

5.根据权利要求1或3所述的一种模拟矩形顶管施工可视化试验系统，其特征是所述刀盘下端留有出渣空洞，将渣土排入刀盘和隔板之间的土压仓。

6.根据权利要求1或3所述的一种模拟矩形顶管施工可视化试验系统，其特征是所述刀盘上设有传动杆和钉扣孔洞，隔板设有传动杆孔洞，在相应部位嵌入轴承，并在表面涂润滑油保证土压仓密封，传动杆转动摩擦小。

7.根据权利要求3所述的一种模拟矩形顶管施工可视化试验系统，其特征是所述顶管支护外壳采用透明玻璃材质，并在相应位置留有导管孔；渣土出渣装置采用可变速螺旋机出渣，固定在隔板底部，出渣端下设有收集容器；导管采用透明塑料导管，固定在支护外壳上侧预留孔上，注入泡沫剂。

8.根据权利要求3所述的一种模拟矩形顶管施工可视化试验系统，其特征是所述主切刀和辅助切刀采用上装有菱形转刀，均采用透明石英玻璃材料。