[发明专利]主动破坏过程中模型盾构机内部土压传递规律装置和方法

摘要

本发明公开了主动破坏过程中模型盾构机内部土压传递规律装置和方法，属于隧道工程的模型试验领域。通过模型盾构机刀盘上、土压舱内、螺旋出土器内安装微型土压力盒的方式，完成了对盾构机内部土压力监测点的布设；将前期盾构掘进过程中各处微型土压力盒达到的稳定值，作为研究开挖面主动破坏过程中盾构机内部土压传递规律的模型盾构机内部各处土压力的初始值；通过模型盾构机刀盘空转、螺旋出土器出土的试验方法，模拟真实盾构机主动破坏的过程，进而研究主动破坏过程中模型盾构机内部土压传递规律。本发明可用于模拟有水和无水条件下，砂土、黏土、砂卵石土等地层中盾构隧道开挖面主动破坏过程中模型盾构机内部土压传递规律。

主权项

1.主动破坏过程中模型盾构机内部土压传递规律方法，实现该方法的装置结构如下，微型土压力盒（1）呈上大下小的形状，微型土压力盒（1）尾部有导线（2）穿出，用于测量模型盾构机内部的土压力；刀盘（3）装在模型盾构机（4）的最前端，通过旋转切削前方土体；刀盘面板（5）上有一定的开口（6），切削下来的土体经过刀盘（3）上的开口（6）进入刀盘后面的土压舱（7）内；刀盘面板（5）上挖有通透的凹槽（8），凹槽（8）呈上大下小的形状，与微型土压力盒（1）的形状和大小相一致；将微型土压力盒（1）放入刀盘（3）的凹槽（8）内后，由于刀盘面板（5）上的凹槽（8）上大下小，微型土压力盒（1）不会掉出；土压舱（7）位于模型盾构机（4）的刀盘（3）的后面，用于暂时储存刀盘（3）切削下的土体，并通过内部土体的支护力来平衡开挖面上的水土压力；所述的土压舱（7）的舱壁（9）上挖有通透的凹洞（10），凹洞（10）呈上大下小的形状，凹洞（10）与微型土压力盒（1）的形状和大小一致；将微型土压力盒（1）放入舱壁（9）的凹洞（10）内后，凹洞（10）上大下小，微型土压力盒（1）不会掉出；螺旋出土器（11）安装在模型盾构机（4）的内部，用来排出土压舱（7）内的土体；通过调节螺旋出土器（11）的转速来维持土压舱（7）内的支护力与开挖面上水土压力相平衡；在螺旋出土器（11）的管壁（12）内壁底部等间距挖出几个上大下小的孔（13），孔（13）的大小、形状与微型土压力盒（1）相同，将微型土压力盒（1）放入螺旋出土器（11）的孔（13）内，不会掉出；其特征在于：该方法包括包括如下步骤，S1模型箱（14）内填土完成后，静置一段时间，记录下模型盾构机（4）的刀盘（3）上、土压舱（7）舱壁（9）上和螺旋出土器（11）底部的微型土压力盒（1）的初始读数；S2将模型盾构机（4）紧靠模型箱（14）洞口（15），准备开挖；同时开启盾构机的顶进电机（16）、刀盘电机（17）和螺旋出土器电机（18），模型盾构机（4）开始掘进；当各处微型土压力盒（1）的读数稳定后，记录下刀盘（3）上、土压舱（7）舱壁（9）上和螺旋出土器（11）底部的微型土压力盒（1）的读数；S3模型盾构机（4）继续开挖一段距离后，同时关闭顶进电机（16）、刀盘电机（17）和螺旋出土器电机（18），模型盾构机（4）停止掘进；静置，待半小时以内所有微型土压力盒（1）的读数都稳定在允许范围内时，此时读取各处微型土压力盒（1）的读数；S4开始盾构开挖面主动破坏试验；启动刀盘电机（17），同时打开螺旋出土器电机（18），关闭顶进电机（16）；实时记录各处微型土压力盒的读数，包括刀盘（3）上、土压舱（7）的舱壁（9）上和螺旋出土器（11）底部的微型土压力盒（1）的读数；S5试验结束后，关闭刀盘电机（17）和螺旋出土器电机（18），静置一段时间后测模型盾构机内部各处微型土压力盒（1）的读数。