【技术实现步骤摘要】
本技术涉及顶管施工，尤其涉及一种阶梯形顶管机施工模拟装置。
技术介绍
1、城市地下空间的开发是未来城市发展的必然趋势，其中圆形隧道因其结构受力合理，施工工艺简单而广为采用。为了研究隧道的施工过程，现有多种实现顶管掘进的试验装置。
2、专利cn 216285260 u公开了一种大纵坡顶管掘进模型试验装置，包括模型箱、顶管机构、顶进机构、掘进机构和可调节倾斜角度的顶管支撑机构；所述模型箱内充填试验模型土体并预埋有土体监测传感器，该模型箱一侧壁有位于不同高度的一进孔挡板和若干拼装挡板拼合而成，进孔挡板上设有顶进预留孔洞；所述顶管机构由若干节标准管节同轴插装而成，顶管机构以一定倾斜角度置于所述顶管支撑机构上，该顶管机构一端装有所述掘进机构并穿过所述顶进预留孔洞插入所述模型箱内试验模型土体，顶管机构另一端设有所述顶进机构；所述顶管机构内设有用于将掘进机构所产生弃土输送至所述模型箱外的弃土输送机构。
3、专利cn 217085980 u公开了种室内顶管模拟装置，包括顶推机构、切土机构，所述顶推机构设有导轨机构，所述顶推机构通过所述导轨机构输出连接所述切土机构，所述切土机构内置于所述导轨机构，所述切土机构包括顶管机头、纠偏机构，所述顶管机头设有开孔，所述顶管机头与所述导轨机构内壁设有间隙，所述间隙用于设置所述纠偏机构，所述纠偏机构内壁与所述顶管机头外侧适应设置。本方案中，通过顶推机构提供顶推作用力，通过导轨机构将作用力传递到切土机构上，其中，本技术通过在切土机构设置开孔，用于清理切土的土体，避免土体表面不必要的拱起和松
4、专利cn 209311110 u公开了一种顶管施工的室内试验模拟系统，包括模型箱、导轨限位机构、顶管机构、切土机构、注浆系统和位移监测系统。模型箱内铺设土体；顶管机构和切土机构模拟实际顶管过程，进入模型箱内进行模拟顶管施工，注浆系统模拟实际注浆，位移监测系统位于箱体的上方，在实验过程中，导轨限位机构通过直线导轨和限位滑轮确保顶管机构的直线顶管，避免径向偏移造成的浆料溢出，确保可注浆的压力稳定可控，通过设置在顶管机构和切土机构的压力传感器，实时测量顶管用的推力和切土阻力，通过位移监测系统实时测量顶管过程中的对周围土体的扰动。
5、专利cn 209927481 u公开了一种顶管隧道施工模型装置。包括模型试验台、顶管机模拟装置，模拟试验台包括模型体坑，模型体坑四周围设有井壁，顶管机模拟装置开始施工侧井壁为工作井井壁，与工作井井壁相对的井壁为接收井井壁，接收井井壁和工作井井壁上设置有模拟用预留施工口，试验时在模型体坑的内部用调配好的模型土体填筑模型体坑；顶管机模拟装置包括壳体、切削刀头、螺旋出土器，切削刀头设置在该顶管机模拟装置的最前端，壳体与前端设置的切削刀头连接，螺旋出土器位于壳体后半部分内部。
6、随着市政隧道施工断面逐渐往大断面趋势发展，大断面矩形顶管机得到广泛应用于发展。与圆形断面相比，矩形断面有效使用面积大于20％以上，在市政隧道工程中尤以矩形最为经济。相对于明挖法、箱涵顶进法、hep&jes法构筑矩形空间，盾构法和矩形顶管法对周边环境影响小、综合成本低。但相对于盾构法采用盾构机掘进，矩形顶管机制造时间短，组装场地小，适用于短距离的地下空间构筑工程。
7、但现阶段，大断面矩形顶管机顶进过程中，因其断面较大，净空断面面积>50m2，全断面开挖风险高，难以实现掌子面压力控制，造成掌子面稳定性差，地层扰动大等问题。因此提出阶梯型顶管机施工模拟装置至关重要，用于研究分析大断面矩形顶管机顶进施工。然而，包括上述专利在内的现有技术均未有阶梯型顶管模拟装置提出，常规顶管模拟装置可以模拟开挖断面及掘进距离有限。
技术实现思路
1、为了克服现有技术中缺乏对阶梯型顶管的模拟装置，本技术提供一种阶梯形顶管机施工模拟装置，旨在为大断面顶管隧道施工提供科学的依据和数据支持。
2、本技术技术方案如下所述：
3、一种阶梯形顶管机施工模拟装置，其特征在于，包括：
4、模拟试验台，所述模拟试验台包括模型体坑，所述模型体坑的外围设有井壁；
5、顶管机模拟装置，所述顶管机模拟装置包括工作台、通过导轨传送带设置于所述工作台上的切土机构、顶管机构和弃土输送机构，所述切土机构包括阶梯形刀头、与所述阶梯形刀头连接的刀盘传动盒，所述阶梯形刀头的壳体的截面呈矩形。
6、根据上述方案的本技术，其特征在于，所述阶梯形刀头包括呈阶梯状布置的上下两个壳体，两个所述壳体上还设有对应的刀盘，两个所述刀盘呈阶梯状错位设置。
7、进一步的，位于下侧的所述壳体的边长为位于上侧的所述壳体边长的2倍。
8、进一步的，每个所述壳体内设有刀盘轴，所述刀盘与对应的刀盘轴的输出端连接。
9、进一步的，所述阶梯形刀头还包括刀盘传动盒，所述刀盘传动盒内设置有主轴传动大齿轮及与所述主轴传动大齿轮啮合连接的两组刀盘转动小齿轮，所述主轴传动大齿轮与所述顶管机构连接，每一组所述刀盘转动小齿轮分别与对应的所述壳体内的所述刀盘轴的输入端连接。
10、进一步的，所述顶管机构包括：顶推伺服电机、刀盘伺服电机、可拆卸u型管节、标准管节和可拆卸主轴，其中：所述刀盘伺服电机通过所述可拆卸主轴与所述主轴传动大齿轮连接，且所述刀盘伺服电机和所述顶推伺服电机通过反力架组装成一体，所述刀盘伺服电机两侧设有不同尺寸的、用于模拟不同开挖断面螺栓孔位；所述可拆卸u型管节设有弃土输送管安装口，所述可拆卸主轴长度与所述标准管节长度相同。
11、进一步的，所述弃土输送机构包括螺旋出土箱和弃土箱，其中，所述螺旋出土箱内设置有搅拌器和第一吸土器，所述弃土箱内设置有第二吸土器。
12、进一步的，所述第一吸土器包括橡胶吸土管和伸缩式出土管，所述伸缩式出土管设置于所述螺旋出土箱的尾部，所述橡胶吸土管设置在螺旋出土箱的头部。
13、进一步的，所述第二吸土器包括橡胶弃土管，所述橡胶弃土管的一端设置于所述弃土箱上，另一端设置于所述可拆卸u型管节的弃土输送安装口上，并与所述伸缩式出土管连接。
14、进一步的，所述可拆卸主轴的一端设置有卡舌，另一端设置有与所述卡舌相对应的卡槽。
15、根据上述方案的本技术，其有益效果在于，本技术克服了传统顶管模拟装置仅能实现弧形顶管的模拟试验，而无阶梯型顶管的模拟装置，其通过模拟试验台模拟顶管施工场景，通过顶管机模拟装置模拟矩形顶管顶进施工的设备，以此实现矩形顶管顶进施工的模拟试验，进而得到矩形顶管施工过程中的各种试验数据，以为大断面顶管隧道施工提供科学的依据和数据支持。
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1.一种阶梯形顶管机施工模拟装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的阶梯形顶管机施工模拟装置，其特征在于，所述阶梯形刀头包括呈阶梯状布置的上下两个壳体，两个所述壳体上还设有对应的刀盘，两个所述刀盘呈阶梯状错位设置。
3.根据权利要求2所述的阶梯形顶管机施工模拟装置，其特征在于，位于下侧的所述壳体的边长为位于上侧的所述壳体边长的2倍。
4.根据权利要求2所述的阶梯形顶管机施工模拟装置，其特征在于，每个所述壳体内设有刀盘轴，所述刀盘与对应的刀盘轴的输出端连接。
5.根据权利要求4所述的阶梯形顶管机施工模拟装置，其特征在于，所述阶梯形刀头还包括刀盘传动盒，所述刀盘传动盒内设置有主轴传动大齿轮及与所述主轴传动大齿轮啮合连接的两组刀盘转动小齿轮，所述主轴传动大齿轮与所述顶管机构连接，每一组所述刀盘转动小齿轮分别与对应的所述壳体内的所述刀盘轴的输入端连接。
6.根据权利要求5所述的阶梯形顶管机施工模拟装置，其特征在于，所述顶管机构包括：顶推伺服电机、刀盘伺服电机、可拆卸U型管节、标准管节和可拆卸主轴，其中：
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8.根据权利要求7所述的阶梯形顶管机施工模拟装置，其特征在于，所述第一吸土器包括橡胶吸土管和伸缩式出土管，所述伸缩式出土管设置于所述螺旋出土箱的尾部，所述橡胶吸土管设置在螺旋出土箱的头部。
9.根据权利要求8所述的阶梯形顶管机施工模拟装置，其特征在于，所述第二吸土器包括橡胶弃土管，所述橡胶弃土管的一端设置于所述弃土箱上，另一端设置于所述可拆卸U型管节的弃土输送安装口上，并与所述伸缩式出土管连接。
10.根据权利要求6所述的阶梯形顶管机施工模拟装置，其特征在于，所述可拆卸主轴的一端设置有卡舌，另一端设置有与所述卡舌相对应的卡槽。
...【技术特征摘要】
1.一种阶梯形顶管机施工模拟装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的阶梯形顶管机施工模拟装置，其特征在于，所述阶梯形刀头包括呈阶梯状布置的上下两个壳体，两个所述壳体上还设有对应的刀盘，两个所述刀盘呈阶梯状错位设置。
3.根据权利要求2所述的阶梯形顶管机施工模拟装置，其特征在于，位于下侧的所述壳体的边长为位于上侧的所述壳体边长的2倍。
4.根据权利要求2所述的阶梯形顶管机施工模拟装置，其特征在于，每个所述壳体内设有刀盘轴，所述刀盘与对应的刀盘轴的输出端连接。
5.根据权利要求4所述的阶梯形顶管机施工模拟装置，其特征在于，所述阶梯形刀头还包括刀盘传动盒，所述刀盘传动盒内设置有主轴传动大齿轮及与所述主轴传动大齿轮啮合连接的两组刀盘转动小齿轮，所述主轴传动大齿轮与所述顶管机构连接，每一组所述刀盘转动小齿轮分别与对应的所述壳体内的所述刀盘轴的输入端连接。
6.根据权利要求5所述的阶梯形顶管机施工模拟装...
【专利技术属性】
技术研发人员：张宏伟，吕庆龙，苏栋，周文朋，袁少波，李煜钦，曹宜乐，左剑勇，王雷，陈湘生，周宁，
申请(专利权)人：中电建铁路建设投资集团有限公司，
类型：新型
国别省市：
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