【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于地铁工程，尤其涉及一种盾构掘进试验装置及方法。
技术介绍
1、城市地铁作为一种高效、低碳、大容量的公共交通方式，已经成为许多国家和地区城市化进程中不可或缺的基础设施。地铁的建设和运营不仅能够改善城市交通状况，提高城市运行效率，还能够促进沿线地区的经济发展，扩展城市空间结构，提升城市形象和竞争力。随着施工设备的发展以及城市建设的需要，现在可以在更复杂的环境里施工。由于城市地下地质条件的不同并且存在高层建筑物的地基，因此在隧道施工时，需要尽可能的规避这些障碍物，进而导致隧道高程随着路线会有变化，呈整体上升或下降，这就要求盾构机调整前进姿态实现上挖或者下挖的动作。
2、然而在实际的施工中，综合各方面的因素，盾构隧道掘进过程中的掘进路线任然要经过某些建筑下部已有的桩土复合地基，这时就不可避免的出现盾构切桩的情形。在这一过程中，盾构机刚接触基桩时，盾构的冲击可能会导致桩体倾斜，在接触以后，盾构机的刀盘的转动不仅导致桩体破碎而且会出现桩体分段、桩长变短，进而影响桩土复合地基的承载力。因此在施工前全面评估施工中盾构机与复合地基交错对复合地基承载力的影响是至关重要的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：为了能够在盾构机施工前全面评估盾构机与复合地基交错对复合地基承载力的影响，而提出的一种盾构掘进试验装置及方法。
2、为了实现上述目的，一方面，本专利技术采用了如下技术方案：一种盾构掘进试验装置，包括安装架，安装架包括底板，底板上设置有模型箱，模型箱内竖直设
3、作为上述技术方案的进一步描述：可伸缩组合玻璃板件包括上牵拉部、中部滑移板、下支撑部，上牵拉部固定在模型箱上，下支撑部固定在底板上，上牵拉部包括上部调节座，上部调节座内滑动设置有由上部调节座下方的开口伸出的调节板，上部调节座上方固定设置有电机，电机的输出轴同轴设置有卷带轮，卷带轮上缠绕有牵拉带，牵拉带的自由端固定在位于上部调节座内的调节板的上部；下支撑部包括下部调节座，下部调节座内滑动设置有由下部调节座上方的开口伸出的调节板，下部调节座内设置有调节千斤顶，调节千斤顶的输出端与位于下部调节座内的调节板的下部固定，设置在上部调节座上的调节板与设置在下部调节座上的调节板对应，中部滑移板设置在两个调节板之间，中部滑移板沿调节板的长度方向滑动设置。
4、作为上述技术方案的进一步描述：可伸缩组合玻璃板件还包括调节导向组件，两组调节导向组件关于中部滑移板上下对称设置，调节板与中部滑移板对应的端部开设有安装槽，中部滑移板的上部和下部均设置有限位槽，调节导向组件包括导向板，导向板沿其长度方向一部分滑动设置在限位槽内一部分设置在安装槽内，导向板的两端均转动设置有齿条段，齿条段位于安装槽内，齿条段的转动轴垂直于调节板，安装槽内设置有旋钮，旋钮的轴线垂直于调节板并由调节板穿出，旋钮的端部同轴设置有齿轮，齿轮与齿条段啮合，安装槽内还设置有限位块，限位块上开设有齿圈槽，齿圈槽与齿轮端面对应，齿条段上固定设置有连接板，连接板上开设有矩形孔，旋钮的轴穿设于矩形孔内。
5、作为上述技术方案的进一步描述：安装架还包括立柱、横向架杆和纵向架杆，立柱架设在底板的四角，纵向架杆纵向架设在相邻两个立柱之间，横向架杆架设在两个纵向架杆上，横向架杆沿纵向架杆滑动设置，横向架杆上设置有卡扣件，卡扣件下部通过螺栓连接竖向设置的加载千斤顶，加载千斤顶的输出端设置有加载板，模型箱的上侧敞口处的土层上部设置褥垫层。
6、作为上述技术方案的进一步描述：支撑架承台包括承载板、底座，底座固定在底板上，承载板与底座之间设置有承载千斤顶，承载千斤顶与底座固定，承载板设置在承载千斤顶的输出端上，承载千斤顶的输出端的端部为圆弧面，承载板上开设有与模型盾构机的盾构管片外周适配的凹槽。
7、作为上述技术方案的进一步描述：所述模型箱朝向所述模型盾构机的侧面开设有盾构豁口，盾构豁口处沿所述模型箱内侧壁上下滑动设置有适配板，适配板上开设有半圆形豁口，半圆形豁口与所述模型盾构机的盾构管片外壁适配。
8、作为上述技术方案的进一步描述：所述模型盾构机远离所述模型箱的一侧设置有反力架，反力架包括两个支撑柱，支撑柱固定设置在所述底板上，两个支撑柱之间固定设置有反力钢板，所述顶推装置包括承压千斤顶、顶推千斤顶、反力板、千斤顶加载板、压力传感器，千斤顶加载板设置在模型盾构机的端部，反力板设置在千斤顶加载板与反力钢板之间，承压千斤顶设置在反力钢板上，顶推千斤顶设置在反力板上，顶推千斤顶的输出端与千斤顶加载板固定连接，承压千斤顶端部为圆弧面，圆弧面与所述反力板抵接。
9、作为上述技术方案的进一步描述：所述盾构管片、所述前盾上开设有卡嵌槽，卡嵌槽与所述中部滑移板上的限位槽对应，卡嵌槽与导向板对应，所述前盾设置有一半圆形壳体，半圆形壳体遮挡所述刀盘的一半。
10、作为上述技术方案的进一步描述：所述桩体上沿桩身设置有应变片、倾斜传感器、位移传感器，所述桩体的桩底设置压力盒，所述模型盾构机上设置有倾斜传感器。
11、另一方面，本专利技术提出一种盾构机掘进实验方法，采用上述的一种盾构掘进实验装置，包括以下步骤：步骤一：搭建掘进实验装置，根据预设盾构路线在指定位置设置相应的传感器，调整模型盾构机的位置，准备盾构实验；
12、步骤二：启动顶推装置驱动模型盾构机进行盾构；
13、步骤三：通过操作控制可伸缩组合玻璃板件、承载千斤顶、承压千斤顶调整模型盾构机的前进的俯仰角度；
14、步骤四：通过相应的传感器记录相关实验参数；
15、步骤五：改变盾构机的盾构的俯仰角度，重复操作步骤一至步骤四，获得对应实验数据；
16、步骤六：整理分析实验数据，获得结论，为实际盾构提供指导。
17、综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
18、(1)模型盾构机的刀盘在切割桩体时，由于前侧为玻璃板件，可以展示出此时桩被冲击以及被切割的形态，由应变片以及土压力盒反馈的参数定量反映桩体被切割的状态，由承压千斤顶、顶推千斤顶以及刀盘的压力传感器反馈的参数反映盾构的前进的状态，实现盾构切桩过程的可视化和定量化，以便收到施工进程即时的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种盾构掘进实验装置，包括安装架(1)，所述安装架(1)包括底板(2)，其特征在于，所述底板(2)上设置有模型箱(8)，模型箱(8)内竖直设置有桩体，模型箱(8)内部填土，模型箱(8)的前侧和上侧为敞口，模型箱(8)的前侧设置有可伸缩组合玻璃板件(11)，多个可伸缩组合玻璃板件(11)拼接在一起对模型箱(8)的前侧敞口封堵，所述安装架(1)一侧还设置有模型盾构机，模型盾构机包括前盾(02)和与前盾(02)相连接的盾构管片(01)，所述底板(2)上设置有支撑架承台，模型盾构机设置在支撑架承台上，模型盾构机的后侧设置有顶推装置，顶推装置推动模型盾构机前进对模型箱(8)进行盾构，模型盾构机的掘进路线经过桩体，模型盾构机的中心轴线沿可伸缩组合玻璃板件(11)沿伸，可伸缩组合玻璃板件(11)用于调整模型盾构机的俯仰角度。
2.根据权利要求1所述的一种盾构掘进实验装置，其特征在于：所述可伸缩组合玻璃板件(11)包括上牵拉部(12)、中部滑移板(13)、下支撑部(14)，上牵拉部(12)固定在所述模型箱(8)上，下支撑部(14)固定在所述底板(2)上，上牵拉部(12)包括上部调
3.根据权利要求2所述的一种盾构掘进实验装置，其特征在于：所述可伸缩组合玻璃板件(11)还包括调节导向组件(20)，两组调节导向组件(20)关于所述中部滑移板(13)上下对称设置，所述调节板(16)与所述中部滑移板(13)对应的端部开设有安装槽(21)，所述中部滑移板(13)的上部和下部均设置有限位槽(22)，调节导向组件(20)包括导向板(23)，导向板(23)沿其长度方向一部分滑动设置在限位槽(22)内一部分设置在安装槽(21)内，导向板(23)的两端均转动设置有齿条段(24)，齿条段(24)位于安装槽(21)内，齿条段(24)的转动轴垂直于调节板(16)，安装槽(21)内设置有旋钮(25)，旋钮(25)的轴线垂直于调节板(16)并由调节板(16)穿出，旋钮(25)的端部同轴设置有齿轮(26)，齿轮(26)与齿条段(24)啮合，安装槽(21)内还设置有限位块，限位块上开设有齿圈槽(27)，齿圈槽(27)与齿轮(26)端面对应，齿条段(24)上固定设置有连接板(28)，连接板(28)上开设有矩形孔(29)，旋钮(25)的轴穿设于矩形孔(29)内。
4.根据权利要求1所述的一种盾构掘进实验装置，其特征在于：所述安装架(1)还包括立柱(3)、横向架杆(5)和纵向架杆(4)，立柱(3)架设在所述底板(2)的四角，纵向架杆(4)纵向架设在相邻两个立柱(3)之间，横向架杆(5)架设在两个纵向架杆(4)上，横向架杆(5)沿纵向架杆(4)滑动设置，横向架杆(5)上设置有卡扣件(6)，卡扣件(6)下部通过螺栓连接竖向设置的加载千斤顶(7)，加载千斤顶(7)的输出端设置有加载板，所述模型箱(8)的上侧敞口处的土层上部设置褥垫层。
5.根据权利要求1所述的一种盾构掘进实验装置，其特征在于：所述支撑架承台包括承载板(30)、底座(31)，底座(31)固定在所述底板(2)上，承载板(30)与底座(31)之间设置有承载千斤顶(32)，承载千斤顶(32)与底座(31)固定，承载板(30)设置在承载千斤顶(32)的输出端上，所述承载千斤顶(32)的输出端的端部为圆弧面，所述承载板(30)上开设有与所述模型盾构机的盾构管片(01)外周适配的凹槽。
6.根据权利要求1所述的一种盾构掘进实验装置，其特征在于：所述模型箱(8)朝向所述模型盾构机的侧面开设有盾构豁口(39)，盾构豁口(39)处沿所述模型箱(8)内侧壁上下滑动设置有适配板(40)，适配板(40)上开设有半圆形豁口(41)，半圆形豁口(41)与所述模型盾构机的盾构管片(01)外壁适配。
7.根据权利要求1所述的一种盾构掘进实验装置，其特征在于：所述模型盾构机远离所述模型箱(8)的一侧设置有反力架，反力架包括两个支撑柱(33)，支撑柱(33)固定设置在所述底板(2)上，两个支撑柱(33)之间固定设置有反力钢板(34)，所述顶推装置包括承压千斤顶(35)、顶推千斤顶(36)、反力板(37)、千斤顶加载板(38)、压力传感器，千斤顶加载板(38)设置在模型盾构机的端部，反力板(37)设置在千斤顶加载板(38)与反力钢板(34)之间，承压千斤顶(35)设置在反力钢板(34)上，顶推千斤顶(36)设置在反...
【技术特征摘要】
1.一种盾构掘进实验装置，包括安装架(1)，所述安装架(1)包括底板(2)，其特征在于，所述底板(2)上设置有模型箱(8)，模型箱(8)内竖直设置有桩体，模型箱(8)内部填土，模型箱(8)的前侧和上侧为敞口，模型箱(8)的前侧设置有可伸缩组合玻璃板件(11)，多个可伸缩组合玻璃板件(11)拼接在一起对模型箱(8)的前侧敞口封堵，所述安装架(1)一侧还设置有模型盾构机，模型盾构机包括前盾(02)和与前盾(02)相连接的盾构管片(01)，所述底板(2)上设置有支撑架承台，模型盾构机设置在支撑架承台上，模型盾构机的后侧设置有顶推装置，顶推装置推动模型盾构机前进对模型箱(8)进行盾构，模型盾构机的掘进路线经过桩体，模型盾构机的中心轴线沿可伸缩组合玻璃板件(11)沿伸，可伸缩组合玻璃板件(11)用于调整模型盾构机的俯仰角度。
2.根据权利要求1所述的一种盾构掘进实验装置，其特征在于：所述可伸缩组合玻璃板件(11)包括上牵拉部(12)、中部滑移板(13)、下支撑部(14)，上牵拉部(12)固定在所述模型箱(8)上，下支撑部(14)固定在所述底板(2)上，上牵拉部(12)包括上部调节座(15)，上部调节座(15)内滑动设置有由上部调节座(15)下方的开口伸出的调节板(16)，上部调节座(15)上方固定设置有电机，电机的输出轴同轴设置有卷带轮，卷带轮上缠绕有牵拉带(17)，牵拉带(17)的自由端固定在位于上部调节座(15)内的调节板(16)的上部；
3.根据权利要求2所述的一种盾构掘进实验装置，其特征在于：所述可伸缩组合玻璃板件(11)还包括调节导向组件(20)，两组调节导向组件(20)关于所述中部滑移板(13)上下对称设置，所述调节板(16)与所述中部滑移板(13)对应的端部开设有安装槽(21)，所述中部滑移板(13)的上部和下部均设置有限位槽(22)，调节导向组件(20)包括导向板(23)，导向板(23)沿其长度方向一部分滑动设置在限位槽(22)内一部分设置在安装槽(21)内，导向板(23)的两端均转动设置有齿条段(24)，齿条段(24)位于安装槽(21)内，齿条段(24)的转动轴垂直于调节板(16)，安装槽(21)内设置有旋钮(25)，旋钮(25)的轴线垂直于调节板(16)并由调节板(16)穿出，旋钮(25)的端部同轴设置有齿轮(26)，齿轮(26)与齿条段(24)啮合，安装槽(21)内还设置有限位块，限位块上开设有齿圈槽(27)，齿圈槽(27)与齿轮(26)端面对应，齿条段(24)上固定设置有连接板(28)，连接板(28)上开设有矩形孔(29)，旋钮(25)的轴穿设于矩形孔(29)内。
4.根据权利要求1所述的一种盾构掘进实验装置，其特征在于：所述安装架(1)还包括立柱(3)、横向架杆(5)和纵向架杆(4)，立柱(3...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭院成，王孟乾，李明宇，王文彬，刘云龙，朱翔，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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