模擬隧道開挖及補(bǔ)償注漿過程的三維模型隧道試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種巖土工程中的試驗(yàn)裝置，特別是涉及模擬隧道開挖及補(bǔ)償注漿過程的三維模型隧道試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)現(xiàn)代化城市建設(shè)進(jìn)度的加快，地下軌道交通建設(shè)需求越來越大，發(fā)展越來越快，目前地鐵隧道建設(shè)應(yīng)用最廣泛的方法為盾構(gòu)法，對(duì)于盾構(gòu)法施工的工程評(píng)估和評(píng)價(jià)，主要可以采用經(jīng)驗(yàn)公式法、有限元數(shù)值模擬、模型試驗(yàn)法，其中模型試驗(yàn)方法具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，也具有很大的進(jìn)步空間。
[0003]第一，模型試驗(yàn)是研究盾構(gòu)隧道施工關(guān)鍵技術(shù)非常重要的方法，對(duì)于盾構(gòu)隧道關(guān)鍵技術(shù)的研究和驗(yàn)證，通常需要幾種方法共同使用相互對(duì)比，在地下工程施工這種比較難以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和控制的工程領(lǐng)域，有效的模型試驗(yàn)顯得尤為重要。
[0004]第二，模型試驗(yàn)方法通過一定的簡(jiǎn)化突出特定要素的影響，可以有效模擬實(shí)際工程的真實(shí)情況，能夠通過試驗(yàn)對(duì)比得到有效的數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)進(jìn)行分析，其結(jié)果對(duì)于對(duì)應(yīng)的實(shí)際工程是比較可靠的參考。
[0005]現(xiàn)有模型試驗(yàn)隧道裝置實(shí)現(xiàn)膨脹和收縮的辦法共兩種:
[0006]第一類可以概括為水囊法，即在剛性筒外包乳膠水囊，通過往囊中注水或排水來模擬隧道的膨脹和收縮(國(guó)內(nèi)外采用這類試驗(yàn)裝置的實(shí)例已有很多)。這種裝置雖然原理簡(jiǎn)單，但在抽水或注水的過程中，盡管體積變化可以通過流量來精確的控制，但抽水或注水過程完成時(shí)乳膠囊形狀不好控制，很難保證隧道外輪廓仍然是規(guī)則的圓形，會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成很大影響。
[0007]第二類為機(jī)械式模型隧道(例如一些日本學(xué)者)，原理便是通過抽拉裝置內(nèi)部的錐形芯，控制與錐形芯接觸的頂桿的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)隧道的收縮和膨脹，如此隧道膨脹和收縮后的尺寸以及形狀都能夠精確的控制。然而，為了能夠?qū)崿F(xiàn)隧道膨脹或收縮，該類裝置的管片外輪廓不能是一個(gè)整體的圓形，而需是一圈由若干塊管片布置拼成的，兩兩之間有間隙的多邊形。理論上講，管片片數(shù)越多越能接近真實(shí)的圓形，但分割越細(xì)加工難度也就越大。此夕卜，上述試驗(yàn)裝置僅能實(shí)現(xiàn)隧道整體的膨脹和收縮，適用于假定為平面應(yīng)變問題的二維模型試驗(yàn)，而實(shí)際過程中管片的拼裝都是逐環(huán)進(jìn)行的，施工過程是三維的，因此該裝置的應(yīng)用受到很大限制。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型提出一種模擬隧道開挖及補(bǔ)償注漿過程的三維模型隧道試驗(yàn)裝置，可以實(shí)現(xiàn)逐環(huán)膨脹和收縮的同時(shí)能保持外輪廓圓度良好，從而克服了由于現(xiàn)有機(jī)械式模型隧道試驗(yàn)裝置存在的技術(shù)問題而帶來的應(yīng)用局限性。
[0009]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出的一種模擬隧道土體開挖及補(bǔ)償注漿過程的三維模型隧道試驗(yàn)裝置，包括固定圓筒、絲杠和軸套，所述軸套設(shè)有與所述絲杠配合的內(nèi)螺紋孔，所述軸套的外形由軸向相連的圓柱和圓臺(tái)構(gòu)成;所述圓柱的表面上設(shè)有一軸向凹槽，所述固定圓筒的內(nèi)壁上設(shè)有與該軸向凹槽滑動(dòng)配合的導(dǎo)向凸起;所述固定圓筒上設(shè)有多組通孔，每組通孔由在固定圓筒的同一橫截面上徑向布置的多個(gè)通孔構(gòu)成，每個(gè)通孔內(nèi)設(shè)有一頂桿，所述頂桿沿通孔滑動(dòng);所述固定圓筒上套裝有多個(gè)依次相鄰的開口彈性環(huán)，開口彈性環(huán)的數(shù)量與設(shè)置在固定圓筒上的多組頂桿的數(shù)量相同;所述頂桿的一端與所述軸套的外表面緊密接觸，所述頂桿的另一端與所述開口彈性環(huán)的內(nèi)表面緊密接觸。
[0010]進(jìn)一步講，本實(shí)用新型三維模型隧道試驗(yàn)裝置中配制有多個(gè)軸套，軸套外形的圓柱和圓臺(tái)的幾何尺寸不同。
[0011]所述絲杠與所述軸套螺紋連接，所述絲杠上、在遠(yuǎn)離所述軸套的一端設(shè)有搖柄，轉(zhuǎn)動(dòng)所述搖柄時(shí)，所述絲杠帶動(dòng)軸套沿固定圓筒軸向移動(dòng)，進(jìn)而通過所述頂桿使得開口彈性環(huán)漲開或收縮。
[0012]多個(gè)開口彈性環(huán)的漲開或收縮是相互獨(dú)立。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0014]本實(shí)用新型三維模型隧道試驗(yàn)裝置，采用開口彈性環(huán)代替分片式管片來模擬實(shí)際隧道的襯砌環(huán)，其中相鄰的開口彈性環(huán)之間均相互獨(dú)立，每個(gè)開口彈性環(huán)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)均由各自環(huán)內(nèi)的頂桿控制，而頂桿的運(yùn)動(dòng)軌跡又由沿隧道軸線運(yùn)動(dòng)的(具有錐形芯)作用的軸套的形狀來決定。因此，如若要實(shí)現(xiàn)不同的隧道膨脹或收縮的行為過程時(shí)，僅需設(shè)計(jì)和更換不同形狀的軸套即可。整個(gè)裝置中僅有固定圓筒固定在模型箱上，其他組件均相對(duì)于固定圓筒運(yùn)動(dòng)。使用本實(shí)用新型三維模型隧道試驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)了開口彈性環(huán)逐環(huán)膨脹和收縮，可更真實(shí)的模擬實(shí)際隧道開挖和注漿過程。并始終保證隧道外輪廓為圓形，使得試驗(yàn)更加符合真實(shí)實(shí)際情況。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型三維模型隧道試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)分解示意圖；
[0016]圖2為本實(shí)用新型三維模型隧道試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中:1-開口彈性環(huán)，2-絲杠，3-軸套，31-圓柱，32-圓臺(tái)，4_頂桿，5_搖柄，6_固定圓筒，7-導(dǎo)向凸起，8-軸向凹糟。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述，所描述的具體實(shí)施例僅對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行解釋說明，并不用以限制本實(shí)用新型。
[0019]如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型提出的一種模擬隧道土體開挖及補(bǔ)償注漿過程的三維模型隧道試驗(yàn)裝置，包括固定圓筒6、絲杠2和軸套3，所述固定圓筒6固定在模型箱上，所述軸套3設(shè)有與所述絲杠2配合的內(nèi)螺紋孔，所述軸套3的外形由軸向相連的圓柱31和圓臺(tái)32構(gòu)成;所述圓柱31的表面上設(shè)有一軸向凹槽8，所述固定圓筒6的內(nèi)壁上設(shè)有與該軸向凹槽8滑動(dòng)配合的導(dǎo)向凸起7;所述固定圓筒6上設(shè)有多組通孔，每組通孔由在固定圓筒6的同一橫截面上徑向布置的多個(gè)通孔構(gòu)成，每個(gè)通孔內(nèi)設(shè)有一頂桿4，所述頂桿4沿通孔滑動(dòng);所述固定圓筒6上套裝有多個(gè)依次相鄰的開口彈性環(huán)1(即至少有一個(gè)開口彈性環(huán)I)，采用開口彈性環(huán)I代替分片式管片來模擬實(shí)際隧道的襯砌環(huán)，所述開口彈性環(huán)為至少一環(huán)，可多個(gè)組合，開口彈性環(huán)I的數(shù)量與設(shè)置在固定圓筒6上的多組頂桿4的數(shù)量相同，多個(gè)開口彈性環(huán)I的漲開或收縮是相互獨(dú)立。所述頂桿4的一端與所述軸套3的外表面緊密接觸，所述頂桿4的另一端與所述開口彈性環(huán)I的內(nèi)表面緊密接觸。所述絲杠2與所述軸套3螺紋連接，所述絲杠2上、在遠(yuǎn)離所述軸套3的一端設(shè)有搖柄5，每一開口彈性環(huán)I代表一環(huán)模型隧道管片，由于彈性環(huán)是開口的，所以可以膨脹和收縮，從而模擬真實(shí)隧道開挖過程中產(chǎn)生的土體體積損失以及補(bǔ)償注漿過程中產(chǎn)生的土體體積補(bǔ)償。轉(zhuǎn)動(dòng)所述搖柄5時(shí)，所述絲杠2同時(shí)旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)軸套3沿固定圓筒6軸向(即隧道軸線)移動(dòng)，根據(jù)軸套3外形上的圓臺(tái)(即錐形芯)外輪廓形狀，所述頂桿4會(huì)產(chǎn)生靠近或遠(yuǎn)離隧道軸線方向的位移，進(jìn)而通過所述頂桿4使得與之接觸的開口彈性環(huán)I會(huì)產(chǎn)生膨脹或收縮，從而實(shí)現(xiàn)隧道逐環(huán)的收縮和膨脹，達(dá)到三維模型隧道試驗(yàn)的目的。本實(shí)用新型拓展了機(jī)械式隧道在隧道模型試驗(yàn)方面的應(yīng)用，因?yàn)槭侨S隧道模型，可以實(shí)現(xiàn)隧道逐環(huán)的收縮和膨脹，對(duì)于實(shí)際工程的模擬更加逼真。同時(shí)，采用開口彈性環(huán)模擬實(shí)際管片，保證了試驗(yàn)過程中隧道外輪廓的真圓度，使試驗(yàn)更加精細(xì)化，對(duì)于模擬隧道開挖及補(bǔ)償注漿過程的室內(nèi)模型試驗(yàn)研究具有重要的意義
[0020]本實(shí)用新型中開口彈性環(huán)I的運(yùn)動(dòng)過程由各自環(huán)內(nèi)的頂桿控制，而頂桿的運(yùn)動(dòng)軌跡又由沿隧道軸線運(yùn)動(dòng)的錐形芯的形狀決定。本實(shí)用新型三維模型隧道試驗(yàn)裝置，配制有多個(gè)軸套3，軸套3外形的圓柱和圓臺(tái)的幾何尺寸不同，多個(gè)不同形狀的軸套3均可與所述絲杠2連接。故如若要實(shí)現(xiàn)不同的隧道膨脹或收縮行為過程時(shí)，僅需設(shè)計(jì)和更換不同外形幾何尺寸(即錐形芯部分)即可。本實(shí)用新型便于操作，試驗(yàn)過程中隧道外輪廓形狀和尺寸精細(xì)可控，能夠滿足各種模型隧道膨脹和收縮試驗(yàn)的需要。
[0021]盡管上面結(jié)合圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種模擬隧道開挖及補(bǔ)償注漿過程的三維模型隧道試驗(yàn)裝置，包括固定圓筒(6)、絲杠(2)和軸套(3)，所述軸套(3)設(shè)有與所述絲杠(2)配合的內(nèi)螺紋孔，所述軸套(3)的外形由軸向相連的圓柱(31)和圓臺(tái)(32)構(gòu)成;所述圓柱(31)的表面上設(shè)有一軸向凹槽(8)，所述固定圓筒(6)的內(nèi)壁上設(shè)有與該軸向凹槽(8)滑動(dòng)配合的導(dǎo)向凸起(7);所述固定圓筒(6)上設(shè)有多組通孔，每組通孔由在固定圓筒(6)的同一橫截面上徑向布置的多個(gè)通孔構(gòu)成，每個(gè)通孔內(nèi)設(shè)有一頂桿(4)，所述頂桿(4)沿通孔滑動(dòng);其特征在于: 所述固定圓筒(6)上套裝有多個(gè)依次相鄰的開口彈性環(huán)(I)，開口彈性環(huán)(I)的數(shù)量與設(shè)置在固定圓筒(6)上的多組頂桿(4)的數(shù)量相同;所述頂桿(4)的一端與所述軸套(3)的外表面緊密接觸，所述頂桿(4)的另一端與所述開口彈性環(huán)(I)的內(nèi)表面緊密接觸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述模擬隧道開挖及補(bǔ)償注漿過程的三維模型隧道試驗(yàn)裝置，其特征在于:配制有多個(gè)軸套(3)，軸套(3)外形的圓柱和圓臺(tái)的幾何尺寸不同。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述模擬隧道開挖及補(bǔ)償注漿過程的三維模型隧道試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述絲杠(2)與所述軸套(3)螺紋連接，所述絲杠(2)上、在遠(yuǎn)離所述軸套(3)的一端設(shè)有搖柄(5)，轉(zhuǎn)動(dòng)所述搖柄(5)時(shí)，所述絲杠(2)帶動(dòng)軸套(3)沿固定圓筒(6)軸向移動(dòng)，進(jìn)而通過所述頂桿(4)使得開口彈性環(huán)(I)漲開或收縮。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述模擬隧道開挖及補(bǔ)償注漿過程的三維模型隧道試驗(yàn)裝置，其特征在于:多個(gè)開口彈性環(huán)(I)的漲開或收縮是相互獨(dú)立。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種模擬隧道土體開挖及補(bǔ)償注漿過程的三維模型隧道試驗(yàn)裝置，包括固定圓筒和與絲杠配合的內(nèi)螺紋孔，軸套的外形包括圓臺(tái)部分；固定圓筒上設(shè)有多組通孔，每個(gè)通孔內(nèi)設(shè)有一頂桿，頂桿沿通孔滑動(dòng)；固定圓筒上套裝有多個(gè)依次相鄰的開口彈性環(huán)；頂桿的一端與軸套的外表面緊密接觸，頂桿的另一端與開口彈性環(huán)的內(nèi)表面緊密接觸。本實(shí)用新型拓展了機(jī)械式隧道在隧道模型試驗(yàn)方面的應(yīng)用，因?yàn)槭侨S隧道模型，可以實(shí)現(xiàn)隧道逐環(huán)的收縮和膨脹，對(duì)于實(shí)際工程的模擬更加逼真。同時(shí)，采用開口彈性環(huán)模擬實(shí)際管片，保證了試驗(yàn)過程中隧道外輪廓的真圓度，使試驗(yàn)更加精細(xì)化，對(duì)于模擬隧道開挖及補(bǔ)償注漿過程的室內(nèi)模型試驗(yàn)研究具有重要的意義。
【IPC分類】G01N33/00
【公開號(hào)】CN205353060
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201620098659
【發(fā)明人】鄭剛, 查萬理, 刁鈺, 張?zhí)炱? 孫佳羽
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開日】2016年6月29日
【申請(qǐng)日】2016年1月29日