[实用新型]用于模型试验溶洞模拟的三维定位可控开挖装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种岩土工程技术，尤其是一种用于模型试验溶洞模拟的三维定位可控开挖装置。

背景技术

目前，模型试验利用相似材料和试验系统通过一个较小尺寸的模型来尽可能精确的模拟原型的一种试验方法。尽可能真实的模拟岩土工程结构的是模型试验是否成功的关键因素。因此，在模型的建立过程中最大程度的减小对模型试验相似材料原有力学性能及整体性的破坏对模型试验是否成功，试验成果能否用于反映原型的真实性能具有重要意义。

目前，在岩土工程模型试验溶洞的模拟中，尚未有一种工具以及开挖方法能够进行溶洞的无扰动开挖并实现开挖中相似材料的抽取及溶腔充填材料的注入，尚不能解决根据需要改变模拟地下溶洞的位置，尺寸，内部充填情况的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种用于模型试验溶洞模拟的三维定位可控开挖装置，其操纵简单，定位精确，能实现最小扰动可变溶洞开挖。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种用于模型试验溶洞模拟的三维定位可控开挖装置，包括钻杆动力装置，三维定位掘进装置和可变溶洞开挖装置，钻杆动力装置通过卡槽与三维定位掘进装置连接，在模型试验系统中进行可变深度的钻孔掘进，为进行溶洞定位开挖做准备；可变溶洞开挖装置内置于三维定位掘进装置钻杆中，在完成钻孔掘进和溶洞深度定位后，通过调节角度控制栓进行可变溶洞开挖；可变溶洞开挖装置内置于三维定位掘进装置中，能够对溶洞位置深度进行控制；

所述三维定位掘进装置包括钻杆，所述钻杆上端能够卡装于卡槽中，钻杆下端设有钻头，钻杆一侧面上设有供可变溶洞开挖装置调节的开槽，钻杆下半部分侧面上开有供可变溶洞开挖装置开挖半径变化的空隙。

所述钻杆中设有能够使可变溶洞开挖装置定位且能沿钻杆径向上下位移的空间。

所述钻杆包括沿其径向中分面分开的上部钻杆和下部钻杆，所述上部钻杆和下部钻杆靠近卡槽端的中分面能够紧密贴合，另一端的部钻杆和下部钻杆之间设有供开有供可变溶洞开挖装置开挖半径变化的空隙，且下部钻杆的中分面上设有与可变溶洞开挖装置相配合凸起。

所述下部钻杆中设有沿其长度方向的长孔，长孔上端开口与下部钻杆的上端部，且与多功能管相连，下端开口设于下部钻杆下半部分的侧面。多功能连通孔能够通过抽土注水等操作实现对所开挖溶洞充填情况的控制。

所述钻杆外部设有刻度尺。

所述可变溶洞开挖装置包括角度控制栓，所述角度控制栓的上端折弯，且折弯部分能够卡入钻杆侧面的开槽中，折弯部分末端设置固定螺栓，与固定螺栓接触位置的上部钻杆上设有与刀盘开合度相匹配的刀盘角度刻度；所述角度控制栓的下端通过传动臂与刀盘相连，刀盘上设有与下部钻杆的凸起相配合的销孔，能保证刀盘沿凸起自由转动。

所述传动臂的两端均通过销活动连接于角度控制栓和刀盘，能保证刀盘自由摆动。

所述刀盘上的销孔位于刀盘与传动臂相连的销的下部。

所述钻杆动力装置为电动机，电动机的输出轴上安装卡槽。

一种利用模型试验溶洞模拟的三维定位可控开挖装置的操作方法，包括：

A.组合整套开挖装置：将钻杆上下两部分与内置可变溶洞开挖装置组合，通过卡槽与电动机连接，接通电源；

B.进行钻杆掘进：通过钻杆上刻度尺做深度确认，直至达到设计溶洞开挖深度，并能通过刻度尺读数调整预设溶洞的开挖深度；

C.溶洞的开挖：通过向下拨动角度控制栓缓慢张开刀盘，开动电动机进行溶洞的开挖，通过观察刀盘角度刻度确定刀盘的转角从0°扩大到近180°，每次调整角度后用固定螺栓固定后再开挖，随着刀盘张开角度的增大扩大溶腔体积，直至达到预定尺寸的溶洞溶腔开挖完成；

D.抽土弃渣及注水充填：多功能连通孔连接离心泵设备，将已开挖溶洞的充填土抽出，根据需要模拟的溶腔充填情况，进行注水加泥操作，能够通过控制充填物性质及充填体积改变溶腔充填情况，完成溶洞开挖；

E.抽出整套开挖装置封闭掘进孔；溶洞开挖完成后调节角度控制栓，使刀盘与钻杆合拢，抽出整套掘进开挖装置，利用锚固剂防水锚固材料封闭掘进孔。

F.本次试验结束后，重新确定溶洞位置，重复以上操作，进行下一组试验。

本实用新型中的电动机和离心泵等设备均为现有东西，在此不再赘述。