[实用新型]泥水平衡式盾构模型机

说明书

本实用新型提供泥水平衡式盾构模型机，涉及隧道盾构模拟试验技术领域，包括控制系统、泥水处理系统、推进系统、模型箱及在模型箱内由前盾、中盾、后盾及盾尾组成的盾构机主体；前盾包括刀盘、主驱动轴，中盾包括减速机、扭矩传感器、驱动马达，后盾包括姿态调节系统；控制系统控制推进系统拉动反力架通过推力杆将推力传递至盾壳，盾壳再将推力传递至主驱动轴，推动刀盘掘进，实现盾构模型机的掘进及管片支护。本实用新型通过盾壳的分段式结构简单合理、稳定性好，可在高水压条件下实现大扭矩、高转速的泥水盾构掘进过程模拟；具备泥水平衡、姿态调节、壁后注浆等功能，可进行盾构机掘进姿态、刀具磨损、开挖面稳定、泥水劈裂和超前地质预报试验。

技术领域

本实用新型涉及隧道盾构模拟试验技术领域，具体涉及一种泥水平衡式盾构模型机。

背景技术

随着隧道工程建设的不断发展，盾构工法已成为隧道建设最主要的施工方式之一，对越江跨海隧道的建设，施工环境较为复杂，面临着最直接的高水压问题，以琼州海峡隧道为代表，水压近2MPa，对隧道建设的开展是巨大的挑战。

泥水平衡盾构机是水下隧道盾构施工的主要设备，在盾构掘进过程中，地层地质水文条件及盾构机本身的很多掘进参数，对周围地层稳定性有至关重要的影响。现阶段实验条件和经费有限，可借鉴的实际工程较少，因此需通过模型试验，模拟大直径盾构机在高水压条件下土体中的掘进过程，对盾构机和土体的相关参数进行测试，提供实验数据，从而研究高水压条件下泥水平衡盾构施工过程中相关问题，保障水下隧道施工的高效、安全进行。

目前，对室内泥水平衡盾构模型试验已有一定的研究。具有代表性的试验设备装置包括：日本早稻田大学研制的微型泥水平衡式盾构机模拟试验装置，利用该微型试验装置对掘进机理等方面进行了研究；西南交通大学研制的泥水平衡式盾构模拟试验系统，可模拟高水压(最高达1.0MPa)下的水下隧道泥水盾构掘进过程，并同步记录土压、水压、位移和掘进参数等进行分析研究；同济大学研制了一种可模拟泥水平衡盾构施工的室内模型试验装置，包括掘土推进机构、循环机构及注浆机构，可在较大程度上模拟掘进过程，研究刀盘开口率和壁后注浆压力等因素对泥水盾构掘进过程的影响。

以上泥水平衡盾构模型机设计相对简单，实现水压最高1.0MPa，对开展试验研究具有一定的局限性。为能够进一步研究高水压条件下的大直径盾构的掘进姿态、刀具磨损、开挖面稳定、泥水劈裂和超前地质预报等问题，需进行近2.0MPa高水压条件下的泥水平衡盾构掘进试验，因此，会导致盾构机机身较长，设备安装位置复杂多样。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够通过分段拼装方式使多个部件组装在小直径的盾构机内，结构简单合理，工作稳定性好，可在高水压条件下实现大扭矩、高转速盾构掘进的泥水平衡式盾构模型机，以解决上述背景技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案：

本实用新型一方面提供一种泥水平衡式盾构模型机，该盾构模型机包括放置土体的模型箱、泥水处理系统、PLC控制系统及通过导向套伸入所述模型箱内的盾构机，所述盾构机包括前盾、中盾、后盾和盾尾，所述前盾、中盾、后盾三部分之间通过旋转卡壳式连接方式连接；三部分相互之间通过旋转卡壳式连接，易于拆卸和安装，连接安装橡胶条机O型密封圈实现密封；所述盾尾与所述后盾采用螺栓连接；

所述前盾包括刀盘及与刀盘连接的主驱动轴，所述主驱动轴上套装有主驱密封结构，所述主驱密封结构与所述刀盘及前盾的盾壳、泥水舱板围成泥水舱；

所述中盾包括减速机和驱动马达，所述减速机的前端传动连接所述主驱动轴，所述减速机的后端通过扭矩传感器连接所述驱动马达；所述扭矩传感器、所述驱动马达均与所述PLC控制系统通信连接；扭矩传感器用于测量工作状态的扭矩、转速参数。

所述后盾包括姿态调节系统，用于调节盾构机的推进位置和角度；