[实用新型]一种适用于隧道模型试验的多种复杂工况模拟开挖设备

说明书

本实用新型公开了一种适用于隧道模型试验的多种复杂工况模拟开挖设备，该装置包括：第一级传动装置，位于设备的后部，是动力的输入源。第二级传动装置，该装置一端与第一级传动装置连接，另一端的动力输出轮将动力分别输出到土体开挖装置及第三级传动装置。第三级传动装置，位于第二级传动装置支撑框架右半部分前部，传动轴的一端为传动轮，输入动力。另一端为蜗杆结构，带动可拼接传送带运动。土体开挖装置，该装置位于第二级传动装置支撑框架左半部分前部，在有动力驱动的状态下，前部旋挖钻头能切削土体，实现开挖。导向装置，该装置位于土体开挖装置的下方，传送带主动轮与第二级传动装置相结合，可拼接导轨能放置在开挖的洞内。

技术领域

本实用新型涉及土木工程专业的隧道模型试验领域，具体地说是涉及隧道模型试验中分部开挖过程的一种分部开挖设备及使用方法。

背景技术

随着社会经济的迅速发展，各大城市间的联系逐渐地紧密起来，各地区之间的资源配置基本达到了均衡的状态，这一切都是建立在发达的交通设施基础之上的。但是地表面高度并不是一成不变的，因此各地区之间的公路、铁路等路线穿越区或多或少会受到山川丘陵的阻碍，因此在山体中开挖隧道比路线翻越有着巨大的优势。然而，在修建隧道的过程中，埋藏于土体内的特点决定了其施工过程中容易出现许多难以解决的问题，不经过试验难以定性定量的评价问题及提出相应的解决方案，相比于地上的工程，地下工程的原位试验难以操作，费用高昂，试验结果精度较低。为了解决这些难题，我们需要在实验室内建立相似的模型进行试验，收集相关的试验结果，定性研究施工过程中出现的问题，提出合理的施工方案或对现有的施工方案进行相关的优化，提高施工效率的同时降低成本。在隧道室内模型试验的过程中，相似模型制作结束后在指定位置进行开挖的步骤是模拟隧道开挖掘进的工况，隧道工况复杂多变，主要体现在隧道开挖断面形状和施工步骤的变化上。传统的开挖方法是直接采用多种样式的手铲进行人工开挖，然后清扫洞内的渣土，但这种开挖方式的效率和精度极低，最主要的是在洞深超过一定距离后，人工无法再继续进行作业，极大地限制了模型的尺寸。

目前，国内相关的试验人员对于室内模型试验的开挖设备进行了相关的研究。中国专利201110205389.X公开了一种用于模型试验的精确自动开挖装置，能够提高模型试验开挖的精度，但是该装置存在如下问题：(1)没有明确给出刀具的推进装置。(2)运动轨道不能随断面尺寸的变化而进行调整.(3)缺乏刀具稳定装置，在刀具进行高速运转时会产生较大的振动，存在损坏设备的威胁，也会对土体造成较大的扰动。(4)该装置缺乏渣土排送的功能，在开挖结束以后需要人工清渣，费时费力。中国专利201510228942.X公开了一种适用于地质力学模型试验的开挖卸荷装置，该装置能随着隧道洞深的增加往前推进，能精确控制每次的开挖深度，但是该装置存在如下缺点：(1)该装置缺乏刀具稳定装置，在刀具进行高速运转时会产生较大的振动，存在损坏设备的威胁，也会对土体造成较大的扰动。(2)该装置缺乏刀具定位装置，对于不同的断面不能很好控制刀具开挖位置。(3)该装置缺乏渣土排送的功能，在开挖结束以后需要人工清渣，费时费力。因此，需要研发一种能够适用于任何横断面、绝大部分工况的模型开挖设备，在开挖的同时能排送渣土，降低人工的使用，是目前模型试验隧道开挖过程中急需解决的问题。

实用新型内容

针对上述问题，为了解决现有技术的不足，研发一种适用于任何横断面、绝大部分工况的模型开挖设备，减少人工投入的同时提高工作效率，更精确的模拟隧道开挖的过程，以及包括该开挖设备的操作方法。

本实用新型提供的一个方案是：

一种适用于隧道模型试验的多种复杂工况模拟开挖设备，包括：

第一级传动装置，该装置将动力由电动机传输到第二级传动装置中；

第二级传动装置，该装置将上一级传输下来的动力进行分配，一部分传送给土体开挖装置，另一部分传送给第三级传动装置；

第三级传动装置，该装置将动力传输给渣土传送带；