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原文传递一种模拟小净距隧道分部开挖的试验装置

专利名称：	一种模拟小净距隧道分部开挖的试验装置
摘要：	本发明公开了一种模拟小净距隧道分部开挖的试验装置，包括切土掘进设备、装置立架和掘进定位设备。所述切土掘进设备包括扇叶型切土装置、杆状连接器和手摇式传动装置。所述装置立架包括切土掘进设备固定器、升降控制结构和底座。所述掘进定位设备包括激光定位装置和水平定位装置。试验过程中，通过手摇式传动装置带动扇叶型切土装置转动达到掘进的目的，通过调整升降控制结构高度和底座间前后两端开孔钢片栓接距离来实现小净距隧道不同开挖工况的模拟。激光定位装置和水平定位装置可保证隧道模型开挖位置和方向的准确性。本发明可适应不同类型小净距隧道模型的开挖模拟，可精确控制小净距隧道模型开挖速度和进尺，更好地还原实际施工过程。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	四川;51
申请人：	西南石油大学
发明人：	郑贺斌;徐彬杰;胡启军;晏忠瑞;邱恩喜
专利状态：	有效
申请日期：	2022-11-09T00:00:00+0800
发布日期：	2023-01-31T00:00:00+0800
申请号：	CN202211398864.4
公开号：	CN115656475A
分类号：	G01N33/24;G01C9/00;G01C15/00;G;G01;G01N;G01C;G01N33;G01C9;G01C15;G01N33/24;G01C9/00;G01C15/00
申请人地址：	610500 四川省成都市新都区新都大道8号
主权项：	1.一种模拟小净距隧道分部开挖的试验装置，其特征在于：包括切土掘进设备、装置立架和掘进定位设备；所述切土掘进设备由扇叶型切土装置(1)、杆状连接器(2)和手摇式传动装置(3)组成；所述扇叶型切土装置(1)由不锈耐酸钢制成，可模拟在含水、富水状态下的隧道模型开挖，防止装置锈蚀，扇叶型切土装置(1)共设置有两组，试验时可通过改变两组扇叶型切土装置(1)的直径大小，来模拟对称小净距隧道或者非对称小净距的开挖模拟过程；所述扇叶型切土装置(1)与杆状连接器(2)的首端进行相连，杆状连接器(2)由高强度刚制成，其上设置有螺纹，杆状连接器(2)上标有刻度，试验过程中可通过杆状连接器(2)上的刻度变化来实时掌握隧道开挖进尺；所述手摇式传动装置(3)与杆状连接器(2)的末端进行相连，手摇式传动装置(3)用于提供开挖掘进的动力，手摇式传动装置(3)呈圆环状，由高强度钢制作而成，杆状连接器(2)末端通过其上设置的螺纹与手摇式传动装置(3)圆环中心部位的圆孔啮合相连，手摇式传动装置(3)上设置有金属手柄(4)，试验过程中可通过顺时针方向或逆时针方向摇动手摇式传动装置(3)的金属手柄(4)来带动杆状连接器(2)前进或后退，最终带动扇叶型切土装置(1)转动达到开挖掘进或后退的目的。 2.根据权利要求1所述的一种模拟小净距隧道分部开挖的试验装置，其特征在于：所述装置立架由切土掘进设备固定器(5)、升降控制结构(6)和底座(7)构成；所述切土掘进设备固定器(5)为高强度钢制作而成的中空圆管，圆管上部非扩大端的直径较小，圆管下部端头设置有直径扩大端；所述切土掘进设备固定器(5)顶部通过两组轴承分别与杆状连接器(2)和手摇式传动装置(3)相接，从而保证切土掘进设备在模拟隧道掘进时整体稳定，切土掘进设备固定器(5)通过小直径轴承(8)与杆状连接器(2)相接，同时通过大直径轴承(9)与手摇式传动装置相接(3)相接；所述切土掘进设备固定器(5)下部与升降控制结构(6)相连，升降控制结构(6)为高强度钢制作而成的中空圆管，其直径与切土掘进设备固定器(5)圆管上部非扩大端的内径相同，升降控制结构(6)嵌套在切土掘进设备固定器(5)内部，并通过固定旋钮(10)与切土掘进设备固定器(5)进行相连，连接位置在切土掘进设备固定器(5)圆管下部的直径扩大端，升降控制结构(6)的圆管外部标有刻度，可定量确定隧道模型的开挖高度，通过升降控制结构(6)用以调节装置的高度，可适应各种埋深的隧道开挖模拟，同时实现不同位置关系的小净距隧道的开挖模拟；所述升降控制结构(6)与底座(7)相连，底座(7)用来维持整个分部开挖试验装置的稳定，底座(7)的前端和后端分别设置四个底座螺杆(11)，在进行试验时，将两个开挖试验装置的底座(7)前端通过一个开孔钢片(12)用螺栓进行连接，再将两个开挖试验装置的底座(7)后端通过另外一个开孔钢片(12)用螺栓进行连接，开孔钢片(12)上标有刻度，试验时通过改变底座(7)前后两端开孔钢片(12)上的栓接距离来确定隧道的开挖净距，从而实现变净距并行隧道的开挖工况模拟。 3.根据权利要求1所述的一种模拟小净距隧道分部开挖的试验装置，其特征在于：所述掘进定位设备包括激光定位装置(13)和水平定位装置(14)；所述激光定位装置(13)和水平定位装置(14)安装在切土掘进设备固定器(5)上；所述激光定位装置(13)外接电源，在模拟掘进过程中通过发射定位光束照射在开挖面上以保证掌子面开挖的准确无误；所述水平定位装置(14)能够实时确保开挖方向保持水平状态。 4.一种关于权利要求1所述一种模拟小净距隧道分部开挖试验装置的试验方法，其特征在于：具体实施方式包括以下步骤： 1)设计小净距隧道的开挖掘进方案，确定小净距隧道的尺寸、埋深、开挖方式及净距； 2)将小净距隧道分部开挖试验装置置于即将开挖的隧道模型箱前，根据试验方案制定的隧道直径安装相应大小的扇叶型切土装置(1)，通过调整两个开挖试验装置底座(7)之间的两对开孔钢片(12)的距离来设定隧道的开挖净距，通过升降控制结构(6)调节开挖装置高度，将切土掘进设备对准拟定开挖面； 3)观察水平定位装置，通过微调升降控制结构(6)使装置整体达到水平，保证切土掘进设备在开挖的过程中保持水平； 4)连接电源，开启激光定位装置(13)； 5)摇动手摇式传动装置(3)，通过控制摇动的速率来控制开挖进尺，根据激光牵引进行开挖掘进，模拟小净距隧道的开挖过程，在开挖的过程中实时微调升降控制结构(6)，使开挖过程中保持水平。