一种试验用微型掘进机系统
阅读说明：本技术 一种试验用微型掘进机系统 (Miniature development machine system for test ) 是由 赵海雷 王利明 曾垂刚 张兵 潘东江 李宏波 赵向波 王军 杨振兴 郭璐 翟乾智 于 2021-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种试验用微型掘进机系统,涉及复杂地质条件下微型掘进机模拟掘进领域,包括支撑底架,所述支撑底架上表面前侧设置有微型掘进系统,所述支撑底架下方中间固定安装有用来平移所述微型掘进系统的升降架；所述支撑底架右侧固定安装有岩箱,所述岩箱顶部固定安装有四联液压系统,所述四联液压系统下端延伸至所述岩箱内部固定安装有压土板；有益效果在于：功能性强,实用性高,可以进行半断面可视化掘进和全断面高地应力模拟掘进,为现场高地应力大埋深复杂地质下盾构TBM掘进提供可靠的参考资料,同时也可为各高校和科研院所研究盾构TBM掘进过程中围岩扰动和应力变化规律提供可靠的平台。(The invention discloses a miniature tunneling machine system for a test, which relates to the field of simulated tunneling of miniature tunneling machines under complex geological conditions and comprises a supporting underframe, wherein the front side of the upper surface of the supporting underframe is provided with a miniature tunneling system, and the middle of the lower part of the supporting underframe is fixedly provided with a lifting frame for translating the miniature tunneling system; a rock box is fixedly mounted on the right side of the supporting underframe, a quadruple hydraulic system is fixedly mounted at the top of the rock box, and a soil pressing plate is fixedly mounted in the rock box and extends to the lower end of the quadruple hydraulic system; has the advantages that: the method has the advantages of being strong in functionality and high in practicability, being capable of performing half-section visual tunneling and full-section high-ground-stress simulation tunneling, providing reliable reference data for shield TBM tunneling under complex geology with high ground stress and large buried depth on site, and meanwhile providing a reliable platform for surrounding rock disturbance and stress change rules in the shield TBM tunneling process researched by colleges and universities and research institutions.)
技术领域
本发明涉及复杂地质条件下微型掘进机模拟掘进领域，特别是涉及一种试验用微型掘进机系统。
背景技术
全断面隧道掘进机以其快速、高效、环保等优点，在山岭隧道以及地铁项目中得到了广泛的应用，和以往人工钻爆法相比，很大程度上提高了施工效率，也取得了良好的应用效果，但是，在TBM掘进过程中常常会遇到断层破碎带、软弱收敛地层、节理发育地层、岩溶发育等不良地质，给全断面隧道掘进机施工带来了极大的风险和挑战，大大降低了全断面掘进机的效率，若能够在全断面隧道掘进机施工前，采用相似比的原则，对地勘中出现的复杂地层在试验室中进行模拟，并进行数据分析，为足尺全断面掘进机复杂地质施工提供围岩变化参数，为现场施工的提前处理提供可靠依据，可大大提高现场全断面隧道掘进机在不良地质条件的掘进效率，因此，研发一种试验用微型掘进机系统，开展室内模拟试验，显得很有必要。
目前，在室内模拟复杂地质条件下隧道的开挖研究做了很多，但通过分析发现，研究的主流为通过室内数值模拟和室内模拟钻爆针法施工，通过相似比例原理研究微型掘进机模拟现场开挖的很少，但是，目前的研究针对现场全断面隧道掘进机开挖的指导存在一定的不足，具体表现为数值模拟可能针对边界条件的选取不是太准；室内钻爆法开挖隧道试验又不能反映全断面隧道掘进机的开挖工况；另外，虽然有通过相似比例原理研究微型掘进机模拟现场开挖试验的，但是大部分都是模拟盾构开挖工况的，对全断面硬岩掘进相似模拟较少，同时不能实现半断面可视化掘进，且不能实现对高地应力的模拟，本研究基于全断面隧道掘进机在吉林省引松供水工程、云南滇中供水工程以及高黎贡山铁路隧道工程掘进过程中可能遇到复杂地质条件，结合以上专利的优点和不足，经过创新设计了一种试验用微型掘进机系统，经过现场使用，可为现场施工提供可靠的施工参数。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种试验用微型掘进机系统。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种试验用微型掘进机系统，包括支撑底架，所述支撑底架上表面前侧设置有微型掘进系统，所述支撑底架下方中间固定安装有用来平移所述微型掘进系统的升降架；所述支撑底架右侧固定安装有岩箱，所述岩箱顶部固定安装有四联液压系统，所述四联液压系统下端延伸至所述岩箱内部固定安装有压土板；所述岩箱前侧设置为透明的可视面，所述可视面对应所述微型掘进系统位置设置有滑窗，所述可视面上对应所述滑窗上下边沿固定安装有导轮，所述微型掘进系统前侧卡设有与所述导轮配合的导向架；所述岩箱左侧侧面分别对应所述微型掘进系统设置有全断面开口和半断面开口，所述半断面开口设置在对应所述滑窗位置。
优选的：所述升降架包括固定架、底座、外撑、内撑、起升液压缸、托架和平移液压缸，所述固定架左右两侧边沿设置为导轨，所述导轨上滑动设置有底座，所述底座和所述固定架之间固定安装有平移液压缸，所述底座左右两侧分别转动连接有外撑和内撑，所述外撑中间和所述内撑中间转动连接，所述外撑上端转动连接有托架，所述内撑上端转动连接有起升液压缸，所述起升液压缸下端转动连接在所述固定架上，所述内撑上端支撑在所述托架底面上。
优选的：所述微型掘进系统包括平台架、掘进装置和推进液压缸，所述平台架固定安装在所述托架上，所述平台架上表面右侧设置有掘进装置，所述平台架上表面左侧固定安装有用来推进所述掘进装置的推进液压缸；所述掘进装置内部下方固定安装有出土绞龙，所述支撑底架上对应所述出土绞龙下方固定安装有前后两个出土斗。
优选的：所述出土绞龙包括绞龙电机、支撑板、从动齿轮、螺旋轴和输送管轴头，所述输送管固定安装在所述掘进装置上，所述输送管内部插设有螺旋轴，所述螺旋轴右端通过轴头与所述掘进装置转动连接，所述螺旋轴左端穿过所述支撑板固定安装有从动齿轮，所述支撑板固定安装在所述掘进装置上，所述支撑板上固定安装有绞龙电机，所述绞龙电机的输出端上固定安装有主动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮相啮合。
优选的：还包括用来封堵所述岩箱上的全断面开口和半断面开口的封盖和用来限至所述滑窗活动的挡块。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：功能性强，实用性高，可以进行半断面可视化掘进和全断面高地应力模拟掘进，为现场高地应力大埋深复杂地质下盾构TBM掘进提供可靠的参考资料，同时也可为各高校和科研院所研究盾构TBM掘进过程中围岩扰动和应力变化规律提供可靠的平台。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述一种试验用微型掘进机系统的立体结构示意图。
图2是本发明所述一种试验用微型掘进机系统的主视图。
图3是本发明所述一种试验用微型掘进机系统的岩箱的立体结构示意图。
图4是本发明所述一种试验用微型掘进机系统的升降架的立体结构示意图。
图5是本发明所述一种试验用微型掘进机系统的出土绞龙的立体结构示意图。
附图标记说明如下：
1、可视面；2、掘进装置；3、升降架；4、四联液压系统；5、岩箱；6、固定架；7、底座；8、外撑；9、内撑；10、起升液压缸；11、托架；12、支撑底架；13、出土绞龙；14、导向架；15、导轮；16、滑窗；17、挡块；18、出土斗；19、推进液压缸；20、平移液压缸；131、绞龙电机；132、支撑板；133、从动齿轮；134、螺旋轴；135、输送管；136、轴头。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1-图5所示，一种试验用微型掘进机系统，包括支撑底架12，支撑底架12上表面前侧设置有微型掘进系统，支撑底架12下方中间固定安装有用来平移微型掘进系统的升降架3，升降架3用来调整微型掘进系统工作位；支撑底架12右侧固定安装有岩箱5，岩箱5用来盛装模拟土层，岩箱5顶部固定安装有四联液压系统4，四联液压系统4用来施加土压力，四联液压系统4下端延伸至岩箱5内部固定安装有压土板；岩箱5前侧设置为透明的可视面1，可视面1对应微型掘进系统位置设置有滑窗16，滑窗16用来滑动密封，可视面1上对应滑窗16上下边沿固定安装有导轮15，微型掘进系统前侧卡设有与导轮15配合的导向架14，导向架14用来支撑导向；岩箱5左侧侧面分别对应微型掘进系统设置有全断面开口和半断面开口，半断面开口设置在对应滑窗16位置；升降架3包括固定架6、底座7、外撑8、内撑9、起升液压缸10、托架11和平移液压缸20，固定架6左右两侧边沿设置为导轨，导轨上滑动设置有底座7，底座7和固定架6之间固定安装有平移液压缸20，平移液压缸20用来推动平移，底座7左右两侧分别转动连接有外撑8和内撑9，外撑8中间和内撑9中间转动连接，外撑8上端转动连接有托架11，内撑9上端转动连接有起升液压缸10，起升液压缸10用来顶升，起升液压缸10下端转动连接在固定架6上，内撑9上端支撑在托架11底面上；微型掘进系统包括平台架、掘进装置2和推进液压缸19，平台架固定安装在托架11上，平台架上表面右侧设置有掘进装置2，掘进装置2用来模拟掘进，平台架上表面左侧固定安装有用来推进掘进装置2的推进液压缸19；掘进装置2内部下方固定安装有出土绞龙13，出土绞龙13用来排土，支撑底架12上对应出土绞龙13下方固定安装有前后两个出土斗18；出土绞龙13包括绞龙电机131、支撑板132、从动齿轮133、螺旋轴134和输送管135轴头136，输送管135固定安装在掘进装置2上，输送管135内部插设有螺旋轴134，螺旋轴134右端通过轴头136与掘进装置2转动连接，螺旋轴134左端穿过支撑板132固定安装有从动齿轮133，支撑板132固定安装在掘进装置2上，支撑板132上固定安装有绞龙电机131，绞龙电机131用来带动，绞龙电机131的输出端上固定安装有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮133相啮合；还包括用来封堵岩箱5上的全断面开口和半断面开口的封盖和用来限至滑窗16活动的挡块17。
工作原理：工作方式1：通过支撑架的起升液压缸10推动顶升微型掘进系统，然后通过平移液压缸20推动，将微型掘进系统平移到可视化半断面掘进工位，起升液压缸10收缩将微型掘进系统放置在支撑底架12上，微型掘进系统与导向架14卡固，岩箱5内分层填筑相似土，分层厚度为20cm，并在相似土里固定位置预埋土压力盒和位移计，用于监测微型掘进机掘进时土压力的变化和相似土的位移变化，待相似土固结28d后，取掉岩箱5左侧的半断面开口封盖和滑窗16右侧的挡块17，导向架14与导轮15配合移动，导向架14推动滑窗16跟随微型掘进系统步伐向右滑动，微型掘进系统开始掘进，设定刀盘转速4r/min，刀盘贯入度2mm/r，推进总位移为1200mm，掘进正常，数据稳定。
工作方式2：通过支撑架的起升液压缸10推动顶升微型掘进系统，然后通过平移液压缸20推动，将微型掘进系统平移到可加压全断面掘进工位，起升液压缸10收缩将微型掘进系统放置在支撑底架12上，岩箱5内分层填筑相似土，分层厚度为20cm，并在相似土里固定位置预埋土压力盒和位移计，用于监测微型掘进机掘进时土压力的变化和相似土的位移变化，待相似土固结28d后，取掉岩箱5左侧的全断面开口封盖微型掘进装置2开始掘进，设定刀盘转速5r/min，刀盘贯入度2mm/r，推进总位移为1200mm，岩箱5顶部加压500KPa，掘进正常，数据稳定。
工作方式3：将微型掘进系统至于空载状态，分别调整刀盘转速和贯入速度，刀盘转速可达到0-10r/min，刀盘贯入度可达0-5mm/r，数据正常。
掘进装置2、四联液压系统4、起升液压缸10、出土绞龙13、推进液压缸19和平移液压缸20均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本领域技术人员可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知的，故在此不再做过多记载。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
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