一种用于研究盾构掘进诱发振动传播规律试验模型装置制造方法
【专利摘要】一种用于研究盾构掘进诱发振动传播规律试验模型装置，包括模型箱、可变速电机、预制混凝土圆筒、金属刀盘刀具、轴承、以及数据采集系统，对于模型箱的侧面板进行改造加设竖向角钢中立柱，将侧面板分为可拆卸部分和不可拆卸部分，可拆卸部分分为方形板和条形板，预制混凝土圆筒固定在条形板上，轴承穿过预制混凝土圆筒，可变速电机通过轴承带动金属刀盘刀具在模型箱内旋转，通过改变条形板位置调整金属刀盘刀具位置，数据采集系统采集由于金属刀盘刀具旋转引起的模型箱内土体位移的振动规律。
【专利说明】一种用于研究盾构掘进诱发振动传播规律试验模型装置
【技术领域】
[0001]本发明属于土木工程【技术领域】，涉及一种用于研究盾构掘进诱发振动传播规律试验模型装置。
【背景技术】
[0002]城市地铁具有运量大、速度快、安全准时、不占用地面道路等优点。城市交通线路的选择是根据客流预测进行的，势必会靠近甚至穿过人口稠密地区，如居民区、医院、科研院所、古迹区域等，交通车辆引起的结构振动通过周围地层(地下或地面)向外传播，进一步诱发附近建筑物(包括家具等)的二次振动和噪声，对长期处于近距离振动环境中的建筑物特别是古建筑的结构安全，以及内部的居民和工作人员的工作和日常生活，产生了很大的影响。国内外学者早已将轨道交通引起的环境问题列为重要课题，针对振动产生的原因、传播规律、控制措施以及对人体危害等开展研究，但主要集中在运营阶段，对于由施工引起的地铁振动问题，尤其是夹杂着卵石、漂石的砂卵石、砾石地层，这方面的研究较少，可以说几乎为空白。
[0003]施工现场实测是研究地铁振动问题最有效的办法，但由于受现场条件限制，同时量测工况单一，难以从不同刀盘形式及颗粒粒径、隧道覆土深度等说明振动产生机理。以及实现全段实测，必将得出海量数据，经济投入惊人。开展室内模型试验是对现场实测、数值模拟、理论分析的有效补充。能从一定角度说明振动的传播与衰减规律。
【发明内容】
[0004]本发明旨在提供一种用于研究盾构掘进诱发振动传播规律试验模型装置。该装置具有可靠性强，具有良好操作性和较强的扩展性，用于研究不同刀盘形式、颗粒粒径、覆土深度、刀盘转速、与既有隧道结构相对关系等因素对盾构掘进诱发振动传播衰减规律。具体技术方案如下:
[0005]一种用于研究盾构掘进诱发振动传播规律试验模型装置，包括模型箱、可变速电机、预制混凝土圆筒、金属刀盘刀具、轴承、以及数据采集系统，对于模型箱的侧面板进行改造加设竖向角钢中立柱，将侧面板分为可拆卸部分和不可拆卸部分，可拆卸部分分为方形板和条形板，预制混凝土圆筒固定在可拆卸部分上，轴承穿过预制混凝土圆筒，可变速电机通过轴承带动金属刀盘刀具在模型箱内旋转，通过改变可拆卸部分位置调整金属刀盘刀具位置，数据采集系统采集由于金属刀盘刀具旋转引起的模型箱内土体的振动规律。
[0006]不可拆卸板采用钢板,可拆卸板采用铝合金板。
[0007]模型箱选用透明的亚克力板为顶板。易于拍照与观察箱内金属刀盘附近颗
[0008]粒振动幅度变化。
[0009]金属刀盘刀具由金属圆盘和多个U型金属刀具组成，U型金属刀具固定于金属圆盘上。U型金属刀具通过螺栓与金属圆盘固定，U型金属刀具通过不同的组合模拟不同形式的刀盘[0010]数据采集系统由WS-5921信号采集分析处理仪，941B超低频测振仪，以及拾振器组成，用于采集由于金属刀盘刀具旋转引起的模型箱内土体位移的速度和加速度，采集频率 200Hz ο
[0011]有益效果
[0012]本发明所述模型箱装置可研究盾构掘进诱发振动传播规律。用于研究不同刀盘形式、颗粒粒径、覆土深度、刀盘转速、与既有隧道结构相对关系等因素对盾构掘进引起环境振动的影响，成本低廉、可操作性好、可靠性高。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1:实施例中模型箱装置正视图；
[0014]图2:实施例中模型箱装置俯视图；
[0015]图3:混凝土预制圆筒构造示意图；
[0016]图4:金属刀盘构造示意图；
[0017]图5:金属刀具主视图；
[0018]图6:金属刀具俯视图。
[0019]1、条形板，2、方形板，3、角钢中立柱，4、角钢支撑，5、横梁。
【具体实施方式】:
[0020]模型箱框架由L70*5角钢焊接而成，侧面板通过螺栓与框架连接，侧面板中不可拆卸部分所均选用钢板，可拆卸部分面板采用2_厚铝合金板，侧面可拆卸部分由一块方形板、8块长条形板组成，方形板规格为450mmX400mm,长条形板中心开孔直径200mm,长条形板规格为450mmX 100mm，可拆卸板数量和尺寸可以根据实际情况进行调整。为了加固，模型箱四周均设有角钢支撑，且侧板中间加横梁加固。
[0021]混凝土预制圆筒采用C30,两端均预制有槽。
[0022]金属刀盘为5mm厚圆形不锈钢钢板,并在钢板上钻取直径3mm的圆孔，圆孔排列和数量按附图5设置，将U型刀具通过M2.5螺丝与金属圆盘连接固定，组成刀盘。圆盘背面中心处焊接一转轴，在圆盘背面按混凝土预制圆筒直径焊接深IOmm的圆环,将刀盘卡在混凝土预制圆通槽内并用机油润滑，转轴与电机相连，由电机带动金属圆盘转动，模拟盾构刀盘旋转切割土体。
[0023]根据级配可在模型箱内铺设杂填土、粉土、粘土、粉细砂、砂卵石、漂石等不同粒径的土层，可在刀盘周围不同土层、不同埋深及表面沿刀盘前进方向与垂直刀盘前进方向安置速度与加速度拾振器，用于振动量测。
[0024]通过拆卸条形板和方形板，调整上下位置以改变圆筒在模型箱中垂直向位置，模拟盾构隧道的覆土深度变化，研究不同埋深的振动传播规律。
[0025]通过金属盘上U型刀具的不同形式组合，模拟不同形式刀盘下的振动情况。
[0026]通过调整电机转速，可模拟盾构机在不同转速条件下振动的传播和衰减规律。以实现多工况、多因素下砂卵石地层盾构掘进引起的环境振动研究。
【权利要求】
1.一种用于研究盾构掘进诱发振动传播规律试验模型装置，包括模型箱、可变速电机、预制混凝土圆筒、金属刀盘刀具、轴承、以及数据采集系统，其特征在于:对于模型箱的侧面板进行改造加设竖向角钢中立柱，将侧面板分为可拆卸部分和不可拆卸部分，可拆卸部分分为方形板和条形板，预制混凝土圆筒固定在条形板上，轴承穿过预制混凝土圆筒，可变速电机通过轴承带动金属刀盘刀具在模型箱内旋转，通过改变条形板位置调整金属刀盘刀具位置，数据采集系统采集由于金属刀盘刀具旋转引起的模型箱内土体位移的振动规律。
2.根据权利要求1所述的一种用于研究盾构掘进诱发振动传播规律试验模型装置，其特征在于:不可拆卸板采用钢板，可拆卸板采用铝合金板。
3.根据权利要求1所述的一种用于研究盾构掘进诱发振动传播规律试验模型装置，其特征在于:模型箱选用透明的亚克力板为顶板。
【文档编号】G01H1/00GK103900677SQ201410126415
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】陶连金, 郭飞, 潘东旭, 闫冬梅, 许淇, 索新爱 申请人:北京工业大学