一种模拟盾构掘进过程中隧道结构扭转变形的试验装置和使用方法

1.本发明涉及土木工程领域，尤其涉及一种模拟盾构掘进过程中隧道结构扭转变形的试验装置和使用方法。


背景技术：

2.现有技术描述：
3.实际工程上，在地铁盾构推进过程中,受到盾构刀盘与土体切割过程中产生的扭矩的影响,拼装成环的管片拼装位置与设计值相比旋转了一定角度,给盾构管片的选型和拼装造成了一定影响,且盾构管片扭转容易导致连接的铁丝松动折断、支架发生变形、走道板起伏不平，可能导致后续车架和电机车轨道铺设不平整,影响设备的运行。在防止盾构机在始发阶段发生扭转变形的研究方面，部分技术对盾构始发阶段段负环管片的支撑进行了研究，并设计出防止盾构机在始发施工中发生扭转的装置(如：cn 203769783u、cn 207863957 u、cn 210660093 u)。在防止盾构管片结构发生扭转变形方面，部分技术通过对装配式人行通道结构进行了研究，缓解管片的扭转变形。(如：cn 210561588 u)。
4.目前，在盾构推进过程中产生扭转的研究主要有：盾构始发阶段时防止盾构机产生扭转，盾构管片在使用过程中缓解产生的扭转变形。但仍然缺少对盾构在正常掘进段，由于盾构刀盘与土体切割过程中产生的扭矩的影响，对盾构管片产生扭转变形的研究。
5.针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案，因此，亟待提出一种模拟盾构掘进过程中隧道结构扭转变形的试验装置和方法。
6.现有技术的问题及缺陷:
7.1、始发阶段的盾构机防扭转装置对防止盾构机掘进过程中，由于刀盘与土体之间产生的扭矩，对管片产生的扭转变形并无明显作用。
8.2、部分技术仅对安装完成后盾构管片发生扭转变形进行后处理，具有局限性。
9.3、现有技术缺乏对盾构掘进过程中，不同安装时期的管片结构受刀盘与土体之间产生扭矩影响的研究。
10.4、现有技术缺乏对曲线隧道(水平和竖向弯曲)的管片扭转变形研究。


技术实现要素：

11.本发明提供了一种模拟盾构掘进过程中隧道结构扭转变形的试验装置，包括盾构机、多个管片结构、多个负环管片、反力架、负环管片支撑件、角运动检测装置、空隙填充物、扭矩电磁铁，多个所述管片结构依次相连，多个负环管片依次相连，所述盾构机顶端安装有所述扭矩电磁铁，所述盾构机尾端与第一个所述管片结构相连，最后一个所述管片结构与第一个所述负环管片相连，最后一个所述负环管片与有所述反力架紧密接触，所述反力架固定在竖井内，所述负环管片下方安装有所述负环管片支撑件，所述管片结构内表面安装有所述角运动检测装置，所述角运动检测装置用于观察盾构掘进过程中所述管片结构发生
扭转的程度，所述管片结构与开挖土体之间安装有所述空隙填充物。
12.作为本发明的进一步改进，所述角运动检测装置为陀螺仪，所述陀螺仪安装在所述管片结构内表面。
13.作为本发明的进一步改进，所述空隙填充物包括已凝固的泥浆、液体橡胶、发泡胶、水，所述液体橡胶用于模拟强度达到完全固化后强度50-80％的泥浆，所述发泡胶用于模拟强度达到完全固化后强度20-50％的泥浆，所述水用于模拟刚刚注入还没开始凝固的泥浆，所述水、所述发泡胶、所述液体橡胶、所述已凝固的泥浆分别安装在所述管片结构与开挖土体之间的空隙里。
14.作为本发明的进一步改进，所述液体橡胶以天然橡胶浓缩胶乳为原材料，以苯肼作为催化剂，在加热条件下通过氧化降解原材料制备；所述液体橡胶用于模拟强度达到完全固化后强度60-70％的泥浆；所述发泡胶用于模拟已有强度达到完全固化后强度20-30％的泥浆。
15.作为本发明的进一步改进，所述发泡胶为聚醚或聚酯多元醇和多异氰酸酯、水、催化剂、表面活性剂、发泡剂在高速搅拌下混合后进行发泡所制。
16.作为本发明的进一步改进，该试验装置还包括固定机构，所述陀螺仪通过所述固定机构安装在所述管片结构内表面。
17.作为本发明的进一步改进，所述固定机构包括螺栓、钢板，所述陀螺仪通过所述螺栓以及所述钢板安装在所述管片结构内表面；所述陀螺仪数量为多个，每个所述管片结构内表面各安装有一个所述陀螺仪。
18.作为本发明的进一步改进，所述盾构机包括盾构机刀盘、盾构机外壳、盾尾、盾尾注浆管、盾尾止水装置、千斤顶，所述盾构机外壳顶端安装有所述盾构机刀盘，所述盾构机外壳底端安装有所述盾尾，所述盾尾与所述管片结构安装在一起，所述盾尾上安装有所述盾尾注浆管，所述盾尾与所述管片结构之间安装有所述盾尾止水装置，所述盾构机外壳内安装有所述千斤顶。
19.作为本发明的进一步改进，该试验装置还包括扭矩应变片，所述千斤顶与管片结构接触面处贴有所述扭矩应变片。
20.本发明还公开了一种模拟盾构掘进过程中隧道结构扭转变形的试验装置的使用方法，包括执行以下步骤：
21.步骤1：在进行试验之前，按要求组装盾构机，安装完成后进行调试，保证设备正常运行。
22.步骤2：依次安装反力架、负环管片支撑件、负环管片，用于提供盾构掘进过程中的反力，各相邻负环管片之间通过螺栓连接，安装结束后检查反力架、负环管片时候紧密接触以及各负环管片之间螺栓是否拧紧。
23.步骤3：按实际要求建立开挖土体的尺寸，开挖前需要对端头的土体进行加固，做好洞口管片的密封工作，开挖结束后，应保持刀盘表面与土体表面一致。
24.步骤4：盾构机开始掘进，进行安装管片结构，进行同步注浆的过程中，合理选择注浆压力，使各施工参数形成最佳搭配，注浆过程中需要检查盾尾止水装置是否封闭，防止浆液流进工作室内。
25.步骤5：待浆液完全固化之后再进行下一环管片结构拼装以及注浆，重复步骤4直
至全部管片结构拼装完成，拼装完成后检查各管片结构之间的整体性，保证管片能够有效的传递力矩。
26.步骤6：注浆材料替换成液体橡胶，上述注浆浆液完全凝固完成后，并进行下一部分的管片结构拼装，并进行注浆，注浆过程中需要防止液体流进工作室内，待液体橡胶固结后继续开挖，液体橡胶模拟已有大部分强度的泥浆。
27.步骤7：注入的材料替换成发泡胶，并进行下一部分的开挖以及管片结构拼装。
28.步骤8：盾构机继续掘进，进行最后一部分管片结构的拼装，此时注入的材料为水，模拟刚刚注入还没开始凝固的泥浆。
29.步骤9：管片结构全部拼装完成后，检查各管片结构之间螺栓是否足够紧固，保证管片的整体性。
30.步骤10：安装陀螺仪，陀螺仪底部通过固定螺丝固定在钢板上，钢板焊接在螺栓上，螺栓嵌入管片结构中，陀螺仪用以检测盾构机掘进过程中不同强度的空隙填充物对管片结构扭转变形的影响。
31.步骤11：在千斤顶与管片结构接触面处贴上扭矩应变片，测量施加不同的扭矩大小对盾构机掘进过程中不同强度的空隙填充物对管片结构扭转变形的影响。
32.步骤12：安装扭矩式电磁铁；保持刀盘在停止运转的情况下，清洗刀盘上残留的渣土，并在刀盘表面安装扭矩式电磁铁。
33.步骤13：保持刀盘处于不工作状态，启动扭矩电磁铁，模拟刀盘顺时针切削土体时产生的扭矩，观察显示器上扭矩应变片的扭矩大小，同时观察各管片结构上陀螺仪的变化，并做好数据记录，重复多次。
34.步骤14：模拟刀盘逆时针切削土体时产生的扭矩，观察显示器上扭矩应变片的扭矩大小，同时观察各管片结构上陀螺仪的变化，并做好数据记录，重复多次。
35.步骤15：扭矩电磁顺时针逆时针交替运行，观察显示器上扭矩应变片的扭矩大小，同时观察各管片结构上陀螺仪的变化，并做好数据记录，重复多次。
36.步骤16：试验结束后，依次拆除试验设备，回收利用，并进行数据的处理。
37.本发明的有益效果是：1.本发明的实验装置采用盾构机进行掘进，真实的反映出实际情况盾构机掘进时与土体之间的相互作用关系对管片结构拼接安装和扭转变形的影响；2.本发明的实验装置管片结构与土体之间的空隙，采用具有不同摩阻力的填充材料进行填充，能观察不同泥浆强度对管片结构产生的摩阻力的大小；3.本发明的实验装置在管片结构内表面上安装陀螺仪，可以检测在盾构机掘进过程中不同安装时期的管片结构产生的扭转变形；4.本发明的实验装置采用扭矩电磁铁固定在刀盘2上，通过电磁铁顺时针，逆时针，半顺半逆的运转方式，模拟刀盘与土体切割时产生的扭矩，可以检测出不同运转方式下，管片结构扭转变形的大小，从而得出最佳的运转方式；5.本发明实验装置同时适用于曲线隧道(水平和竖向弯曲)、管片结构的扭转变形的测量。
附图说明
38.图1是本发明试验装置轴视图；
39.图2是本发明试验装置剖视图；
40.图3是本发明试验装置剖面图(隧道竖向弯曲)；
41.图4是本发明试验装置局部面图；
42.图5是本发明千斤顶与管片结构接触结构图。
具体实施方式
43.本发明提出了一种模拟盾构掘进过程中隧道结构扭转变形的试验装置和使用方法，采用盾构机进行掘进，真实的反映出盾构掘进在时与土体之间的相互作用关系对管片结构拼接安装和扭转变形的影响。
44.同时，本发明采用不同的填充材料填充管片结构与土体之间的空隙，比如液体橡胶15、发泡胶16、水17，用于模拟不同时期盾构掘进下，不同泥浆强度对管片结构8产生的摩阻力的大小。
45.再者，本发明运用了一种角运动测量装置——陀螺仪，能够检测出任意方向的转角，将陀螺仪13安装在管片结构8的内表面，可以有效地检测出由于刀盘2与土体相互作用产生的扭矩对于管片结构8的影响。
46.本发明采取扭矩电磁铁18，对盾构机1施以不同方向的扭矩，同时观察安装在管片结构8上陀螺仪13的变化，可以检测出不同运转方式下，管片结构8扭转变形的大小，从而得出最佳的运转方式。
47.如图1-5所示，本发明公开了一种模拟盾构掘进过程中隧道结构扭转变形的试验装置，包括盾构机1、多个管片结构8、多个负环管片9、反力架10、负环管片支撑件11、角运动检测装置、空隙填充物、扭矩电磁铁18，多个所述管片结构8依次相连，多个负环管片9依次相连，所述盾构机1顶端安装有所述扭矩电磁铁18，所述盾构机1尾端与第一个所述管片结构8相连，最后一个所述管片结构8与第一个所述负环管片9相连，最后一个所述负环管片9与所述反力架10紧密接触，所述反力架10通过固定螺栓19固定在竖井内，所述负环管片9下方安装有所述负环管片支撑件11，负环管片支撑装置11通过螺栓固定，所述管片结构8内表面安装有所述角运动检测装置，所述角运动检测装置用于观察盾构掘进过程中所述管片结构8发生扭转的程度，所述管片结构8与开挖土体12之间安装有所述空隙填充物。
48.管片结构8、负环管片9的相邻管片之间通过螺栓连接，以保证其整体性。盾构机1中构件千斤顶7作用在负环管片9上。负环管片9与反力架10为盾构机掘进提供足够的反力，在掘进过程中千斤顶7作用在管片结构8上。
49.所述盾构机1包括盾构机刀盘2、盾构机外壳3、盾尾4、盾尾注浆管5、盾尾止水装置6、千斤顶7，所述盾构机外壳3顶端安装有所述盾构机刀盘2，所述盾构机外壳3底端安装有所述盾尾4，所述盾尾4与所述管片结构8安装在一起，所述盾尾4内部分别安装有盾尾注浆管5、所述盾尾止水装置6，所述盾构机外壳3内安装有所述千斤顶7。(备注：具体细节构件与盾构机原型一致，具体安装方式与盾构机原型相同)
50.管片结构8为开挖过程中安装的管片，陀螺仪13(角运动检测装置)通过螺栓19以及钢板20安装在管片结构8内表面，陀螺仪13底部通过固定螺丝固定在钢板20上，用以观察盾构机掘进过程中管片结构8发生扭转的程度。开挖土体12与管片结构8之间的空隙填充物主要由四部分组成。包括：已凝固的泥浆14、液体橡胶15、发泡胶16、水17。液体橡胶15用于模拟已有大部分强度的泥浆，发泡胶16具有发泡特性和粘结特性可用于模拟已有小部分强度的泥浆。水17模拟刚刚注入还没开始凝固的泥浆。扭矩电磁铁18安装在盾构机刀盘2上，
模拟盾构机掘进过程中，刀盘2和土体之间产生的扭矩。所述液体橡胶15用于模拟强度达到完全固化后强度50-80％的泥浆，优选模拟强度达到完全固化后强度60-70％的泥浆；所述发泡胶16用于模拟已有强度达到完全固化后强度20-50％的泥浆，优选模拟已有强度达到完全固化后强度20-30％的泥浆。
51.材料的制备：
52.液体橡胶15：以天然橡胶浓缩胶乳为原材料，以苯肼作为催化剂，在加热条件下通过氧化降解原材料制备。
53.发泡胶16：将聚醚或聚酯多元醇(白料)和多异氰酸酯(黑料)、水、催化剂、表面活性剂、发泡剂、其他添加剂等原料一步加入，在高速搅拌下混合后进行发泡。
54.该试验装置还包括扭矩应变片，所述千斤顶7与管片结构8接触面处贴有所述扭矩应变片。
55.本发明还公开了一种模拟盾构掘进过程中隧道结构扭转变形的试验装置的使用方法，包括执行以下步骤：
56.步骤1：在进行试验之前，按要求组装盾构机，包括刀盘、前盾、中盾、盾尾，螺旋输送机、设备桥等构件，安装完成后进行调试，保证设备正常运行。
57.步骤2：依次安装反力架10、负环管片支撑件11、负环管片9，用于提供盾构掘进过程中的反力，各相邻负环管片9之间通过螺栓连接，安装结束后检查反力架10、负环管片9时候紧密接触以及各负环管片9之间螺栓是否拧紧。
58.步骤3：按实际要求建立开挖土体的尺寸，开挖前需要对端头的土体进行加固，做好洞口管片的密封工作，开挖结束后，应保持刀盘2表面与土体表面一致。
59.步骤4：盾构机1开始掘进，进行安装管片结构8，进行同步注浆的过程中，合理选择注浆压力，使注浆量和掘进速度等施工参数形成最佳搭配，注浆过程中需要检查盾尾止水装置是否封闭，防止浆液流进工作室内。
60.步骤5：待浆液完全固化之后再进行下一环管片结构8拼装以及注浆，重复上述步骤4直至5-10环管片拼装完成，拼装完成后检查管片与管片各管片结构8之间的整体性，螺栓是否拧紧等，保证管片能够有效的传递力矩。
61.步骤6：注浆材料替换成液体橡胶15，上述注浆浆液完全凝固完成后，并进行下一部分的管片结构8拼装，并进行注浆，注浆过程中需要防止液体流进工作室内，待液体橡胶15固结后继续开挖，液体橡胶15模拟已有大部分强度的泥浆。
62.步骤7：注入的材料替换成发泡胶16，并进行下一部分的开挖以及管片结构8拼装，发泡胶16具有发泡特性和粘结特性可用于模拟已有小部分强度的泥浆。
63.步骤8：上述步骤完成后，盾构机1继续掘进，进行最后一部分管片管片结构8的拼装，此时注入的材料为水，模拟刚刚注入还没开始凝固的泥浆。
64.步骤9：管片结构8全部拼装完成后，需检查各管片结构8之间螺栓是否足够紧固，保证管片的整体性。
65.步骤10：安装陀螺仪13(角运动检测装置)，陀螺仪13底部通过固定螺丝固定在钢板20上，钢板20焊接在螺栓上，螺栓嵌入管片结构8中，陀螺仪13用以检测盾构机掘进过程中不同强度的空隙填充物对管片结构8扭转变形的影响。
66.步骤11：在千斤顶7与管片结构8接触面处贴上扭矩应变片，测量施加不同的扭矩
大小对盾构机掘进过程中不同强度的空隙填充物对管片结构8扭转变形的影响。
67.步骤12：安装扭矩式电磁铁18；保持刀盘2在停止运转的情况下，清洗刀盘2上残留的渣土，并在刀盘2表面安装扭矩式电磁铁18。
68.步骤13：上述操作检查无误后，保持刀盘2处于不工作状态，启动扭矩电磁铁18，模拟刀盘2顺时针切削土体时产生的扭矩，观察显示器上扭矩应变片的扭矩大小，同时观察各管片结构8上陀螺仪13的变化，并做好数据记录，重复多次。
69.步骤14：模拟刀盘2逆时针切削土体时产生的扭矩，观察显示器上扭矩应变片的扭矩大小，同时观察各管片结构8上陀螺仪13的变化，并做好数据记录，重复多次。
70.步骤15：扭矩电磁铁18顺时针逆时针交替运行，观察显示器上扭矩应变片的扭矩大小，同时观察各管片结构8上陀螺仪13的变化，并做好数据记录，重复多次。
71.步骤16：试验结束后，依次拆除试验设备，回收利用，并进行数据的处理。
72.本发明的有益效果：1.本发明的实验装置采用盾构机1进行掘进，真实的反映出实际情况盾构机掘进时与土体之间的相互作用关系对管片结构8拼接安装和扭转变形的影响；2.本发明的实验装置管片结构8与土体之间的空隙，采用具有不同摩阻力的填充材料进行填充，能观察不同泥浆强度对管片结构8产生的摩阻力的大小；3.本发明的实验装置在管片结构8内表面上安装陀螺仪，可以检测在盾构机掘进过程中不同安装时期的管片结构8产生的扭转变形；4.本发明的实验装置采用扭矩电磁铁18固定在刀盘2上，通过电磁铁顺时针，逆时针，半顺半逆的运转方式，模拟刀盘2与土体切割时产生的扭矩，可以检测出不同运转方式下，管片结构8扭转变形的大小，从而得出最佳的运转方式；5.本发明实验装置同时适用于曲线隧道(水平和竖向弯曲)、管片结构8的扭转变形的测量。
73.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种模拟盾构掘进过程中隧道结构扭转变形的试验装置，其特征在于：包括盾构机(1)、多个管片结构(8)、多个负环管片(9)、反力架(10)、负环管片支撑件(11)、角运动检测装置、空隙填充物、扭矩电磁铁(18)，多个所述管片结构(8)依次相连，多个负环管片(9)依次相连，所述盾构机(1)顶端安装有所述扭矩电磁铁(18)，所述盾构机(1)尾端与第一个所述管片结构(8)相连，最后一个所述管片结构(8)与第一个所述负环管片(9)相连，最后一个所述负环管片(9)与所述反力架(10)紧密接触，所述反力架(10)固定在竖井内，所述负环管片(9)下方安装有所述负环管片支撑件(11)，所述管片结构(8)内表面安装有所述角运动检测装置(12)，所述角运动检测装置(12)用于观察盾构掘进过程中所述管片结构(8)发生扭转的程度，所述管片结构(8)与开挖土体(12)之间安装有所述空隙填充物。2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述角运动检测装置为陀螺仪(13)，所述陀螺仪(13)安装在所述管片结构(8)内表面。3.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述空隙填充物包括已凝固的泥浆(14)、液体橡胶(15)、发泡胶(16)、水(17)，所述液体橡胶(15)用于模拟强度达到完全固化后强度50-80％的泥浆，所述发泡胶(16)用于模拟已有强度达到完全固化后强度20-50％的泥浆，所述水(17)用于模拟刚刚注入还没开始凝固的泥浆，所述水(17)、所述发泡胶(16)、所述液体橡胶(15)、所述已凝固的泥浆(14)分别安装在所述管片结构(8)与开挖土体(12)之间的空隙里。4.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于：所述液体橡胶(15)以天然橡胶浓缩胶乳为原材料，以苯肼作为催化剂，在加热条件下通过氧化降解原材料制备；所述液体橡胶(15)用于模拟强度达到完全固化后强度60-70％的泥浆；所述发泡胶(16)用于模拟已有强度达到完全固化后强度20-30％的泥浆。5.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于：所述发泡胶(16)为聚醚或聚酯多元醇和多异氰酸酯、水、催化剂、表面活性剂、发泡剂在高速搅拌下混合后进行发泡所制。6.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于：该试验装置还包括固定机构，所述陀螺仪(13)通过所述固定机构安装在所述管片结构(8)内表面。7.根据权利要求6所述的试验装置，其特征在于：所述固定机构包括螺栓(19)、钢板(20)，所述陀螺仪(13)通过所述螺栓(19)以及所述钢板(20)安装在所述管片结构(8)内表面；所述陀螺仪(13)数量为多个，每个所述管片结构(8)内表面各安装有一个所述陀螺仪(13)。8.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述盾构机(1)包括盾构机刀盘(2)、盾构机外壳(3)、盾尾(4)、盾尾注浆管(5)、盾尾止水装置(6)、千斤顶(7)，所述盾构机外壳(3)顶端安装有所述盾构机刀盘(2)，所述盾构机外壳(3)底端安装有所述盾尾(4)，所述盾尾(4)与所述管片结构(8)安装在一起，所述盾尾(4)上安装有所述盾尾注浆管(5)，所述盾尾(4)与所述管片结构(8)之间安装有所述盾尾止水装置(6)，所述盾构机外壳(3)内安装有所述千斤顶(7)。9.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：该试验装置还包括扭矩应变片，所述千斤顶(7)与管片结构(8)接触面处贴有所述扭矩应变片。10.一种模拟盾构掘进过程中隧道结构扭转变形的试验装置的使用方法，其特征在于，包括执行以下步骤：
步骤1：在进行试验之前，按要求组装盾构机，安装完成后进行调试，保证设备正常运行；步骤2：依次安装反力架(10)、负环管片支撑件(11)、负环管片(9)，用于提供盾构掘进过程中的反力，各相邻负环管片(9)之间通过螺栓连接，安装结束后检查反力架(10)、负环管片(9)时候紧密接触以及各负环管片(9)之间螺栓是否拧紧；步骤3：按实际要求建立开挖土体的尺寸，开挖前需要对端头的土体进行加固，做好洞口管片的密封工作，开挖结束后，应保持刀盘(2)表面与土体表面一致；步骤4：盾构机(1)开始掘进，进行安装管片结构(8)，进行同步注浆的过程中，合理选择注浆压力，使各施工参数形成最佳搭配，注浆过程中需要检查盾尾止水装置是否封闭，防止浆液流进工作室内；步骤5：待浆液完全固化之后再进行下一环管片结构(8)拼装以及注浆，重复步骤4直至全部管片结构(8)拼装完成，拼装完成后检查各管片结构(8)之间的整体性，保证管片能够有效的传递力矩；步骤6：注浆材料替换成液体橡胶(15)，上述注浆浆液完全凝固完成后，并进行下一部分的管片结构(8)拼装，并进行注浆，注浆过程中需要防止液体流进工作室内，待液体橡胶(15)固结后继续开挖，液体橡胶(15)模拟已有大部分强度的泥浆；步骤7：注入的材料替换成发泡胶(16)，并进行下一部分的开挖以及管片结构(8)拼装；步骤8：盾构机(1)继续掘进，进行最后一部分管片结构(8)的拼装，此时注入的材料为水，模拟刚刚注入还没开始凝固的泥浆；步骤9：管片结构(8)全部拼装完成后，检查各管片结构(8)之间螺栓是否足够紧固，保证管片的整体性；步骤10：安装陀螺仪(13)，陀螺仪(13)底部通过固定螺丝固定在钢板(20)上，钢板(20)焊接在螺栓上，螺栓嵌入管片结构(8)中，陀螺仪(13)用以检测盾构机掘进过程中不同强度的空隙填充物对管片结构(8)扭转变形的影响；步骤11：在千斤顶(7)与管片结构(8)接触面处贴上扭矩应变片，测量施加不同的扭矩大小对盾构机掘进过程中不同强度的空隙填充物对管片结构(8)扭转变形的影响；步骤12：安装扭矩式电磁铁(18)；保持刀盘(2)在停止运转的情况下，清洗刀盘(2)上残留的渣土，并在刀盘(2)表面安装扭矩式电磁铁(18)；步骤13：保持刀盘(2)处于不工作状态，启动扭矩电磁铁(18)，模拟刀盘(2)顺时针切削土体时产生的扭矩，观察显示器上扭矩应变片的扭矩大小，同时观察各管片结构(8)上陀螺仪(13)的变化，并做好数据记录，重复多次；步骤14：模拟刀盘(2)逆时针切削土体时产生的扭矩，观察显示器上扭矩应变片的扭矩大小，同时观察各管片结构(8)上陀螺仪(13)的变化，并做好数据记录，重复多次；步骤15：扭矩电磁铁(18)顺时针逆时针交替运行，观察显示器上扭矩应变片的扭矩大小，同时观察各管片结构(8)上陀螺仪(13)的变化，并做好数据记录，重复多次；步骤16：试验结束后，依次拆除试验设备，回收利用，并进行数据的处理。

技术总结
本发明提供了一种模拟盾构掘进过程中隧道结构扭转变形的试验装置和使用方法，该试验装置包括盾构机、多个管片结构、多个负环管片、反力架、负环管片支撑件、角运动检测装置、空隙填充物、扭矩电磁铁，多个管片结构依次相连，多个负环管片依次相连，盾构机顶端安装有扭矩电磁铁，盾构机尾端与首个管片结构相连，最末端管片结构与首端负环管片相连，最末端负环管片与有反力架紧密接触，反力架固定在竖井内，负环管片下方安装有负环管片支撑件，管片结构内表面安装有角运动检测装置。本发明的有益效果是：本发明的实验装置采用盾构机进行掘进，真实的反映出实际情况盾构机掘进时与土体之间的相互作用关系对管片结构拼接安装和扭转变形的影响。形的影响。形的影响。


技术研发人员：李志锋 朱泰锋 江俊 陈湘生 黄志锋 苏栋
受保护的技术使用者：深圳大学 佛山市建盈发展有限公司
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/7/21