一种模拟小幅度地层损失的隧道掘进试验装置

技术领域

本发明涉及隧道掘进试验的技术领域，特别涉及一种模拟小幅度地层损失的隧道掘进试验装置。

背景技术

近年来，盾构隧道广泛应用于地铁隧道的建设中，而盾构机在进行应用时，隧道衬砌初期是位于盾构机内部的，当盾构机不断向前推进，隧道衬砌将会逐步脱出盾构机尾部，然后在挖空的土体中固定。

但当隧道衬砌刚刚脱出盾尾时，由于盾构机外壳和隧道衬砌存在直径差，所以隧道衬砌距离周边土体会有一定的间隙，这个间隙被称为盾尾间隙，该盾尾间隙将会导致出现地层损失，所谓地层损失则是指隧道施工中实际开挖土体的体积与竣工后隧道体积之差，具体为地层损失率等于盾尾间隙的体积除以隧道实际开挖土体的体积。

可见，在盾构隧道掘进的过程中不可避免会产生盾尾间隙，盾尾间隙若不加以控制，隧道衬砌周边土体会因为没有支撑，而朝着隧道衬砌的方向移动，隧道周围土体移动，则会带动地表土体的移动，从而产生地表土体沉降的现象，地表建筑物，地表道路则会受到影响，进而引起各种工程地质灾害。

因此，有必要开展室内试验，以不同地层损失率作为变量，来预测不同地层损失率下盾构施工对周围土体影响，以确定实际工程中该如何控制盾尾间隙。

为解决上述问题，现有技术研发了一种隧道掘进试验装置，该隧道掘进试验装置包括隧道模型和扩缩机构，扩缩机构用于调控隧道模型的径向尺寸，以利用隧道模型径向尺寸的变化模拟土层损失。

但是该隧道模型是利用铁皮一体成型制成，所以当扩缩机构控制隧道模型进行伸展时，实质是强行对铁皮进行了拉伸操作，从而无法确保隧道模型扩展后维持圆形，与施工现场隧道衬砌为圆形的情况并不相同，导致根本无法实现准确的实验模拟。

因此，研究一种能够准确模拟实际施工环境的隧道掘进试验装置已成亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟小幅度地层损失的隧道掘进试验装置，以解决现有隧道掘进试验装置无法准确模拟实际施工环境的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种模拟小幅度地层损失的隧道掘进试验装置，包括隧道模型和扩缩机构；所述隧道模型包括硬质弧形板和可伸缩形变的软质连接件，多块所述硬质弧形板和多个所述软质连接件交替连接为圆管状；所述扩缩机构用于控制所述隧道模型扩展和收缩，所述扩缩机构包括动力输出单元、丝杆、活动螺母、传动杆和支撑板；所述动力输出单元用于驱动所述丝杆自转；所述丝杆与所述隧道模型的轴心同轴布置；所述活动螺母套于所述丝杆外，所述活动螺母与所述丝杆之间为螺纹连接；多根所述传动杆围绕所述活动螺母的周侧布置，多根所述传动杆均与所述活动螺母活动连接；多块所述支撑板分别与多块所述硬质弧形板的内壁连接固定，多块所述支撑板分别与多根所述传动杆活动连接。

在其中一个实施例中，所述硬质弧形板相对的两侧壁均设有拼接槽，所述拼接槽沿所述硬质弧形板的轴向延伸布置；所述软质连接件包括直槽部和连接部，所述直槽部为直线槽状结构，所述直槽部两外侧壁均设有所述连接部，所述连接部安装于所述拼接槽内。

在其中一个实施例中，所述拼接槽和所述连接部的横截面均呈尺寸匹配的凸字形，所述拼接槽与所述连接部将所述隧道模型装配为径向防脱结构；所述拼接槽的槽壁设有多个固定通孔，多个所述固定通孔均贯穿所述硬质弧形板的内表面，多个所述固定通孔均安装有固定螺栓，所述固定螺栓与所述软质连接件的固定螺孔螺纹连接。

在其中一个实施例中，所述丝杆上支撑有限位板，所述限位板设于所述隧道模型内，所述限位板上设有多条限位槽，多条所述限位槽均沿所述隧道模型的径向延伸布置；多块所述支撑板上均连接有安装板，多块所述安装板上均设有限位销，多根所述限位销分别插入多条所述限位槽内，多根所述限位销与多条所述限位槽的配合用于限制所述隧道模型的扩缩范围。

在其中一个实施例中，所述隧道掘进试验装置还包括可伸缩形变的第一柔性密封板和第二柔性密封板，所述第一柔性密封板和所述第二柔性密封板分别密封遮盖所述隧道模型的两隧道口；且所述第一柔性密封板上设有第一密封轴套，所述第二柔性密封板上设有第二密封轴套，所述丝杆的两端分别与所述第一密封轴套和所述第二密封轴套插装。

在其中一个实施例中，所述丝杆置于所述隧道模型外的两端分别安装有第一透明挡板和第二透明挡板；所述第一透明挡板密封遮盖所述第一柔性密封板，所述第一透明挡板与所述第一柔性密封板的周缘间密封夹持有第一环形垫板；所述第二透明挡板密封遮盖所述第二柔性密封板，所述第二透明挡板与所述第二柔性密封板的周缘间密封夹持有第二环形垫板。

在其中一个实施例中，所述硬质弧形板的表面上设有注浆孔，所述注浆孔贯穿所述硬质弧形板；所述第一柔性密封板上设有多个注浆接头，多个所述注浆接头分别与多个所述注浆孔管道接通。

在其中一个实施例中，所述硬质弧形板的外表面设有传感器安装孔，所述传感器安装孔内设有压力传感器。

在其中一个实施例中，所述隧道掘进试验装置还包括第一弧形定位板和第二弧形定位板；多块所述第一弧形定位板均与所述第一柔性密封板的外表面贴合，多块所述第一弧形定位板分别与多块所述硬质弧形板对准布置，所述第一弧形定位板、所述第一柔性密封板和所述硬质弧形板之间螺栓连接固定；多块所述第二弧形定位板均与所述第二柔性密封板的外表面贴合，多块所述第二弧形定位板分别与多块所述硬质弧形板对准布置，所述第二弧形定位板、所述第二柔性密封板和所述硬质弧形板之间螺栓连接固定。

在其中一个实施例中，所述第一柔性密封板的几何中心处设有第一轴孔，所述第二柔性密封板的几何中心处设有第二轴孔；所述第一密封轴套包括第一带孔内板、第一带孔外板和第一密封轴承，在所述隧道模型从内往外的方向上，所述第一带孔内板、所述第一轴孔和所述第一带孔外板依次布置为孔位同轴的状态，所述第一带孔内板、所述第一轴孔和所述第一带孔外板间为螺栓连接固定；所述第一密封轴承密封安装于所述第一带孔内板、所述第一轴孔和所述第一带孔外板的孔位内，所述第一密封轴承内密封套接有所述丝杆；所述第二密封轴套包括第二带孔内板、第二带孔外板和第二密封轴承，在所述隧道模型从内往外的方向上，所述第二带孔内板、所述第二轴孔和所述第二带孔外板依次布置为孔位同轴的状态，所述第二带孔内板、所述第二轴孔和所述第二带孔外板间为螺栓连接固定；所述第二密封轴承密封安装于所述第二带孔内板、所述第二轴孔和所述第二带孔外板的孔位内，所述第二密封轴承内密封套接有所述丝杆。

本发明的有益效果如下：

由于所述隧道模型包括硬质弧形板和可伸缩形变的软质连接件，多块所述硬质弧形板和多个所述软质连接件交替连接为圆管状，所述扩缩机构用于控制所述隧道模型扩展和收缩，所以硬质弧形板为隧道模型的机械强度提供了保障，而软质连接件则使得隧道模型的弹性伸缩调控得以实现，此时即使利用扩缩机构控制隧道模型扩展和收缩，软质连接件的形变量对隧道模型整体外形的影响也很小，确保了隧道模型能够始终保持为圆形的管状结构，即隧道模型的外形实现了与隧道衬砌外形的一致，从而切实解决了现有隧道掘进试验装置无法准确模拟实际施工环境的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图A-1为现有技术示意图一；

图A-2为现有技术示意图二；

图A-3为现有技术示意图三；

图1-1是本发明第一个实施例提供的结构示意图；

图1-2是图1-1的后视结构示意图；

图1-3是图1-1的隧道模型结构示意图；

图1-4是图1-3的硬质弧形板结构示意图；

图1-5是图1-3的软质连接件结构示意图；

图2-1是本发明第一个实施例提供的隧道模型结构示意图；

图2-2是图2-1的硬质弧形板结构示意图；

图2-3是图2-1的软质连接件结构示意图；

图3-1是本发明第三个实施例提供的后视结构示意图；

图4-1是本发明第四个实施例提供的结构示意图；

图4-2是图4-1的后视结构示意图；

图4-3是图4-1的第一柔性密封板结构示意图；

图4-4是图4-1的第二柔性密封结构示意图；

图4-5是图4-1的剖视结构示意图；

图4-6是图4-5的A部分放大结构示意图；

图4-7是图4-5的B部分放大结构示意图；

图5-1是本发明第五个实施例提供的结构示意图；

图5-2是图5-1的后视结构示意图；

图5-3是图5-1拆除透明挡板后的正视结构示意图；

图5-4是图5-3的后视结构示意图；

图6-1是本发明第六个实施例提供的结构示意图；

图6-2是图6-1拆除透明挡板后的结构示意图；

图6-3是图6-1的硬质弧形板结构示意图；

图7-1是本发明第七个实施例提供的结构示意图。

附图标记如下：

A1、液囊；A2、隧道衬砌；A3、大外管；A4、小内管；A5、铁皮隧道模型；A6、扩缩装置；

10、隧道模型；11、硬质弧形板；111、拼接槽；112、固定通孔；113、固定螺栓；114、注浆孔；115、传感器安装孔；116、压力传感器；12、软质连接件；121、连接部；122、直槽部；123、固定螺孔；

20、扩缩机构；211、第一支撑座；212、第二支撑座；213、第一轴承座；214、第二轴承座；215、动力输出电机；216、减速器；217、联轴器；218、固定板；22、丝杆；23、活动螺母；231、第一耳板；24、传动杆；25、支撑板；251、第二耳板；252、限位销；253、安装板；26、限位板；261、限位槽；

31、第一柔性密封板；311、第一轴孔；312、注浆接头；32、第二柔性密封板；321、第二轴孔；

41、第一弧形定位板；42、第二弧形定位板；

51、第一密封轴套；511、第一带孔内板；512、第一带孔外板；513、第一密封轴承；52、第二密封轴套；521、第二带孔内板；522、第二带孔外板；523、第二密封轴承；

61、第一透明挡板；62、第二透明挡板；

71、第一环形垫板；72、第二环形垫板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在进行地层损失模拟时，常用的模拟方式有以下几种：

第一种模拟方式如图A-1所示，当前常用的地层损失试验模拟设备是是采用液囊A1的形式实现，液囊A1包裹在隧道衬砌A2外部，一开始液囊A1内装有水，水会将液囊撑起；而需要模拟盾构向前掘进导致地层损失时，则排出液囊A1中的水，液囊A1将会因此收缩，间接的改变了隧道直径，从而实现了盾尾与隧道衬砌A2直径差的模拟。

但由于液囊A1是分块布置的，块与块之间有空隙，并且液囊A1是一个偏椭圆体的物件，所以多个液囊A1不能连接成一个规则的圆形，这样模拟的隧道衬砌A2外壁将会是一个不太规则的圆形，与实际工程有偏差。

第二种模拟方式如图A-2所示，也有采用大外管A3套小内管A4的设备来进行地层损失模拟的，大外管A3用于模拟盾构机，小内管A4则用于模拟隧道衬砌；在模拟实验开始时，大外管A3完全包裹小内管A4，小内管A4则固定于土体中，以确保小内管A4在试验过程中不移动；当模拟盾构机向前掘进导致地层损失时，将大外管A3向外拔出，露出其内部的小内管A4，该状态则如同实际工程中隧道衬砌脱出盾尾的瞬间，所以大外管A3和小内管A4此时的直径差便是盾尾间隙，从而实现了盾尾与隧道衬砌直径差的模拟。

但是这种装置变换地层损失率极度困难，因为每次变换地层损失率均需要重新换不同尺寸的大外管A3和小内管A4，使用过程极为不便。

而且对于上述两种模拟方式而言，两种模拟方式所模拟的地层损失率都比较大，其模拟的地层损失率一般为5％～10％，无法实现小范围的地层损失率模拟，可是一般实际情况下的地层损失率均在0.5％～3％之间，即上述两种模拟方式依然难以实现对实际情况的准确模拟。

譬如对于第一种模拟方式而言，其液囊A1一般采用具有一定厚度的橡胶制成，以便液囊A1利用自身弹性收缩实现地层损失率模拟，所以液囊A1内部需要有足够的液体才能让其撑起再收缩，但是当地层损失率过小时，液囊A1内部的液体将不足以撑起液囊A1，导致其收缩并不明显，从而不能地层损失的准确模拟。

而对于第二种模拟方式而言，假定需要模拟的隧道模型直径为60cm，所以若要求将地层损失率控制在0.5％～3％之间，则需要控制隧道模型的直径变量在1.5mm～9mm内。为实现此目的，需设置小内管A4的管径为60cm，大外管A3的管径为60cm+(1.5～9cm)cm，但此时大外管A3的管壁厚度已经到达1cm～2cm，而且为避免大外管A3与小内管A4套接后难以拔出，还需设置大外管A3与小内管A4之间留有一定的空隙余量，这将导致隧道模型的模拟变量远超1.5mm～9mm。

再者，上述两种模拟方式均无法实现地层损失的连续变化，所以现有技术还研发了第三种模拟方式，如图A-3所示，该隧道掘进试验装置包括铁皮隧道模型A5和扩缩装置A6，扩缩装置A6用于调控铁皮隧道模型A5的径向尺寸，以利用铁皮隧道模型A5径向尺寸的变化模拟土层损失。

但是该铁皮隧道模型A5是利用铁皮一体成型制成的，所以当扩缩装置A6控制铁皮隧道模型A5进行伸展时，实质是强行对铁皮进行了拉伸操作，从而无法确保铁皮隧道模型A5扩展后维持圆形，与施工现场隧道衬砌为圆形的情况并不相同，导致根本无法实现准确的实验模拟。

综上所述，现有隧道掘进试验装置主要有两个缺陷，一个是无法实现地层损失率的小幅度连接模拟，另一个是无法准确模拟实际施工环境，所以本发明为解决上述两大难题，提供了一种模拟小幅度地层损失的隧道掘进试验装置，下文将以多个实施例进行具体说明。

实施例一

本发明隧道掘进试验装置第一个实施例如图1-1至图1-5所示，包括隧道模型10和扩缩机构20，隧道模型10用于实现保持圆管状的形变，扩缩机构20则用于实现隧道模型10的径向尺寸变化控制。

有关所述隧道模型10，如图1-1至图1-5所示，隧道模型10包括硬质弧形板11和可伸缩形变的软质连接件12，硬质弧形板11相对的两侧壁均设有拼接槽111，拼接槽111沿硬质弧形板11的轴向延伸布置，软质连接件12相对的两侧均设有连接部121，所以通过将连接部121安装于拼接槽111后，则可使得四块硬质弧形板11和四个软质连接件12交替连接为圆管状。

其中，上述的隧道模型10可以利用3D打印技术制成，以便于根据不同的实验需要进行灵活生产；譬如硬质弧形板11可以利用高韧光敏树脂制成，以确保硬质弧形板11具备充足的机械强度，而软质连接件12则可利用硅胶等柔软材料制成，以确保隧道模型10能够实现弹性伸缩。

另外，为加强硬质弧形板11与软质连接件12之间的连接强度，此实施例在拼接槽111的槽壁设有多个固定通孔112，多个固定通孔112均贯穿硬质弧形板11的内表面，而且多个固定通孔112均安装有固定螺栓113，固定螺栓113与软质连接件12的固定螺孔123螺纹连接，所以固定螺栓113便可将软质连接件12压紧于拼接槽111内部，从而防止出现硬质弧形板11与软质连接件12松脱分离的现象。

有关所述扩缩机构20，该扩缩机构20用于控制隧道模型10的扩展和收缩，如图1-1和图1-2所示，扩缩机构20包括动力输出单元、丝杆22、活动螺母23、传动杆24和支撑板25，通过各个部件的连接传动，则可实现对隧道模型10施加径向推拉力的效果。

如图1-1和图1-2所示，在此实施例中，上述的动力输出单元用于驱动丝杆22自转，所以利用电机传动的方式便可实现此目的，而此实施例则优选设置动力输出单元包括第一支撑座211、第二支撑座212、第一轴承座213、第二轴承座214、动力输出电机215、减速器216和联轴器217；该第一支撑座211和第二支撑座212分别设于隧道模型10两隧道口的外部，用于实现其余部件的支撑承托；该第一轴承座213设于第一支撑座211上，第二轴承座214设于第二支撑座212上，且第一轴承座213、第二轴承座214和隧道模型10布置为孔位轴线重合的状态，以用于实现丝杆22的承托固定；该动力输出电机215的输出轴与减速器216的动力输入端连接，减速器216的动力输出端与联轴器217的一个接入端连接固定，联轴器217的另一个接入端则与丝杆22的一端连接固定，以用于实现丝杆22的低速转动控制。

其中，第一支撑座211上还设有竖向布置的固定板218，固定板218上设有穿孔，所以当动力输出电机215与减速器216呈直线布置组装后，减速器216便可固定安装于固定板218上，并穿过固定板218的穿孔与联轴器217实现连接，从而使得动力输出电机215、减速器216、联轴器217和丝杆22实现最简单的直线传动连接，确保了动力输出单元驱动丝杆22自转的顺畅和稳定。

如图1-1和图1-2所示，在此实施例中，上述的丝杆22与隧道模型10的轴心同轴布置，该丝杆22中部的周壁设有外螺纹，而丝杆22的两端则均为光杆结构；在安装丝杆22时，丝杆22具有外螺纹的部位置于隧道模型10内，而丝杆22的两端则延伸至隧道模型10外，并且分别转动安装于第一轴承座213和第二轴承座214内；其中，丝杆22的一端穿过第一轴承座213后与联轴器217连接固定，以此实现了丝杆22与动力输出单元的传动连接。

如图1-1和图1-2所示，在此实施例中，上述的活动螺母23套于丝杆22外，活动螺母23通过自身内部的内螺纹与丝杆22中部的外螺纹啮合，以此使得活动螺母23与丝杆22之间为螺纹连接，以便利用丝杆22实现活动螺母23的移动控制；而且活动螺母23的两端均设有四块第一耳板231，共计八块第一耳板231分别布置于活动螺母23两端的上下左右处，从而便于利用第一耳板231实现与传动杆24之间的铰接。

如图1-1和图1-2所示，在此实施例中，上述的传动杆24共计为八根，八根传动杆24的一端分别与八块第一耳板231铰接，八根传动杆24的另一端则分别与四块支撑板25铰接，以使得活动螺母23上下左右四个方向均各通过两根传动杆24与一块对应支撑板25实现传动。

当然，传动杆24的数量并无限制，只需确保多根传动杆24围绕活动螺母23的周侧布置，多根传动杆24均与活动螺母23活动连接，以实现对隧道模型10的施力控制即可，其实际设置数量可根据隧道模型10的大小、调控幅度需求等进行调整。

如图1-1和图1-2所示，在此实施例中，上述的支撑板25为四块，四块支撑板25分别与四块硬质弧形板11的内壁连接固定，且四块支撑板25的内表面均设有两块第二耳板251，所以利用第二耳板251将可实现与传动杆24之间的铰接。

当然，支撑板25的数量也并无特殊限制，一般保持支撑板25数量与硬质弧形板11数量匹配，确保多块支撑板25分别与多块硬质弧形板11的内壁连接固定，多块支撑板25分别与多根传动杆24活动连接即可，其实际设置数量也可根据隧道模型10的大小、调控幅度需求等进行调整。

在进行应用时，动力输出单元用于驱动丝杆22自转，活动螺母23将会因此实现前后移动，譬如若活动螺母23的平移驱动了多根传动杆24进行伸展运动，则可以此带动隧道模型10进行扩展，若活动螺母23的平移驱动了多根传动杆24进行收拢运动，则可以此带动隧道模型10进行收缩。

显然，在采用此实施例的方案后，至少具备以下的有益效果：

第一，在扩缩机构20与隧道模型10的相互配合下，能够实现隧道模型10径向尺寸的连续性变化，不但无需进行任何拆除更换操作而提高实验效率，更使得地层损失的连续模拟得以实现。

第二，硬质弧形板11为隧道模型10的机械强度提供了保障，软质连接件12则使得隧道模型10的弹性伸缩调控得以实现，此时即使利用扩缩机构20控制隧道模型10扩展和收缩，软质连接件12的形变量对隧道模型10整体外形的影响也很小，确保了隧道模型10能够始终保持为圆形的管状结构，即隧道模型10的外形实现了与隧道衬砌外形的一致，从而切实解决了现有隧道掘进试验装置无法准确模拟实际施工环境的问题。

实施例二

本发明隧道掘进试验装置的第二个实施例如图2-1至图2-3所示，其与第一个实施例的区别在于，软质连接件12包括直槽部122和连接部121，直槽部122为直线槽状结构，直槽部122两外侧壁均设有连接部121，连接部121安装于拼接槽111内；所以在增设直槽部122后，直槽部122的两槽壁将可更容易往内弯曲，从而使得软质连接件12形变效果更佳，与实际的现场施工环境更为近似。

而且实施例还设置了拼接槽111和连接部121的横截面均呈尺寸匹配的凸字形，所以当连接部121装嵌于拼接槽111内后，拼接槽111与软质连接件12便将隧道模型10装配为径向防脱结构，从而进一步加强了硬质弧形板11与软质连接件12之间的连接稳固性。

实施例三

本发明隧道掘进试验装置的第三个实施例如图3-1所示，其与第二个实施例的区别在于，此丝杆22上支撑有限位板26，限位板26设于隧道模型10内，而支撑板25上则设置有限位销252，并利用限位板26和限位销252的相互配合，以限定隧道模型10的扩缩范围。

如图3-1所示，在此实施例中，上述的限位板26为圆板状，其中部穿孔，所以丝杆22能够穿过限位板26中部的穿孔，以实现两者之间的穿接安装，此时两者之间仅是套接关系，即丝杆22的转动并不会带动限位板26进行转动；而且限位板26上还设有四条直槽状的限位槽261，四条限位槽261分别布置于限位板26上下左右四处，每条限位槽261均沿隧道模型10的径向延伸布置，以便于限定隧道模型10的扩缩轨迹。

当然，限位槽261的数量并不限制为四条，只需确保限位板26上设有多条限位槽261，多条限位槽261均沿隧道模型10的径向延伸布置，以能够实现多块硬质弧形板11的导向和扩缩范围限制即可。

如图3-1所示，在此实施例中，为实现上述限位销252的安装，四块支撑板25上均连接有安装板253，安装板253与支撑板25连接为相互垂直的状态，以使得安装板253能够往隧道模型10的中心延伸布置；而且四块安装板253上均设有限位销252，四根限位销252分别插入四条限位槽261内，四根限位销252与四条限位槽261的配合用于限制隧道模型10的扩缩范围。

当然，上述限位销252、安装板253的数量也并不限制为四个，根据整体装置的设计需求进行调整即可。

显然，在采用上述设置方式后，限位销252若与限位槽261靠外的端部抵接，则限制了隧道模型10的最大扩展尺寸，限位销252若与限位槽261靠内的端部抵接，则限制了隧道模型10的最小收缩尺寸，从而使得隧道模型10的扩缩范围始终保持在预设范围内，避免了隧道模型10因扩缩过度而损坏。

实施例四

本发明隧道掘进试验装置的第四个实施例如图4-1至图4-7所示，其与第三个实施例的区别在于，隧道掘进试验装置还包括可伸缩形变的第一柔性密封板31和第二柔性密封板32，第一柔性密封板31和第二柔性密封板32分别密封遮盖隧道模型10的两隧道口，从而便于在需要进行注浆操作时，注浆液无法进入至隧道模型10内。

如图4-1、图4-3、图4-5和图4-6所示，在此实施例中，上述第一柔性密封板31可利用硅胶等的柔性材质制成，第一柔性密封板31为圆板状，以便于对隧道模型10的隧道口进行全面遮盖；而第一柔性密封板31需要进行密封连接的部位有两处，一处是第一柔性密封板31周缘与隧道模型10的隧道口周缘，另一处则是第一柔性密封板31与丝杆22的穿接处。

对于第一柔性密封板31周缘与隧道模型10隧道口周缘的密封连接，此实施例在第一柔性密封板31的周缘设置了多个通孔，在隧道模型10的隧道口周缘设置了多个螺纹孔(该螺纹孔具体为设于硬质弧形板11上)，并设置了四块第一弧形定位板41，每块第一弧形定位板41上也设置了多个位置匹配的通孔。

所以在进行第一柔性密封板31周缘的密封安装时，应保证四块第一弧形定位板41均与第一柔性密封板31的外表面贴合，以及四块第一弧形定位板41分别与四块硬质弧形板11对准布置，然后利用螺栓依次穿过第一弧形定位板41、第一柔性密封板31的相应孔位、并与硬质弧形板11的螺纹孔进行螺纹连接，则可使得第一弧形定位板41、第一柔性密封板31和硬质弧形板11之间螺栓连接固定，从而实现了第一柔性密封板31周缘与隧道模型10隧道口周缘的密封连接。

对于第一柔性密封板31与丝杆22之间的密封连接，此实施例则在第一柔性密封板31的几何中心处设有第一轴孔311，并在第一柔性密封板31上设有第一密封轴套51；该第一密封轴套51包括第一带孔内板511、第一带孔外板512和第一密封轴承513，在隧道模型10从内往外的方向上，第一带孔内板511、第一轴孔311和第一带孔外板512依次布置为孔位同轴的状态，第一带孔内板511、第一轴孔311和第一带孔外板512间为螺栓连接固定，并且第一密封轴承513密封安装于第一带孔内板511、第一轴孔311和第一带孔外板512的孔位内，第一密封轴承513内密封套接有丝杆22，从而使得第一柔性密封板31与丝杆22之间的密封连接得以实现。

类似的，如图4-2、图4-4、图4-5和图4-7所示，在此实施例中，上述第二柔性密封板32可利用硅胶等的柔性材质制成，第二柔性密封板32为圆板状，以便于对隧道模型10另一个的隧道口进行全面遮盖；而第二柔性密封板32需要进行密封连接的部位有两处，一处是第二柔性密封板32周缘与隧道模型10的隧道口周缘，另一处则是第二柔性密封板32与丝杆22的穿接处。

对于第二柔性密封板32周缘与隧道模型10隧道口周缘的密封连接，此实施例在第二柔性密封板32的周缘设置了多个通孔，在隧道模型10另一个隧道口的周缘也设置了多个螺纹孔(该螺纹孔同样为设于硬质弧形板11上)，并设置了四块第二弧形定位板42，每块第二弧形定位板42上也设置了多个位置匹配的通孔。

所以在进行第二柔性密封板32周缘的密封安装时，应保证四块第二弧形定位板42均与第二柔性密封板32的外表面贴合，以及四块第二弧形定位板42分别与四块硬质弧形板11对准布置，然后利用螺栓依次穿过第二弧形定位板42、第二柔性密封板32的相应孔位、并与硬质弧形板11的螺纹孔进行螺纹连接，则可使得第二弧形定位板42、第二柔性密封板32和硬质弧形板11之间螺栓连接固定，从而实现了第二柔性密封板32周缘与隧道模型10另一个隧道口周缘的密封连接。

对于第二柔性密封板32与丝杆22之间的密封连接，此实施例则在第二柔性密封板32的几何中心处设有第二轴孔321，并在第二柔性密封板32上设有第二密封轴套52；该第二密封轴套52包括第二带孔内板521、第二带孔外板522和第二密封轴承523，在隧道模型10从内往外的方向上，第二带孔内板521、第二轴孔321和第二带孔外板522依次布置为孔位同轴的状态，第二带孔内板521、第二轴孔321和第二带孔外板522间为螺栓连接固定，并且第二密封轴承523密封安装于第二带孔内板521、第二轴孔321和第二带孔外板522的孔位内，第二密封轴承523内密封套接有丝杆22，从而使得第二柔性密封板32与丝杆22之间的密封连接得以实现。

在某些实验需求下，是需要在隧道模型10外部进行注浆操作的，所以在采用了上述设置方式后，第一柔性密封板31和第二柔性密封板32将可使得隧道模型10内部成为密封状态，从而避免注浆液流进隧道模型10内，防止了注浆液对扩缩机构造成损坏，即进一步扩大了此实施例隧道掘进试验装置的适用范围。

实施例五

本发明隧道掘进试验装置的第五个实施例如图5-1至图5-4所示，其与第四个实施例的区别在于，丝杆22置于隧道模型10外的两端分别安装有第一透明挡板61和第二透明挡板62。

如图5-1和图5-3所示，在此实施例中，上述第一透明挡板61可采用亚克力等透明材质制成，且该第一透明挡板61为圆板状，第一透明挡板61直径大于隧道模型10的最大扩展尺寸，从而便于第一透明挡板61能够时刻密封遮盖第一柔性密封板31，此时不但可以防止实验过程中的砂土浆料对第一柔性密封板31造成损坏，而且还便于实验人员时刻观察隧道外部的环境状况；另外，为了加强第一透明挡板61与第一柔性密封板31之间的密封性，此实施例还在第一透明挡板61与第一柔性密封板31的周缘间密封夹持有第一环形垫板71，以确保两者之间的连接更为紧密。

同理，如图5-2和图5-4所示，在此实施例中，上述第二透明挡板62可采用亚克力等透明材质制成，且该第二透明挡板62为圆板状，第二透明挡板62直径大于隧道模型10的最大扩展尺寸，从而便于第二透明挡板62能够时刻密封遮盖第二柔性密封板32，此时不但可以防止实验过程中的砂土浆料对第二柔性密封板32造成损坏，而且还便于实验人员时刻观察隧道外部的环境状况；另外，为了加强第二透明挡板62与第二柔性密封板32之间的密封性，此实施例还在第二透明挡板62与第二柔性密封板32的周缘间密封夹持有第二环形垫板72，以确保两者之间的连接更为紧密。

实施例六

本发明隧道掘进试验装置的第六个实施例如图6-1至图6-3所示，其与第五个实施例的区别在于，硬质弧形板11的表面上设有注浆孔114，注浆孔114贯穿硬质弧形板11，且第一柔性密封板31上设有多个注浆接头312，多个注浆接头312分别与多个注浆孔114管道接通，即此时则可利用隧道掘进试验装置实现注浆操作，其应用方式大致如下：

S1、在实验箱体中填土，直到土体达到隧道模型10预设安装位置的下部，停止添加土体，然后将隧道模型10放在已添加好的土体上，并利用扩缩机构20控制隧道模型10直径达到最大值，待相关线路引出实验箱体外，再继续填土直到土体达到试验中设计的高度。

S2、通过外部控制台，按试验设定速率使隧道模型10直径逐渐收敛，收敛至试验预定地层损失情况，以模拟隧道开挖中地层损失情况，在这过程中，同时通过注浆设备，按照试验设定的注浆压力，在注浆孔114进行浆液的注入，以模拟壁后注浆工况。

S3、分别改变地层损失率和注浆压力，重复S1与S2步骤。

S4、通过观察记录各种传感器的数据，得到不同地层损失、不同注浆压力工况下的隧道上浮以及浆液对隧道压力的情况，为实际工程做指导。

综上可知，在采用此设置方式后，可利用注浆设备与注浆接头312接通，所以产生的浆液将依次流经注浆接头312和注浆孔114后排出至隧道模型10的周侧外，这种设置方式不但使得隧道掘进试验装置具备的注浆功能，还能确保浆液能够直接覆盖于隧道模型10表面，其注浆效果要远优于利用设备从外部进行灌注。

当然，在实验过程中可能有不同的注浆需求，所以此实施例将多个注浆孔114均匀分布于隧道模型10的各处，以便实验人员根据不同的实验需求选择接通不同的注浆孔114即可。

需要指出，再增设注浆接头312后，也应在第一透明挡板61上开设相应孔位，以便外部的注浆设备能够与注浆接头312接通。

实施例七

本发明隧道掘进试验装置的第七个实施例如图7-1所示，其与第六个实施例的区别在于，硬质弧形板11的外表面设有传感器安装孔115，传感器安装孔115内设有压力传感器116。

在进行实验的过程中，可设置相应的传感器进行压力监测，该传感器是可以独立于实验设备自行单独设置的；而采用此实施例的设置方式后，则可使得压力传感器116能够集成于隧道掘进试验装置内，从而提高了实验过程中的便捷性，而且传感器安装孔115的设置也使得压力传感器116的设置更为牢固，也为在所需位置准确监测压力提供了保证。

当然，在实验过程中可能需要进行多处压力监测，所以此实施例设置有多组传感器安装孔115和压力传感器116，并将多组传感器安装孔115和压力传感器116分布于隧道模型10外表面的各处，以便于多种情况下的压力监测需求。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。