本實用新型涉及TBM隧道圍巖與護盾相互作用測試及分析技術領域，更具體涉及一種圍巖對TBM護盾擠壓力測試的裝置，也可應用于地下工程圍巖與鋼支護結構間相互作用壓力測試。

背景技術：

TBM(全斷面隧道掘進機)已在長大隧道和礦井深部巖石巷道掘進中得到越來越廣泛的應用。其中，圍巖對TBM護盾擠壓力測試是進行護盾式TBM護盾荷載分析和卡盾事故預測分析的關鍵，尤其是當TBM穿越地質條件較差的區(qū)域，壓力盒是其測試的主要手段。而護盾外表面為一光滑圓筒形鋼表面且隨TBM掘進而不斷前移，若采用操作簡便的AB膠、環(huán)氧膠等膠水將傳感器膠粘在護盾外表面上，則安裝在護盾上的傳感器在隨TBM掘進前移時因這類膠的抗剪強度較低極易被周圍接觸上的巖石剮蹭掉，使得傳感器失效。亦不能將壓力傳感器直接焊接在護盾或其他鋼質支護結構上，因為焊接產生的高溫將損壞傳感器內部結構。因此，擬開發(fā)一種安裝簡便、牢固、讀數(shù)準確的測試圍巖對TBM護盾擠壓力的新型壓力盒。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述的難題，本實用新型的目的是在于提供了一種測試圍巖對全斷面隧道掘進機護盾擠壓力的壓力盒，結構簡單，制作方便，大大提高了安裝成功率和長期牢固性，從而實現(xiàn)圍巖對TBM護盾擠壓力的準確測量。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了以下技術方案：

一種測試圍巖對全斷面隧道掘進機(TBM)護盾擠壓力的壓力盒，包括：杯形底座、環(huán)形盒蓋、壓力傳感器和護線套管。其連接關系是：將杯形底座的底部焊接在護盾外表面，杯形底座與護線套管相連，在頂部環(huán)形盒蓋的外端有盒蓋外邊緣，在盒蓋外邊緣內刻有內側螺紋，在杯形底座上端刻有外側螺紋，將壓力傳感器放入杯形底座中，將壓力傳感器自帶的壓力傳感器電纜線從杯形底座上端凹槽中穿出，在壓力傳感器電纜線周圍套上護線套管，再將環(huán)形盒蓋蓋上，將杯形底座和環(huán)形盒蓋間螺紋連接(擰緊)，同時壓力傳感器自帶的壓力傳感器壓力觸頭從環(huán)形盒蓋中心圓孔露出，便構成了測量圍巖對TBM護盾擠壓力的壓力盒，其結構關系及其作用為：加工制作一上端留有凹槽和刻有螺紋的杯形底座，現(xiàn)場測試時將杯形底座底部焊接在全斷面隧道掘進機(TBM)護盾外表面上，用于放置壓力傳感器和將傳感器固定到被測物體TBM護盾外表面上，并在監(jiān)測測試時起到抵抗TBM前移時圍巖與傳感器接觸后的剪切力的作用；現(xiàn)場安裝時待該底座焊接冷卻后將壓力傳感器放入這一杯形底座中，將傳感器電纜線從杯形底座上端凹槽中引出，并在電纜線周圍敷設護線套管用于保護電纜線以免在護盾前移時被接觸上的巖石擠壓、磨損；制作開有中心圓孔、外邊緣內側刻有螺紋的環(huán)形盒蓋，蓋住內部放置的壓力傳感器，且使得壓力傳感器的壓力觸頭露出，能夠接觸周圍的巖石；待壓力傳感器放入杯形底座后蓋上該環(huán)形盒蓋，將環(huán)形盒蓋與杯形底座通過螺紋緊固連接，此時壓力傳感器頂部的壓力觸頭從環(huán)形盒蓋中 心圓孔露出，便構成了測試圍巖對TBM護盾擠壓力的壓力盒。

本發(fā)明的制作流程為：根據選用的壓力傳感器尺寸設計杯形底座和環(huán)形盒蓋的尺寸，在不銹鋼鑄鐵中按照設計尺寸車出一杯形底座，在杯形底座開口上端的外表面車出螺距1mm的外螺紋，在杯形底座上端按設計尺寸開一方形凹槽；在不銹鋼鑄鐵中按照設計尺寸車出一圓形盒蓋，在盒蓋外端邊緣的內表面全范圍車出螺距1mm的內側螺紋，在盒蓋頂面中央切割出一直徑20mm的圓孔，形成外端邊緣內表面具有內側螺紋的環(huán)形盒蓋，從而形成壓力傳感器的安裝外殼；將圓柱形或圓餅形壓力傳感器放入杯形底座，將傳感器電纜線從杯形底座上端凹槽處引出，蓋上環(huán)形盒蓋，壓力傳感器頂部壓力觸頭從該環(huán)形盒蓋中心圓孔露出，擰緊杯形底座與環(huán)形盒蓋間的螺紋，便制作出了測試圍巖對全斷面隧道掘進機(TBM)護盾擠壓力的壓力盒。

本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點和效果：

(1)安裝時焊接高溫不會傳遞到壓力傳感器上，不會損壞傳感器內部結構。

(2)安裝牢固可避免傳感器隨護盾和TBM掘進前移時被圍巖剮蹭損壞和掉落。

(3)同時保證了傳感器電纜線和壓力觸頭能順利出露，有利于準確測量圍巖對護盾擠壓力。

已將設計的這種壓力盒應用于某TBM工程現(xiàn)場監(jiān)測，護盾長度12m，從與刀盤相距1m處開始安裝壓力盒，在拱頂、左右兩肩、左右兩幫各安裝一排壓力盒，每排內間距1m安裝一個壓力盒，監(jiān)測結 果見下表1：

表1某一時刻圍巖對護盾擠壓力P_i沿護盾長度分布監(jiān)測結果

據表1可繪制出該時刻圍巖對護盾擠壓力沿護盾長度方向的分布規(guī)律，見圖4。

此外，還監(jiān)測獲取了TBM停機時圍巖對護盾擠壓力隨時間的演化規(guī)律。以拱頂距離開挖面3m處的測點為例說明，測試的擠壓力隨時間的演化規(guī)律見表2和圖5：

表2圍巖對護盾擠壓力P_i隨時間演化規(guī)律監(jiān)測結果

附圖說明

圖1為一種測試圍巖對TBM護盾擠壓力的壓力盒整體主視圖。

圖2為一種杯形底座俯視圖。

圖3為一種環(huán)形盒蓋俯視圖。

圖4圍巖對護盾擠壓力P_i空間分布規(guī)律。

圖5圍巖對護盾擠壓力P_i隨時間分布規(guī)律。

圖中：1.杯形底座、2.環(huán)形盒蓋、3.壓力傳感器(型號YY-C125-10KN)、4.護線套管、5.外側螺紋、6.杯形底座上端凹槽、7.壓力傳感器(YY-C125-10KN)電纜線、8.盒蓋中心圓孔、9.盒蓋外邊緣、10.環(huán)形盒蓋外邊緣內側螺紋、11.壓力傳感器(YY-C125-10KN)壓力觸頭。

具體實施方式

實施例1：

下面結合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細描述。

一種測試圍巖對全斷面隧道掘進機(TBM)護盾擠壓力的壓力盒，它包括：杯形底座1、環(huán)形盒蓋2、壓力傳感器3和護線套管4。其連接關系是：將杯形底座1的底部焊接在護盾外表面，杯形底座1與護線套管4相連，在頂部環(huán)形盒蓋2的一端有盒蓋外邊緣9，在盒蓋外邊緣9內有內側螺紋10，在杯形底座1上端有外側螺紋5，將壓力傳感器3放入杯形底座1中，將壓力傳感器3自帶的壓力傳感器電纜 線7從杯形底座1上端凹槽6中穿出，在壓力傳感器電纜線7周圍套上護線套管4，再將環(huán)形盒蓋2蓋上，將杯形底座1和環(huán)形盒蓋2間螺紋連接(擰緊)，同時壓力傳感器3自帶的壓力傳感器壓力觸頭11從環(huán)形盒蓋中心圓孔8露出，便構成了測量圍巖對TBM護盾擠壓力的壓力盒，該安裝底座各個組成部件間的連接關系：根據圍巖與護盾式TBM護盾之間擴挖間隙的大小選擇壓力傳感器3(型號YY-C125-10KN)(尺寸高記為h，內徑記為r，該壓力傳感器尺寸為h＝11.5mm，r＝13mm)，根據壓力傳感器3的直徑和高度設計杯形底座1的尺寸(杯形底座高H＝h+20mm，內徑R_i＝r，外徑R_o＝r+5mm)，從不銹鋼鑄鐵中車出杯形底座1，在杯形底座1上端8mm范圍內刻有螺距1mm的外側螺紋5，在測試時將杯形底座1焊接在護盾外表面。在杯形底座上部開一方形凹槽6(高＝寬＝2倍傳感器電纜線直徑)，杯形底座1用于放置壓力傳感器3和將傳感器3固定到被測物體護盾外表面上；并根據壓力傳感器3的直徑、壓力觸頭11的高度和直徑設計頂部環(huán)形盒蓋2(環(huán)形盒蓋內徑R_i'＝杯形底座外徑R_o＝r+5mm，外徑R'_o＝內徑+5mm，中心圓孔半徑R'＝10mm，外邊緣高度H'＝8mm，底厚壓力觸頭高度)，在頂部環(huán)形盒蓋2中心開一半徑為10mm的圓孔8，在頂部環(huán)形盒蓋2外邊緣9的內表面制作螺距1mm的內側螺紋10，用于固定壓力傳感器3；現(xiàn)場測試時，將杯形底座1的底部焊接在護盾外表面，待冷卻后，將壓力傳感器3放入杯形底座1中，將壓力傳感器3自帶的電纜線7從杯形底座1上端凹槽6中穿出，在電纜線7周圍套上護線套管4，再將環(huán)形盒蓋2蓋上，將杯形底座1 和環(huán)形盒蓋2間螺紋擰緊，同時壓力傳感器3自帶的壓力觸頭11從環(huán)形盒蓋中心圓孔8露出，便構成了測量圍巖對TBM護盾擠壓力的壓力盒，結構詳見圖1。