[發明專利]一種泥水盾構掌子面泥水壓力實驗測試裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201710241296.X
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN106841578B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 朱澤奇;盛謙;龔擎玉;肖明清;龔彥峰;唐曌;劉世偉;李建賀;張善凱
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01N33/38
• 分類號: G01N33/38
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 李鵬;王敏鋒

本發明公開了一種泥水盾構掌子面泥水壓力實驗測試裝置，包括土箱、可移動金屬外殼、泥水倉、緩沖箱、泥水泵、泥水壓力計、孔隙水壓力計、孔隙水壓力存儲器、泥水壓力存儲器，本發明還公開了一種泥水盾構掌子面泥水壓力實驗測試方法，本發明可以得到水泥倉內水壓力和掌子面處泥水壓力的映射關系，本裝置內的固定擋板上設置有開口控制件，可以研究開口率對掌子面泥水壓力和泥水倉泥水壓力的影響；操作方便、成本低、可靠性強等優點，具有較強的推廣使用價值。

技術領域

本發明屬于盾構隧道泥水壓力測試技術領域，尤其涉及一種泥水盾構掌子面泥水壓力實驗測試裝置，還涉及一種泥水盾構掌子面泥水壓力實驗測試方法。適用于泥水盾構隧道掌子面所施加的泥水壓力室內實驗測試。

背景技術

近年來隨著城市地下交通隧道、越江跨海隧道的快速發展，盾構機因其施工安全性能好、速度快、擾動小以及經濟效益高等優點得到了廣泛的應用。在盾構隧道施工過程中掌子面的穩定性對隧道的安全高效施工以及地表沉降的有效控制具有重要的影響，而在泥水盾構施工中，掌子面的水土壓力主要是依靠所施加的泥水壓力來平衡，進而保障掌子面的穩定。在施工過程中由于掌子面施工的復雜性，因此無法直接對掌子面處的泥水壓力進行監測，目前對掌子面所施加的泥水壓力主要是依靠作業技術人員的經驗來判斷控制，而在相關研究中簡單的認為泥水倉內的壓力與掌子面處的泥水壓力分布形式和大小相同，顯然此種做法存在不合理之處。由于掌子面與泥水倉之間間隔一個刀盤且刀盤上設置有開口，二者之間的泥水壓力存在一定關聯性，而泥水倉內的泥水壓力在施工中比較容易測出，因此可以通過測定泥水倉內的壓力值，進行反演分析得出掌子面處的泥水壓力值，進而可以對掌子面穩定進行有效控制。現有的相關文獻如“土壓平衡盾構機密封艙壓力控制機理模型及實驗研究”一文中闡述了土壓倉內的土壓力與掌子面的處的土壓力具有一定的映射關聯，然而數值模擬方法無法模擬盾構掘進時掌子面與土壓倉內的土壓力存在和分布的真實狀態，通過數值模擬分析得出結論具有一定的局限性，需要通過相應的實驗方法進行論證方可有效合理的利用，除此之外土體與泥水的力傳遞形式具有一定的區別。因此研究一種能夠真實有效的反映盾構掘進中掌子面和泥水倉內泥水流動賦存狀態的實驗裝置尤為重要，通過實驗確定掌子面水壓力與泥水倉泥水壓力之間的映射關系，依據泥水倉泥水壓力的監測結果預測掌子面處的水壓力，對掌子面的穩定性控制具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的是在于針對現有技術存在的上述問題，提供一種泥水盾構掌子面泥水壓力實驗測試裝置，還提供一種泥水盾構掌子面泥水壓力實驗測試方法。通過設定不同的實驗條件測試出掌子面內和泥水倉內相應位置泥水壓力值，通過相關性分析得出掌子面泥水壓力與泥水倉泥水壓力值之間的映射函數關系式，通過監測泥水倉泥水壓力值可以更好預測掌子面處泥水壓力值，為掌子面的支護壓力的動態控制提供有力的理論支撐，保障施工安全高效的進行。

一種泥水盾構掌子面泥水壓力實驗測試裝置，包括土箱，還包括可移動金屬外殼，土箱的側壁開設有土箱連通孔，可移動金屬外殼的側壁開設有外殼連通孔，圓筒狀的泥水倉通過支撐臺橫向水平設置在可移動金屬外殼內，泥水倉一端設置有開口控制件且穿出外殼連通孔與土箱連通孔無縫連接，泥水倉另一端密封，泥水倉頂部通過泥水進管與緩沖箱連接，泥水倉底部通過泥水出管與泥水泵連接，泥水泵通過泥水連接管與緩沖箱連接，泥水倉內泥水經過的路徑上從上至下垂直設置有若干個泥水壓力計，土箱的內壁位于土箱連通孔的部分罩設有鋼筋網，鋼筋網上從上至下設置有若干個與泥水壓力計一一高度對應的孔隙水壓力計，孔隙水壓力計與孔隙水壓力存儲器連接，泥水壓力計與泥水壓力存儲器連接，泥水進管上設置有閥門。

如上所述的開口控制件包括連接軸、第一擋片和第二擋片，第一擋片和第二擋片上均開設有流通口，第一擋片和第二擋片均套設在連接軸上并均可以連接軸為中心周向旋轉，第一擋片和第二擋片貼合設置。

如上所述的土箱與可移動金屬外殼之間通過法蘭連接。

一種泥水盾構掌子面泥水壓力實驗測試方法，包括以下步驟：