[發明專利]一種用于土壓平衡盾構刀盤結泥餅模擬的試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201810116195.4
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108266199A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 方勇;陶力銘;王宇皓;徐汪豪;鄧如勇
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: E21D9/08
• 分類號: E21D9/08
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 劉凱

本發明一種用于土壓平衡盾構刀盤結泥餅模擬的試驗裝置及方法，裝置包括臺架、盾殼和旋轉電機；盾殼為圓筒狀，水平的固定于臺架上，其一端封堵有加壓板，另一端設有刀盤，頂部開設有可開閉倉門；加壓板外側設有水平的千斤頂，刀盤由旋轉電機通過驅動主軸驅動旋轉，驅動主軸上設有傳感器組；試驗時土體通過盾殼頂部的可開閉倉門加入，千斤頂通過加壓板擠壓土體，刀盤上的刀具開始對土體進行掘削，開挖處的渣土通過刀盤開口排出，可以觀察出土情況。本發明模型試驗裝置能夠對盾構刀盤的開挖進行真實模擬，開挖過程中可以直觀地觀察掘進的情況，并能夠監測到掘進過程中刀盤的扭矩以及出土情況；對預防和處置刀盤泥餅問題具有參考意義。

技術領域

本發明涉及地下工程盾構模型試驗技術領域，具體為一種用于土壓平衡盾構刀盤結泥餅模擬的試驗裝置及方法。

背景技術

隨著城市化進程的不斷加快，許多城市都在積極地進行地鐵工程的建設，對隧道的修建在數量和質量上都提出了更高的要求。盾構機在城市地下隧道建設中被廣泛使用并取得了良好的經濟效益和社會效益，但是隨著地鐵建的不斷深入，盾構穿越的地質條件越來越復雜，許多不良的地層條件給盾構機的開挖帶來了一些問題。盾構機在某些粘土或粉土地層中開挖時，粘土極易附著在刀盤上形成泥餅，導致刀具無法繼續切削土體，阻塞渣土排出，嚴重阻礙盾構掘進施工，造成巨大的經濟損失。

針對土壓平衡盾構機在特定地層中掘進的結泥餅現象進行研究，了解研究泥餅的產生機理及影響因素，以及預防泥餅的方法和泥餅處置措施是保證盾構能夠高效快速掘進的關鍵。由于基于現場的盾構隧道開挖過程試驗較難實現，因此可以通過室內模型試驗來模擬土壓平衡盾構刀盤泥餅的產生，對結泥餅現象進行研究。

國內外學者針對盾構機刀盤泥餅現象進行了已很多的研究，但基本都限于對不同土樣進行室內試驗測得土樣的某些參數后判別其結泥餅的可能性，沒有考慮盾構開挖所用刀具類型及分布、關鍵施工參數等因素的影響。目前針對特定土樣進行刀盤掘進結泥餅現象模擬的研究幾乎還是空白。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種用于土壓平衡盾構刀盤結泥餅模擬的試驗裝置及方法，可以模擬特定土體中的盾構掘進，調整刀具布置和施工參數，直觀地觀察不同情況下掘進的過程和泥餅的產生，以及泥餅的形態和分布情況，從而為研究結泥餅現象產生機理和泥餅預防及處置方法提供依據。技術方案如下：

一種用于土壓平衡盾構刀盤結泥餅模擬的試驗裝置，包括臺架、盾殼和旋轉電機；盾殼為圓筒狀，水平的固定于臺架上，其一端封堵有加壓板，另一端設有刀盤，頂部開設有可開閉倉門；加壓板外側設有水平的千斤頂，刀盤由旋轉電機通過驅動主軸驅動旋轉，驅動主軸上設有傳感器組。

進一步的，所述加壓板一側的臺架上豎直的固定有加固板，所述千斤頂的底座固定于加固板上，前端固定于加壓板上。

更進一步的，所述驅動主軸通過卡口與旋轉電機的輸出軸固定連接，旋轉電機配有調速器。

更進一步的，所述驅動主軸下方設有支撐架，所述傳感器組安裝于支撐架上。

更進一步的，所述臺架上設有條形螺栓槽，所述盾殼通過螺栓固定于條形螺栓槽內。

更進一步的，所述刀盤上設有刀具和刀盤開口，刀盤通過刀盤連接螺栓與所述驅動主軸固定連接。

更進一步的，所述傳感器組包括軸力傳感器、扭矩傳感器、轉速傳感器和功率傳感器。

一種用于土壓平衡盾構刀盤結泥餅模擬的試驗方法，包括以下步驟：

步驟1：將試驗裝置組裝在臺架上，打開盾殼上部的可開閉倉門放入試驗土體，填滿加壓板與刀盤之間的空間后，關閉倉門；

步驟2：通過千斤頂對土體進行加壓，觀察千斤頂上壓力表示數；壓力達到預定范圍后，打開旋轉電機開關，帶動刀盤旋轉，模擬盾構機刀盤的開挖；