[發明專利]可視化的高水壓盾構模型掘進試驗裝置和方法

在審

• 申請號: 201810245635.6
• 申請日: 2018-03-23
• 公開（公告）號: CN108362511A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 袁大軍;沈翔;吳俊;李興高;周逸凱;金大龍;潘東;高振峰
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;G01N33/24
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

本發明實施例提供了一種可視化的高水壓盾構模型掘進試驗裝置和方法。該裝置包括：可視化地質環境模擬裝置、水壓加載系統、泥水循環處理系統、盾構模型機、數據監測系統和總控臺，可視化地質環境模擬裝置的上部連接水壓加載系統，一側設置可視窗口，并設置盾構模型機始發操作孔，盾構模型機內設置數據監測系統；盾構模型機在總控臺的控制下向前掘進，并利用水壓加載系統模擬高水壓環境，透明土材料模擬地質環境，數據監測系統記錄掘進參數變化、泥水艙壓力變化等情況。本發明實現了高水壓條件泥水盾構掘進過程的可視化，以及對掘進參數、泥水壓力和刀盤受力等數據的監測，可有效的對開挖面穩定、刀具磨損、泥水劈裂等問題進行研究。

技術領域

本發明涉及越江海隧道工程技術領域，尤其涉及一種可視化的高水壓盾構模型掘進試驗裝置和方法。

背景技術

目前，在工程領域，隧道建設如火如荼，城市市政軌道交通、越江跨海交通干線建設方興未艾。對地鐵隧道、公路隧道需求量越來越大，而建設者所面臨的施工環境也日趨復雜，盾構法施工成為復雜地質條件下最理想的施工方式。

以瓊州海峽隧道為技術背景，盾構隧道建設面臨諸多挑戰。目前國內許多學者針對盾構機的掘進環境進行過一些模擬試驗，有現場試驗也有模型試驗和數值模擬，但對于實現盾構掘進過程機——土相互作用的可視化目前還未有先例，可視化功能對于越江海盾構隧道中諸多重難點問題(如高水壓條件下開挖面穩定、盾構掘進姿態、刀具磨損、泥水劈裂等)的研究具有很重要的作用，可對掘進過程進行直觀的認識和理解，并且可獲得較為精確的數據，有利于科學研究。

現有技術中的試驗裝置都不能實現記錄盾構機掘進過程的掌子面土體甚至盾構前方土體的動態變化；因其操作復雜，成本投入巨大，試驗裝置密封性、安全性要求極高。針對盾構掘進可視化環境的模擬難題，有必要設計一種可視化的高水壓盾構模型掘進試驗裝置。

發明內容

本發明的實施例提供了一種可視化的高水壓盾構模型掘進試驗裝置和方法，以解決上述背景技術中的問題。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案：

本發明的一方面，提供了一種可視化的高水壓盾構模型掘進試驗裝置。

本發明的實施例提供的一種可視化的高水壓盾構模型掘進試驗裝置，其特征在于，該裝置包括：可視化地質環境模擬裝置、水壓加載系統、盾構模型機和總控臺，所述總控臺與所述盾構模型機連接，所述盾構模型機伸入所述可視化地質環境模擬裝置內，所述水壓加載系統與所述可視化地質環境模擬裝置連接；

所述水壓加載系統向所述可視化地質環境模擬裝置內供水，形成高水壓環境，在所述總控臺的控制作用下，所述盾構模型機在所述可視化地質環境模擬裝置內進行掘進運動。

優選地，該裝置還包括：泥水循環處理系統和數據監測系統，所述泥水循環處理系統與所述盾構模型機連接，所述數據監測系統與所述總控臺連接，并置于所述可視化地質環境模擬裝置和所述盾構模型機內。

優選地，所述泥水循環處理系統與所述盾構模型機的輸泥管路系統連接，置于所述可視化地質環境模擬裝置的外部，用于模擬盾構機的泥水循環過程。

優選地，所述數據監測系統，包括：水壓監測系統、泥水艙壓力監測系統、管片壓力監測系統和刀盤無線監測系統，所述水壓監測系統與所述可視化地質環境模擬裝置連接，所述泥水艙壓力監測系統、管片壓力監測系統和刀盤無線監測系統置于所述盾構模型機的泥水艙內；

所述水壓監測系統包括：3個壓力表，分別均勻設置于所述可視化地質環境模擬裝置的上部，用于對所述可視化地質環境模擬裝置的內部水壓力進行監測；

所述泥水艙壓力監測系統包括：8個無線傳感器，分別均勻設置于所述盾構模型機的泥水艙板上，用于采集所述泥水艙中的壓力數據，對所述泥水艙的壓力進行監測；