[發明專利]一種刀具獨立測溫的盾構模型試驗刀盤與測試方法

在審

• 申請號: 201811193629.7
• 申請日: 2018-10-09
• 公開（公告）號: CN109268022A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 劉成;劉磊;陸楊;黃琳;仇濤;馬天龍;肖宇豪
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: E21D9/087
• 分類號: E21D9/087;G01M13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種刀具獨立測溫的盾構模型試驗刀盤，其特征在于，由單刃滾刀單元(1)、雙刃滾刀單元(2)、刮刀單元(3)、邊緣刮刀單元(4)、輻條I(5)、輻條II(6)、刀盤面板(7)共同構成；

所述單刃滾刀單元(1)和雙刃滾刀單元(2)沿輻條I(5)的中線布置，所述單刃滾刀單元(1)用螺栓(8)固定在輻條I(5)的矩形孔(9)中，所述雙刃滾刀單元(2)用螺栓(8)固定在輻條I(6)的矩形孔(10)中；

所述刮刀單元(3)和邊緣刮刀單元(4)沿輻條I(5)、輻條II(6)的邊線布置，用螺栓(8)固定在輻條I(5)、輻條II(6)兩側；

所述每個單刃滾刀單元(1)、雙刃滾刀單元(2)、刮刀單元(3)、邊緣刮刀單元(4)和測溫單元(5)通過隔熱橡膠隔絕其與周圍刀盤結構的溫度傳遞，保持各單元溫度的獨立變化，各單元內置溫度傳感器(11)，實現刀具獨立測溫的功能。

2.根據權利要求1所述的刀具獨立測溫的盾構模型試驗刀盤，其特征在于，所述單刃滾刀單元(1)由矩形隔熱橡膠槽(15)、矩形金屬槽(16)、單刃滾刀(17)和溫度傳感器(11)共同構成；

所述雙刃滾刀單元(2)由矩形隔熱橡膠槽(15)、矩形金屬槽(16)、雙刃滾刀(18)和溫度傳感器(11)共同構成；

單刃滾刀(17)和雙刃滾刀(18)通過轉軸固定于矩形金屬槽(16)中，矩形金屬槽(16)通過強力膠固定于矩形隔熱橡膠槽(15)中，矩形隔熱橡膠槽(15)通過螺栓(8)固定在輻條I(5)的矩形孔(10)中；

矩形金屬槽(16)的底面中心處設置溫度傳感器(11)，溫度傳感器(11)通過導線與數據采集儀連接，用于測定單刃滾刀(17)和雙刃滾刀(18)在試驗過程中的溫度變化；

所述單刃滾刀單元(1)和雙刃滾刀單元(2)通過矩形隔熱橡膠槽(15)隔絕了其與周圍刀盤結構間溫度的相互傳遞，保持各個單元溫度的獨立變化。

3.根據權利要求1所述的刀具獨立測溫的盾構模型試驗刀盤，其特征在于，所述刮刀單元(3)由金屬刀頭(12)、隔熱橡膠底座(14)和溫度傳感器(11)共同構成；

所述邊緣刮刀單元(4)由金屬刀頭(13)、隔熱橡膠底座(14)和溫度傳感器(11)共同構成；

金屬刀頭(12)和(13)內置溫度傳感器(11)，溫度傳感器(11)通過導線與數據采集儀連接，用于測定金屬刀頭(12)和(13)在試驗過程中的溫度變化；

所述刮刀單元(3)和邊緣刮刀單元(4)通過隔熱橡膠底座(14)隔絕了其與周圍刀盤結構間溫度的相互傳遞，保持各個單元溫度的獨立變化。

4.一種刀具獨立測溫的盾構模型試驗測試方法，其特征在于，采用權利要求1-3任一項所述的刀具獨立測溫的盾構模型試驗刀盤在富黏地層中開展盾構施工模型試驗，具體步驟如下：

1)在試驗土箱中按照一定的配比制備試驗用富黏地層，將所述的刀具獨立測溫的盾構模型試驗刀盤壓入到地層中，設定刀盤推進力、轉速和轉向，讓刀具切削土體，在試驗過程中實時測定各個刀具關鍵位置的溫度分布；

2)在盾構刀盤掘進模型試驗中，單刃滾刀單元(1)和雙刃滾刀單元(2)可能處于正常滾動階段、開始結泥餅至卡死階段和卡死后摩擦穩定階段等3個不同階段；根據單刃滾刀單元(1)和雙刃滾刀單元(2)的溫度隨時間的變化曲線，可以確定滾刀所處的階段，用于判定盾構在富黏地層中施工，滾刀是否會結泥餅以及滾刀結泥餅的程度。

3)在盾構刀盤掘進模型試驗中，刮刀單元(3)和邊緣刮刀單元(4)沿輻條I、輻條II的邊線布置，兩側的刀頭朝向不同，一側與刀盤轉動方向相同(正向)，一側與刀盤轉動方向相反(背向)，各個刮刀在切削土體過程的貢獻不同，因摩擦造成的升溫快慢不同；根據刮刀單元(3)和邊緣刮刀單元(4)的溫度隨時間的變化曲線，可以確定不同位置和不同朝向的刮刀在切削土體過程的貢獻比例。