[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

本發明公開了一種刀具獨立測溫的盾構模型試驗刀盤與測試方法，由單刃滾刀單元、雙刃滾刀單元、刮刀單元、邊緣刮刀單元、輻條I(II)、刀盤面板共同構成，滾刀單元沿輻條I的中線布置，刮刀單元沿輻條I(II)的邊線布置，每個滾刀單元、刮刀單元通過隔熱橡膠隔絕其與周圍結構的溫度傳遞，保持各單元溫度的獨立變化，每個滾刀單元和刮刀單元內置溫度傳感器，實現刀具溫度獨立測試功能，有效解決模型試驗刀盤因尺寸限制導致溫度快速趨同而無法獨立測溫的問題，確定各刀具切削土體的貢獻比例，刀盤上刀具獨立測溫是判定在富黏地層中施工時，盾構機刀具是否結泥餅、泥餅位置分布及硬結程度的一種有效手段。

技術領域

本發明屬于掘進機械技術領域，涉及一種刀具獨立測溫的盾構模型試驗刀盤與測試方法。

背景技術

盾構法施工由于掘進速度快、安全性能高、沉降利于控制、對周邊環境影響小的特點，廣泛應用于城市隧道施工。盾構機在富含黏土的地層中施工，被切削下來的破碎土體容易黏結在刀具表面，隨著推進距離的增加，刀具表面黏結的土體不斷遷移和加厚，在高溫高壓作用下，最終形成硬結的泥餅，導致刀具被裹住，甚至刀盤困死，造成掘進速度急劇下降。這個過程中，包裹著泥餅的刀具在掌子面的擠壓、摩擦作用下產生巨大的熱量，造成滾刀偏磨、刀具溫度過高，引起刀盤軸承密封圈失效，危及開挖面穩定和施工安全；因此，必須在盾構掘進過程中跟蹤確定刀具表面泥餅的形成和硬結程度，才能及時采取有效措施對泥餅進行針對性的去除。

目前，國內已有盾構掘進模型試驗和刀盤表面結泥餅等相關研究，例如，徐前衛在其論文《砂土地層盾構法施工的地層適應性模型試驗研究》中，開展了室內盾構模型試驗研究，譚青在其論文《泥餅工況下盾構刀盤熱-力耦合分析》中，研究了溫度對刀盤的影響數值分析研究，這些研究沒有涉及到室內盾構掘進模型試驗刀具獨立測溫的問題。但是，室內盾構掘進模型試驗刀盤一般尺寸較小，刀盤金屬結構間傳熱較快，各個刀具和刀盤結構溫度迅速趨同，制約了根據刀具的溫度分布判定不同位置和不同朝向的刀具對切削土體的貢獻，也無法根據溫度分布判定刀盤是否結泥餅、泥餅的分布位置及泥餅的硬結程度，從而影響對盾構刀盤結泥餅內在機理的研究，無法追蹤不同刀具的溫度分布及差異性規律。

為克服上述不足，本發明提出一種刀具獨立測溫的盾構模型試驗刀盤，分析刀盤不同區域的溫度變化規律，追蹤盾構掘進過程中的各個刀具的溫度變化，探明各個刀具在切土過程中的貢獻比例，從而為刀盤泥餅的形成機制提供有效分析依據。

發明內容

本發明的目的是提供一種刀具獨立測溫的盾構模型試驗刀盤與測試方法，解決模型試驗刀盤因尺寸限制導致溫度快速趨同而無法獨立測溫的問題，確定各刀具在切削土體過程中的貢獻比例，其具有對刀具溫度實時測定溫度分布及增長規律的優點，可以應用在揭示刀盤泥餅形成機理和構建泥餅增長模型研究的科研領域。

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、雙刃滾刀單元、刮刀、邊緣刮刀、測溫單元、輻條I、輻條II、刀盤面板共同構成；

滾刀單元沿輻條I的中線布置，刮刀單元沿輻條I(II)的邊線布置，每個滾刀單元和刮刀單元通過隔熱橡膠隔絕其與周圍結構的溫度傳遞，保持各單元溫度的獨立變化，各單元內置溫度傳感器，實現刀刀具獨立測溫功能，有效解決模型試驗刀盤因尺寸限制導致溫度快速趨同而無法獨立測溫的問題，確定各刀具在切削土體過程中的貢獻比例。

所述的刀具獨立測溫的盾構模型試驗刀盤，其特征在于，刀盤直徑為60-70cm，輻條I、輻條II的寬度為10-12cm，刀盤面板中心角為50°(±5°)，單刃滾刀單元的尺寸為長5-6cm、寬4-5cm，雙刃滾刀單元尺寸為長6-7cm、寬5-6cm，刮刀單元的尺寸為長1.5-2cm、寬1-1.5cm，邊緣刮刀單元的尺寸為長3-4cm、寬1-1.5cm。

所述的刀具獨立測溫的盾構模型試驗刀盤，其特征在于，所述單刃滾刀單元由矩形隔熱橡膠槽、矩形金屬槽、單刃滾刀和溫度傳感器共同構成；