[發(fā)明專利]一種泥水平衡盾構泥漿動態(tài)滲透成膜試驗裝置及測定方法

在審

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• 申請日: 2019-12-16
• 公開（公告）號: CN110895233A
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發(fā)明（設計）人: 方勇;崔建;劉鵬程;劉方;徐公允;張尚達;王凱;陳爽;何川
• 申請（專利權）人: 西南交通大學;中鐵工程設計咨詢集團有限公司;中鐵十四局集團大盾構工程有限公司
• 主分類號: G01N13/04
• 分類號: G01N13/04;G01N15/08
• 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(fā)明一種泥水平衡盾構泥漿動態(tài)滲透成膜試驗裝置及測定方法，滲透筒頂部設有上蓋板，底部設有下蓋板，上蓋板的進氣閥和空壓機通過壓力輸送管相連接，用于向滲透筒提供氣壓，進漿閥用于將泥漿加入滲透筒內(nèi)；刀盤通過穿過頂部預留孔的刀盤連接桿連接到電動機；下蓋板上設有底部預留孔和出水閥，滲透墊板底部設置的滲透墊板支撐桿穿過底部預留孔抵靠于位于下蓋板下方的千斤頂?shù)氖┝Χ耍鏊y通過軟管與量筒相連，量筒下方設有電子秤；試驗中在分級加壓的過程中收集和測量泥漿滲透濾失量，并觀察記錄泥膜的形成過程和滲透距離。本發(fā)明通過對滲透距離及滲流量數(shù)據(jù)和不同壓力大小的分析，測定靜態(tài)成模情況下壓力與時間、濾液的關系。

技術領域

本發(fā)明涉及泥水盾構技術領域，具體為一種泥水平衡盾構泥漿動態(tài)滲透成膜試驗裝置及測定方法。

背景技術

目前，隨著我國交通基礎設施的大力發(fā)展，一種盾構隧道工程數(shù)量不斷增加，特別是各大省會城市規(guī)劃了大量的盾構隧道工程，其中有相當部分為泥水平衡盾構隧道。在復雜地層條件下，盾構機掘進面臨巨大的工程風險，容易造成開挖面坍塌、地表沉降和隆起，所以要保證開挖面的穩(wěn)定，在開挖面上計算形成有效的泥膜是保證開挖面穩(wěn)定的關鍵，確定在不同地質(zhì)條件下泥膜形成質(zhì)量規(guī)律，合理調(diào)度工程施工進度，是保證盾構機安全施工的保證。

但是傳統(tǒng)的泥水盾構模型試驗只能在卸壓后用刻度尺大概估算出泥皮的厚度，而在卸壓后去測量泥皮厚度泥皮會受到擾動產(chǎn)生變形和破壞，造成泥皮厚度與真實值存在差異，且只能得到卸壓后那個時刻的泥皮厚度。另外實際工程中泥水平衡盾構掘進時，隨著刀盤轉動，輻條上刀具切削掘進面上已經(jīng)形成的泥膜，露出新鮮的地層；隨后壓力艙內(nèi)的泥漿繼續(xù)向開挖部位滲透，形成新的泥膜。即邊形成邊遭受破壞，連續(xù)重復這一過程。因此，泥水盾構工法中的泥漿在掘進面上形成的泥膜屬于動態(tài)泥膜。傳統(tǒng)的泥水盾構模型試驗都只是針對靜態(tài)成膜進行研究，并未考慮刀盤隨時在破壞泥膜的實際，及無法研究動態(tài)成膜規(guī)律，因此需要研究動態(tài)成模質(zhì)量與加載壓力及刀盤轉動情況的關系，以更準確直觀地解泥膜的形成過程以及實時測定的泥膜質(zhì)量，彌補傳統(tǒng)方法的不足。

傳統(tǒng)的泥水盾構模型試驗成膜質(zhì)量測定有如下不足之處：

1、卸壓后的地層和泥膜將產(chǎn)生變形，泥膜與地層接觸處可能產(chǎn)生脫開或裂紋，測定泥膜質(zhì)量不準確；

2、卸壓后取土容易擾動地層和泥膜，造成泥膜變形，測定值與真實值差別較大；

3、卸壓后抽取泥皮表面的泥漿，抽取過程也會對泥皮產(chǎn)生擾動，造成不同位置測定的值具有較大差異，難以準確判別真實泥膜質(zhì)量；

4、卸壓后僅能測定試驗結束時刻對應的泥膜質(zhì)量，無法獲取泥膜質(zhì)量在試驗過程中的變化規(guī)律，也難以獲得判定泥膜質(zhì)量的關鍵數(shù)據(jù)；

5、泥皮與泥漿顏色差異較小，二者界面難以確定。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種泥水平衡盾構泥漿動態(tài)滲透成膜試驗裝置及測定方法，以彌補現(xiàn)有盾構模型試驗動態(tài)成膜質(zhì)量難以測定與間接判斷的不足，模擬地層和泥漿之間的動態(tài)成膜過程，探尋考慮刀盤轉動情況下泥漿在地層中的滲透特征，得到在各種地層刀盤轉動情況下泥漿動態(tài)滲透成膜規(guī)律。技術方案如下：

一種泥水平衡盾構泥漿動態(tài)滲透成膜試驗裝置，包括滲透筒、空壓機和電動機；滲透筒頂部設有上蓋板，底部設有下蓋板，內(nèi)部從下到上依次設置有滲透墊板、濾層、地層，以及刀盤和泥漿；

上蓋板上設有進氣閥、調(diào)壓閥、進漿閥、氣壓表和頂部預留孔； 進氣閥和空壓機通過壓力輸送管相連接，用于向滲透筒提供氣壓，并通過調(diào)壓閥及氣壓表調(diào)節(jié)氣壓，進漿閥用于將泥漿加入滲透筒內(nèi)； 刀盤通過穿過頂部預留孔的刀盤連接桿連接到電動機的輸出端；刀盤連接桿上設有扭矩傳感器，實時監(jiān)測刀盤扭矩以及調(diào)節(jié)轉速；