[發(fā)明專利]一種刀盤開口率可調(diào)泥水盾構模擬試驗裝置及其模擬方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010168326.0
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN113391051A
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設計）人: 宋洋;祝百茹;杜春生;王韋頤;張舵;李志新;穆趙新;舒揚;王輝
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學;中鐵四局集團第五工程有限公司
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N1/28;E21D9/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種刀盤開口率可調(diào)的泥水盾構模擬試驗裝置，包括模型箱、試驗臺架、盾構掘進系統(tǒng)、泥漿循環(huán)系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)；其特征在于：所述盾構掘進系統(tǒng)包括一種開口率可調(diào)的刀盤結(jié)構，所述刀盤結(jié)構由面板、魚尾刀、刀座和切削刀組成，所述刀座與所述面板之間形成開口，開口外呈對角線布置一對扇形的輻條；所述刀盤結(jié)構還包括一種所述輻條旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構，其包括固定在所述輻條中心的主齒輪，與所述主齒輪嚙合傳動的驅(qū)動齒輪以及與所述驅(qū)動齒輪連接的驅(qū)動裝置。

2.根據(jù)權利要求1所述的刀盤開口率可調(diào)的泥水盾構模擬試驗裝置，其特征在于：所述輻條的外端插入盾殼預制好的槽內(nèi)，保證所述輻條旋轉(zhuǎn)時與所述刀盤保持同心；所述輻條采用薄鋼板制成，其厚度為3mm。

3.根據(jù)權利要求1所述的刀盤開口率可調(diào)的泥水盾構模擬試驗裝置，其特征在于：所述驅(qū)動齒輪與小型電機相連，所述小型電機位于盾殼內(nèi)隔板后方的電機支座上。

4.根據(jù)權利要求1所述的刀盤開口率可調(diào)的泥水盾構模擬試驗裝置，其特征在于：所述刀盤的后端通過主軸與驅(qū)動刀盤轉(zhuǎn)動的電動機和減速器相連，所述刀盤和主軸通過螺紋連接，所述電動機和減速器的后端與水平設置在試驗臺架后端的液壓油缸的伸縮桿相連，所述液壓油缸與千斤頂相連。

5.根據(jù)權利要求1所述的刀盤開口率可調(diào)的泥水盾構模擬試驗裝置，其特征在于：所述模型箱由角鋼、槽鋼、鐵板以及鋼化玻璃拼裝而成。

6.根據(jù)權利要求1所述的刀盤開口率可調(diào)的泥水盾構模擬試驗裝置，其特征在于：所述試驗臺架通過升降螺絲來調(diào)整高度，確保模型泥水盾構保持水平狀態(tài)；所述試驗臺架設有平行滑軌、控制箱、泥漿槽a和泥漿槽b，所述平行滑軌上設有兩個支座和推板，所述推板上設有驅(qū)動刀盤轉(zhuǎn)動的電動機和減速器；所述控制箱設有變頻器和控制系統(tǒng)。

7.根據(jù)權利要求1所述的刀盤開口率可調(diào)的泥水盾構模擬試驗裝置，其特征在于：所述泥漿循環(huán)系統(tǒng)包括刀盤和隔板之間形成的泥水艙、泥漿槽a、泥漿槽b、泥漿泵a、泥漿泵b、泥漿泵c、空氣壓縮機和流量計，通過隔板固定氣壓管、進漿管和出漿管，所述泥水艙通過進漿管與泥漿槽a相連、通過出漿管與泥漿槽b相連、通過氣壓管與空氣壓縮機相連，進漿管和出漿管均設有流量計，所述泥漿槽a和泥漿槽b通過管路相連。

8.根據(jù)權利要求7所述的刀盤開口率可調(diào)的泥水盾構模擬試驗裝置，其特征在于：所述泥漿槽a和泥漿槽b中分別設置一個擋板，分為左右兩個槽；所述泥水艙中的渣土會通過所述出漿管和所述泥漿泵b進入到所述泥漿槽b中，所述泥漿槽b左面的槽用于沉淀渣土，上層的漿液會通過所述擋板溢到右面的槽中，并通過所述泥漿泵c送入所述泥漿槽a右面的槽中，再次過濾后通過所述泥漿泵a送入所述進漿管并達到循環(huán)使用。

9.根據(jù)權利要求1所述的刀盤開口率可調(diào)的泥水盾構模擬試驗裝置，其特征在于：所述監(jiān)測系統(tǒng)位于模型箱內(nèi)，所述模型箱上方設有可移動位移傳感器支架，所述位移傳感器支架兩端設有螺絲口，通過調(diào)節(jié)螺絲來控制位移傳感器高度。

10.一種利用權利要求1所述的刀盤開口率可調(diào)的泥水盾構模擬試驗裝置進行盾構掘進的模擬方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟:

①配置好所需模型土，將量測裝置按試驗設計要求提前布置到位，并對土體逐層夯實至指定強度，通過支架固定位移傳感器，并通過升降螺絲調(diào)節(jié)位移傳感器和試驗臺架高度，然后根據(jù)地層需要的開口率，預制對應面積的輻條；

②模擬掘進，將預先配置好的泥漿裝入泥漿槽a中，通過流量計控制泥漿流速，并調(diào)節(jié)泥水艙壓力至預定的開挖面支護力；根據(jù)地層需要的開口率，開啟電動機和小型電機，保證相同的轉(zhuǎn)速分別帶動刀盤和條幅轉(zhuǎn)動，此時刀盤開口率保持不變；逐步通過千斤頂施加刀盤頂推力，當推進一定距離時，安裝盾構管片，管片與前部管片通過螺栓連接為整體，管片可以隨前端刀盤向前移動；為研究地質(zhì)參數(shù)跨度相近的地層中最佳開口率或者當前方遇到地質(zhì)參數(shù)跨度較大的地層需要改變刀盤開口率時，通過控制系統(tǒng)調(diào)整輻條的轉(zhuǎn)速來調(diào)整至預定的開口率，當輻條轉(zhuǎn)速較刀盤快或慢時，此時刀盤開口率會發(fā)生改變，從而實現(xiàn)盾構掘進的模擬；

③對試驗過程中不同刀盤開口率下水土壓力監(jiān)測及地表位移監(jiān)測數(shù)據(jù)進行采集，掘進結(jié)束后，可挖掘地層觀察開挖面泥膜特征。