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

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010168326.0
• 申請(qǐng)日: 2020-03-12
• 公開（公告）號(hào): CN113391051A
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋洋;祝百茹;杜春生;王韋頤;張舵;李志新;穆趙新;舒揚(yáng);王輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 遼寧工程技術(shù)大學(xué);中鐵四局集團(tuán)第五工程有限公司
• 主分類號(hào): G01N33/24
• 分類號(hào): G01N33/24;G01N1/28;E21D9/08
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本發(fā)明公開了一種刀盤開口率可調(diào)泥水盾構(gòu)模擬試驗(yàn)裝置及其模擬方法，包括模型箱、試驗(yàn)臺(tái)架、盾構(gòu)掘進(jìn)系統(tǒng)、泥漿循環(huán)系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)；盾構(gòu)掘進(jìn)系統(tǒng)包括一種開口率可調(diào)的刀盤結(jié)構(gòu)，刀盤結(jié)構(gòu)由面板、魚尾刀、刀座和切削刀組成，刀座與面板之間形成開口，開口外呈對(duì)角線布置一對(duì)扇形的輻條；刀盤結(jié)構(gòu)還包括一種輻條旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其包括固定在輻條中心的主齒輪，與主齒輪嚙合傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)齒輪以及與驅(qū)動(dòng)齒輪連接的驅(qū)動(dòng)裝置。本發(fā)明不僅有效的解決了在地質(zhì)參數(shù)相近的地層中研究刀盤最佳開口率時(shí)刀盤需要反復(fù)拆卸的問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了泥水盾構(gòu)在地質(zhì)參數(shù)跨度較大的地層模擬掘進(jìn)過程中適時(shí)對(duì)刀盤開口率進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到地層適應(yīng)性的要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地下工程試驗(yàn)領(lǐng)域，尤其涉及一種刀盤開口率可調(diào)的泥水盾構(gòu)模擬試驗(yàn)裝置及其模擬方法。

背景技術(shù)

近些年來，泥水盾構(gòu)隧道技術(shù)在我國城市地鐵和大型越江海隧道建設(shè)中應(yīng)用越來越廣泛。由于我國地域遼闊，不同地區(qū)的水文地質(zhì)條件各不相同，對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，而開口率作為刀盤結(jié)構(gòu)中與地質(zhì)條件密切相關(guān)的參數(shù)，在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，如果刀盤開口率設(shè)計(jì)偏小，則不利于排渣，影響掘進(jìn)效率；如果刀盤開口率設(shè)計(jì)偏大，雖然提高了排渣效率，但不利于開挖面的穩(wěn)定，因此刀盤開口率是盾構(gòu)選型時(shí)需要考慮的重要指標(biāo)之一。一般情況下，在地質(zhì)參數(shù)相近的地層中，要提前通過模型試驗(yàn)為刀盤選擇最佳開口率；在地質(zhì)參數(shù)跨度較大的地層中，模擬掘進(jìn)過程中刀盤開口率應(yīng)適時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)從而使盾構(gòu)獲得較為寬泛的地質(zhì)適應(yīng)能力。有學(xué)者采用傳統(tǒng)試驗(yàn)裝置研究上述問題時(shí)，盾構(gòu)模型在掘進(jìn)過程中刀盤開口率通常是不可改變的，需要定做大量不同開口率的刀盤，試驗(yàn)過程中需要反復(fù)拆卸，帶來了很大不便，試驗(yàn)裝置亟待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于克服傳統(tǒng)模型試驗(yàn)刀盤開口率固定不變的缺點(diǎn)，提供一種可在掘進(jìn)過程中適時(shí)進(jìn)行刀盤開口率調(diào)節(jié)的一種泥水盾構(gòu)模擬試驗(yàn)裝置及其模擬方法。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是：一種刀盤開口率可調(diào)的泥水盾構(gòu)模擬試驗(yàn)裝置，包括模型箱、試驗(yàn)臺(tái)架、盾構(gòu)掘進(jìn)系統(tǒng)、泥漿循環(huán)系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)；其特征在于：所述盾構(gòu)掘進(jìn)系統(tǒng)包括一種開口率可調(diào)的刀盤結(jié)構(gòu)，所述刀盤由面板、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(duì)角線布置一對(duì)扇形的輻條；所述刀盤結(jié)構(gòu)還包括一種所述輻條旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，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(dòng)的驅(qū)動(dòng)齒輪以及與所述驅(qū)動(dòng)齒輪連接的驅(qū)動(dòng)裝置。

進(jìn)一步地，所述輻條的外端插入盾殼預(yù)制好的槽內(nèi)，保證所述輻條旋轉(zhuǎn)時(shí)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。

進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)齒輪與小型電機(jī)相連，所述小型電機(jī)位于盾殼內(nèi)隔板后方的電機(jī)支座上。

進(jìn)一步地，所述刀盤的后端通過主軸與驅(qū)動(dòng)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)和減速器相連，所述刀盤和主軸通過螺紋連接，所述電動(dòng)機(jī)和減速器的后端與水平設(shè)置在試驗(yàn)臺(tái)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。

進(jìn)一步地，所述模型箱由角鋼、槽鋼、鐵板以及鋼化玻璃拼裝而成。

進(jìn)一步地，所述試驗(yàn)臺(tái)架通過升降螺絲來調(diào)整高度，確保模型泥水盾構(gòu)保持水平狀態(tài)；所述試驗(yàn)臺(tái)架設(shè)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(shè)有兩個(gè)支座和推板，所述推板上設(shè)有驅(qū)動(dòng)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)和減速器；所述控制箱設(shè)有變頻器和控制系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，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(jī)和流量計(jì)，通過隔板固定氣壓管、進(jìn)漿管和出漿管，所述泥水艙通過進(jìn)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(jī)相連，進(jìn)漿管和出漿管均設(shè)有流量計(jì)，所述泥漿槽a和泥漿槽b通過管路相連。