[發明專利]一種模擬盾構刀盤泥餅形成裝置

在審

• 申請號: 202010426982.6
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111502679A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 歷朋林;夏毅敏;白坤;廖俊杰;杜昌言;李海振;陽軍生;王樹英;李高春;周贊;田兆平;王超;張靖宇
• 申請（專利權）人: 中鐵十四局集團大盾構工程有限公司;中鐵十四局集團有限公司
• 主分類號: E21D9/08
• 分類號: E21D9/08;E21D9/093;G01M99/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出一種模擬盾構刀盤泥餅形成裝置，包括驅動電機及傳感器組、支撐架、進泥管、透明筒壁、底板、千斤頂、加固板、操作平臺、驅動主軸、彈簧桿、刀盤、加熱裝置、金屬探針、底座蓋，透明筒壁為圓柱形桶狀，豎直的固定在底板上，其一端設有刀盤，另一端設有可開閉的底座蓋，底座蓋下端有千斤頂提供反力，刀盤由驅動主軸驅動，驅動主軸上設有傳感器組，加熱裝置對刀盤加熱，金屬探針上設有預緊力。模擬試驗時土體從進泥管加入，刀盤加熱后開始向下旋轉模擬刀盤掘進，金屬探針受力超過預緊力時縮回，證明泥餅已經形成。本發明能夠直觀的模擬刀盤結泥餅的過程，并為研究刀盤泥餅成形與刀盤的溫度、壓力、加壓時間之間的關系創造了條件。

技術領域

本發明屬于地下工程盾構模型試驗技術領域，尤其是一種模擬盾構刀盤泥餅形成裝置。

背景技術

隨著現代化的發展，地下工程的建設成了城市建設的焦點，這對隧道建設的質量和數量上都提出了更高的要求。目前盾構機被廣泛應用到地下隧道建設中并取得了良好的經濟效益和社會效益，但盾構掘進通過的地質條件復雜，盾構機在某些粘土及粉土含量較大的地層中，掘進的刀盤極易產生泥餅，導致刀盤的切削能力變弱，泥餅還會阻礙渣土的排出，對盾構掘進施工造成了巨大的經濟損失。

為了解決上述問題，需要針對刀盤結泥餅現象進行研究，了解泥餅的成形過程及外界條件對其的影響。但由于盾構施工工作環境惡劣，人員難以通行，無法在現場進行試驗，因此只能通過室內試驗來模擬盾構刀盤泥餅形成的過程，從而對泥餅形成的因素及預防處理方法進行研究。

學者們針對結泥餅現象進行了很多研究，也搭建了許多試驗裝置，但基本都限于對不同土樣進行室內測試從而判別其結泥餅的可能性，或是僅考慮壓力對泥餅形成的影響，而沒有綜合考慮刀盤溫度、刀盤轉速、刀盤壓力及作用時間等參數對泥餅成形的影響。

發明內容

本發明所解決的技術問題在于提供一種模擬盾構刀盤泥餅形成裝置，可以模擬盾構刀盤在土體中掘進時泥餅的成形過程，試驗裝置能調整刀盤的溫度、刀盤轉速、施加壓力大小和刀盤作用時間，直管觀察不同掘進情況下泥餅的產生過程，通過金屬探針的是否縮回判斷泥餅的成形程度，從而為研究泥餅的成形機理、成形原因、預防方法、處理手段等創造試驗條件。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種模擬盾構刀盤泥餅形成裝置，其包括驅動電機及傳感器組、支撐架、進泥管、透明筒壁、底板、千斤頂、加固板、操作平臺、驅動主軸、彈簧桿、刀盤、加熱裝置、金屬探針、底座蓋，透明筒壁為圓柱形桶狀，豎直固定在底板上，其一端設有刀盤，另一端設有可開閉的底座蓋，底座蓋下端有千斤頂提供反力，刀盤由驅動主軸驅動，驅動主軸上設有傳感器組，加熱裝置對刀盤加熱，金屬探針上設有預緊力；模擬試驗時土體從進泥管加入，刀盤加熱后開始向下旋轉模擬刀盤掘進，金屬探針受力超過預緊力時縮回，證明泥餅已經形成；傳感器組監測刀盤溫度、壓力、擠壓時間、土體強度、土體厚度等參數。

進一步的，所述透明筒壁與支架之間固定有加固板，所述透明筒壁在加固板之上，所述底座蓋、底板及千斤頂在加固板之下。

更進一步的，所述透明筒壁上刻有高度刻度。

更進一步的，所述刀盤通過刀盤連接螺栓與驅動主軸固定連接。

更進一步的，所述驅動電機安裝在模擬刀盤上方的操作平臺上。

更進一步的，所述傳感器組、計時器固定在模擬刀盤上方的操作平臺上，計時器、傳感器、驅動電機之間的輸入輸出相連接。

更進一步的，所述傳感器組包括軸力傳感器、扭矩傳感器、轉速傳感器、溫度傳感器和功率傳感器。

一種模擬盾構刀盤泥餅形成裝置的試驗方法，步驟如下：

步驟1：將試驗裝置豎直放置在水平地面上，打開進泥管根據壁面上尺度指示放入試驗土體后關閉進泥管；