[發明專利]一種動態泥漿滲透性能試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202010815869.7
• 申請日: 2020-08-14
• 公開（公告）號: CN111795917A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 李鳳遠;張兵;王發民;孫振川;王國安;陳橋;王超峰;王凱;高攀;王延輝;李云濤;汪朋
• 申請（專利權）人: 盾構及掘進技術國家重點實驗室;中鐵隧道局集團有限公司
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張聯群

一種動態泥漿滲透性能試驗裝置及方法，包括：滲透系統、切削系統和加壓系統；所述滲透系統包括土樣筒、A泥漿筒、B泥漿筒和儲水罐，用于進行泥漿滲透并實時測量試驗過程中孔隙壓力和滲水量；所述切削系統包括動力單元、傳動軸和刀盤，用于帶動刀盤旋轉前進以切削土樣；所述加壓系統包括儲氣罐和壓力控制器，用于控制土樣筒泥漿壓力。該裝置可開展盾構掘進過程中刀盤不斷切削開挖面土體情況下的泥漿動態滲透模擬試驗，并測量土體的孔隙水壓力及地層滲水量的動態變化過程，進一步評價泥漿的滲透性能和泥漿壓力在開挖面的傳遞效果，得出有效的結論，以指導實際泥水盾構施工項目。

技術領域

本發明涉及泥水盾構隧道施工技術領域，尤其是一種適用于泥漿穩定隧道開挖面的動態 泥漿滲透性能試驗裝置及方法。

背景技術

近年來，泥水盾構在城市軌道交通、公路隧道、輸水隧洞等領域得到了廣泛應用。泥水 盾構隧道多處在地下水位以下，通過施加略高于開挖面水土壓力的泥漿壓力來維持開挖面的 穩定，泥漿滲透過程中固相顆粒物逐漸堵塞地層孔隙，進而形成透水性較低的泥膜，維持泥 漿與開挖面水土之間的壓力差。泥漿壓力差一部分通過泥膜傳遞給開挖面土體，以提高土體 的有效應力；另一部分則傳遞給地層中的水，在土體中產生超孔隙水壓力，但超孔隙水壓力 會低開挖面土體的穩定性。所以，泥漿對地層的滲透性能和泥漿壓力的傳遞效果直接影響到 開挖面的穩定性。

目前，泥水盾構施工中主要通過調節泥漿的比重、粘度和濾失量等特征參數來應對不同 地層條件，未考慮到泥漿壓力在開挖面的傳遞效果問題，且對泥漿特征參數的選擇往往靠已 有的施工經驗，因此，在現場應用的過程中效果并不理想。國內一般采用靜態泥漿滲透試驗 裝置開展泥漿滲透規律研究，通過測量泥漿的比重、粘度、濾失量和泥膜厚度等特征參數來 應對不同地層條件，未考慮開挖過程中由于刀具對開挖面土體的切削而導致的泥漿滲透和泥 膜形成過程周期性的破壞和重建，也未測量和評價泥漿壓力差在開挖面的傳遞規律，導致對 泥漿性能的研究方法過于簡化，對泥漿性能的評價指標不夠全面。

因此，如何模擬實際施工過程開挖過程中泥漿的滲透過程，獲取泥漿壓力對不同地層的 滲透性能和泥漿壓力在開挖面的傳遞效果，是本領域技術人員急需解決的一大難題。

發明內容

技術問題：本發明的目的是要克服現有技術中的不足之處，提供一種結構簡單、操作方 便、能獲取不同地層的動態泥漿滲透性能試驗裝置及方法。

技術方案：本發明的一種動態泥漿滲透性能試驗裝置，包括滲透系統、切削系統和加壓 系統；

所述滲透系統包括土樣筒、A泥漿筒、B泥漿筒和儲水罐；所述的土樣筒包括筒體、設 在筒體兩側的前端透蓋和后端透蓋，筒體內前部依次設有透水隔板的土樣柱，所述的筒體外 壁上間隔設有多個連通筒體內部的傳感器接口，每個傳感器接口上均設有與計算機相連的孔 隙壓力傳感器，通過上位機記錄和顯示孔隙壓力傳感器的信息；所述的前端透蓋上也設有與 上位機相連的孔隙壓力傳感器，前端透蓋通孔經排水管連接儲水罐，儲水罐與大氣連通；所 述的B泥漿筒經b泥漿管連接在筒體后部的外壁入口上，所述的A泥漿筒經a泥漿管、再經 密封接頭連通后端透蓋；

所述切削系統包括動力單元、連接在動力單元上的傳動軸和與傳動軸相連位于土樣筒內 的刀盤，刀盤的中心開有使傳動軸穿過的進漿孔；所述的動力單元設在可前后移動的導軌上， 所述的傳動軸為空心桿，傳動軸的軸心線與土樣筒的軸心線重合；

所述的加壓系統包括儲氣罐和控制儲氣罐的壓力控制器；所述的儲氣罐通過輸氣管分別 連通A泥漿筒和B泥漿筒，通過壓力控制器控制儲氣罐向A泥漿筒和B泥漿筒中輸入氣體壓 力。

所述的土樣筒的筒體由透明的有機玻璃制成，筒體的外壁上設有便觀察刀盤所處位置和 開挖面位置的刻度尺。

所述的儲水罐下方設有與計算機相連實時測量滲出水量的電子秤。