[實用新型]一種巖石耐磨性數字鉆進測試系統

有效

• 申請號: 202020227032.6
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN211955078U
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 司富安;王玉杰;曹瑞瑯;許仙娥;段世委;趙宇飛;劉立鵬;李坤
• 申請（專利權）人: 水利部水利水電規劃設計總院;江河水利水電咨詢中心
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;G01N3/02
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 劉乾幫

本實用新型公開的巖石耐磨性數字鉆進測試系統包括用于在待測試的巖石上鉆孔的數字鉆進裝置、巖石固定裝置、轉動裝置、設置在數字鉆進裝置上的數字傳感器和機架，其中數字鉆進裝置安裝在機架上部；巖石固定裝置安裝在機架下部并與數字鉆進裝置對齊；轉動裝置安裝在巖石固定裝置的下方，以便當轉動裝置工作時能帶動固定在巖石固定裝置上的巖石轉動。本實用新型通過監測鉆具數字響應信息，獲取巖石鉆進過程的單位鉆進位移量，用于評價不同質量巖石的耐磨性，以指導硬巖隧道掘進機合理選用滾刀參數、提高施工效率和降低成本。

技術領域

本實用新型涉及隧道及地下工程技術領域，尤其涉及不同質量巖石耐磨性的數字鉆進測試系統。

背景技術

全斷面掘進機法(TBM)安全、快速掘進逐漸是隧道工程領域的前沿熱點問題，在硬巖隧道工程TBM施工過程中，滾刀會因受到巖石反作用而損傷，滾刀壽命和掘進效率往往取決于巖石耐磨性。工程經驗表明在掌握巖石耐磨性的情況下，合理設置滾刀剛度和優化滾刀間距，將能夠大幅度增加TBM滾刀壽命。而且，TBM施工預測模型通常將巖石耐磨性作為重要參數。因此，預先評價巖石耐磨性，對于TBM隧道合理選用滾刀、提高施工效率、降低成本具有重要意義。

目前，廣泛應用的巖石耐磨性評估方法是塞查爾試驗。這種方法是利用重物加載到鋼針上，針尖作用于平整的巖石表面滑動，以磨損后的針尖寬度來評價巖石耐磨性，并命名為CAI。塞查爾試驗解決了巖石耐磨性難以測定的問題，在工程起到了積極作用，但實際應用中也反映了一些問題。塞查爾試驗需要在顯微鏡下精細測量鋼針磨損后針尖的直徑，測量不便利，而且鋼針一次性使用后就廢棄。一些案例證明了鋼針硬度、試驗條件和地質力學性能對測試結果有顯著影響。此外，用于巖石耐磨性評估的還有挪威的磨損測試法，這種方法是將巖石碾成顆粒直徑小于1mm的巖粉，用其摩擦旋轉的刀具，以刀具磨損程度判斷巖石耐磨性，但是這種方法操作十分復雜，僅用于特隆赫姆挪威科技大學提出的TBM性能分析模型的巖石耐磨性指標。因此，巖石耐磨性的預測是隧道及地下工程領域面臨的技術難題。

數字鉆進技術的發展可為巖石耐磨性測試提供了新思路。鉆探是巖土工程中最常用的勘探方法，數字鉆進測試技術是利用信息化技術提升和完善鉆探技術。大量的現場和室內數字鉆進試驗表明數字鉆進參數與工程巖體力學參數具有很好的相關性。目前巖土技術領域已經成功實現了由鉆孔試驗獲取巖石單軸抗壓強度，通過小尺寸鉆進試驗預測巖石黏聚力和內摩擦角。而且，數字鉆進技術還能夠應用到巖體原位測試，例如，基于儀器裝備的鉆孔技術實現了巖層界面辨識和地層質量劃分，通過鉆進數據的波動性來計算巖體完整性。盡管如此，目前對于不同質量條件的巖石耐磨性的數字鉆進技術方面還暫未開展和應用。與此同時，利用數字鉆進技術開展快捷、連續和原位測試巖石物理和力學參數的新方法研究具有重要價值。因此，亟待研發一種能夠應用TBM法硬巖隧道工程巖石耐磨性的數字鉆進試驗設備，即一種巖石耐磨性數字鉆進測試系統及方法。

實用新型內容

本實用新型公開了一種巖石耐磨性數字鉆進測試系統，通過推進扭矩、推進壓力和鉆進位移等監測鉆具數字響應信息，獲取巖石鉆進過程的單位時間的鉆進位移，用于計算巖石的耐磨性，以指導硬巖隧道掘進機合理選用滾刀參數、提高施工效率和降低成本。

為實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案：

一種巖石耐磨性數字鉆進測試系統包括：用于在待測試的巖石上鉆孔的數字鉆進裝置、巖石固定裝置、轉動裝置、設置在數字鉆進裝置上的數字傳感器和機架，其中數字鉆進裝置安裝在機架上部；巖石固定裝置安裝在機架下部并與數字鉆進裝置對齊；轉動裝置安裝在巖石固定裝置的下方，以便當轉動裝置工作時能帶動固定在巖石固定裝置上的巖石轉動。

通過采用上述技術方案，克服了傳統鉆進裝置中轉動部分在上部產生的問題，即，上部結構復雜，使得撓度大、容易偏離中心線擺動，而像本實用新型這樣把轉動裝置設置到下部就會簡化結構并使整個測試系統更穩定。