[發明專利]評價盾構刀盤與土體交互作用及土體改良效果的裝置

在審

• 申請號: 202110519005.5
• 申請日: 2021-05-12
• 公開（公告）號: CN113279768A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 孫占剛;劉毅;孫慶文;薛海儒;李靜之;來守璽;徐前衛;賀翔;周峰;崔越榜
• 申請（專利權）人: 濟南軌道交通集團有限公司;中鐵十局集團第一工程有限公司;同濟大學
• 主分類號: E21D9/06
• 分類號: E21D9/06;E21D9/087;E21D9/093;E21D9/00;E21F17/18
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 宣慧蘭

本發明涉及一種評價盾構刀盤與土體交互作用及土體改良效果的裝置，包括主體機構、加載機構、刀盤驅動機構、攪拌裝置、傳感裝置和控制器；主體機構包括土箱，土箱的筒壁兩端分別是固定連接的密封隔板和滑動連接的加圧板；加載機構與加圧板連接，帶動加圧板沿筒壁前后滑動；刀盤驅動機構包括刀盤、傳動軸和驅動電機，刀盤設于土箱內，驅動電機通過傳動軸用于帶動刀盤轉動。與現有技術相比，本發明考慮盾構與土體的交互作用，可以更換土體和盾構刀盤、刀具類型，真實的還原盾構刀盤的工作環境，為渣土改良參數和盾構選型的確定提供更合理的依據，更好的指導工程實踐，以保證盾構安全平穩的完成掘進工作。

技術領域

本發明涉及隧道工程領域，尤其是涉及一種評價盾構刀盤與土體交互作用及土體改良效果的裝置。

背景技術

在隧道施工中，盾構法得到了廣泛應用，但是，盾構施工過程中對周圍土層存在擾動，不可避免地會引起周圍土體的變形，影響安全。為保證土壓平衡盾構能夠高效平穩的開挖隧道，需要使得土壓平衡盾構對其所開挖地層具有很好的適應性，現有技術中，一般從盾構選型與渣土改良兩方面著手，通過選擇合適的盾構類型以及對渣土進行改良，來提高盾構對土體的適應性。

在實際工程中，通常根據施工人員的經驗確定盾構刀盤類型、刀具及攪拌棒布置方式，缺乏理論層面的選型依據，也沒有充分考慮施工介質的性質，使得盾構施工時往往會出現刀盤結泥餅、土艙堵塞、刀具磨損過快等現象，盾構刀盤與土體的動態交互作用不夠好。

而在渣土改良方面，通常是在施工前開展室內試驗來測試改良渣土的性能。目前，渣土改良室內試驗以坍落度試驗為主，主要存在兩個問題，其一，坍落度試驗對改良土性能的評價指標相對單一，不能全方面綜合的評價渣土改良效果；其二，在實際施工時，渣土的流動性與刀盤及土艙內部結構有很大的關系，通過坍落度試驗優化出的改良土雖然具有良好的流動性，但不能保證其能很好的適用于選定的盾構。

現有的盾構選型及渣土改良研究工作是獨立的，都忽略了盾構與土體的交互作用，實際上盾構選型與渣土改良是密切相關的，因此，如何找到合適的盾構選型及改良渣土，并使盾構與改良渣土相適應，以保證盾構安全平穩的完成掘進工作是亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種評價盾構刀盤與土體交互作用及土體改良效果的裝置，考慮盾構與土體的交互作用，可以更換土體和盾構類型，真實的還原盾構刀盤的工作環境，為渣土改良參數和盾構選型的確定提供更合理的依據，更好的指導工程實踐，能夠在施工前優化渣土改良參數及盾構結構，為盾構選型和渣土改良工作提供參考，以保證盾構安全平穩的完成掘進工作。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種評價盾構刀盤與土體交互作用及土體改良效果的裝置，包括主體機構、加載機構、刀盤驅動機構、攪拌裝置、傳感裝置和控制器；

所述主體機構包括土箱，所述土箱的一個端面設有與土箱的筒壁固定連接的密封隔板，土箱的另一個端面設有與土箱的筒壁滑動連接的加圧板；

所述加載機構與加圧板連接，用于帶動所述加圧板沿土箱的筒壁前后滑動；

所述刀盤驅動機構包括刀盤、傳動軸和驅動電機，所述刀盤設于土箱內，所述傳動軸貫穿密封隔板，傳動軸分別與刀盤和驅動電機連接，所述驅動電機用于帶動刀盤轉動，所述刀盤上活動安裝有多個刀具；

所述攪拌裝置包括主動攪拌機構和被動攪拌機構，主動攪拌機構包括安裝在刀盤上的主動攪拌棒，被動攪拌機構包括安裝在密封隔板上的被動攪拌棒；

所述傳感裝置包括扭矩傳感器、可視化自感知探測器和土倉壓力傳感器，所述扭矩傳感器用于測量驅動電機的扭矩和轉速，所述可視化自感知探測器用于測量刀盤在土箱內的切削擾動范圍，所述土倉壓力傳感器用于測量土箱內部的壓力值；

所述控制器分別與加載機構、驅動電機和傳感裝置通信連接。