[發明專利]高水壓多道盾尾刷動態密封失效涌水潰土實驗平臺和方法

有效

• 申請號: 202210332457.7
• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN114810106B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 金大龍;袁大軍;姚占虎;呂計瑞;成曉青;甘洋洋;郭海鵬;陸平;王旭陽;王光輝
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: E21D9/06
• 分類號: E21D9/06
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

1.一種高水壓多道盾尾刷動態密封失效涌水潰土實驗平臺，其特征在于，包括：反力架、密封裝置、動態滑移裝置、固定鋼板、壓力傳感器、電缸或油缸和油脂土水漿液加壓系統；

利用所述固定鋼板連接所述密封裝置與所述反力架的橫梁，所述壓力傳感器與電缸或油缸連接，用于監測電缸或油缸推桿的頂推力；

所述動態滑移裝置通過前端連接反力架的電缸或油缸，實現水平移動模擬盾構機掘進時管片與盾尾刷之間的相對滑動；

所述密封裝置用于密封油脂土水漿液加壓系統中的油脂注入口和漿料注入口，以形成盾尾所處的真實環境狀態；

所述密封裝置包括三道以上盾尾刷、后蓋板、頂部鋼板、底部擠壓板、有機玻璃板、長鋼板和盾尾刷，所述盾尾刷通過螺栓連接頂部鋼板，所述后蓋板通過螺栓與上下左右側長鋼板或有機玻璃板連接，所述電缸或油缸的推桿前端用球形鉸接的形式連接底部擠壓板；

所述密封裝置的底部擠壓板與四部電缸或油缸的推桿頂部設置成球形鉸接形式，4電缸或油缸的推桿頂推擠壓板并且擠壓盾尾刷，模擬拼裝管片擠壓盾尾刷，通過下部四部4電缸或油缸不同的推進距離，模擬盾構調姿時盾尾刷的偏壓狀態；

所述動態滑移裝置包括移動結構和固定在反力架上的水平傳力電缸或油缸，實現盾構掘進時盾尾刷與管片之間的相對移動，在密封裝置的底部擠壓板與盾尾刷之間增加金屬或混凝土板材，水平傳力電缸或油缸與移動結構通過單自由度鉸接連接，以實現移動結構與水平傳力電缸或油缸成一定角度時的推進。

2.根據權利要求1所述的高水壓多道盾尾刷動態密封失效涌水潰土實驗平臺，其特征在于，所述實驗平臺還包括監測控制系統，該監測控制系統與電缸或油缸、油脂土水漿液加壓系統以及壓力傳感器通過有線方式連接，通過監測控制系統控制電缸或油缸、油脂土水漿液加壓系統以及壓力傳感器的運作。

3.根據權利要求1所述的實驗平臺，其特征在于，在所述動態滑移裝置上設定不同的粗糙表面，以模擬管片一定程度破損時的密封性測試。

4.根據權利要求1所述的實驗平臺，其特征在于，通過球鉸實現電缸或油缸的推桿與底部擠壓板之間的轉動連接，在底部擠壓板質量已知的情況下根據電缸或油缸的推力值推算出各盾尾刷所受的擠壓力。

5.根據權利要求1所述的實驗平臺，其特征在于，所述油脂注入口、漿料注入口、水土注入口和氮氣輸入口分別用于油脂、漿液、水土和氮氣的注入，通過不斷輸入氮氣來給水加壓，實現高水壓的效果。

6.根據權利要求1所述的實驗平臺，其特征在于，所述盾尾刷均通過螺栓與頂部鋼板連接，頂部鋼板上通過預留多組開孔或者長橢圓孔的形式，實現相鄰兩道盾尾刷之間距離的變換，即可以按需要設置油脂腔的長度。

7.根據權利要求1所述的實驗平臺，其特征在于，所述密封裝置中通過螺栓連接的連接面設置密封膠條，通過擰緊螺栓壓緊密封膠條。

8.一種高水壓多道盾尾刷動態密封失效涌水潰土實驗方法，其特征在于，包括：

步驟A、制定試驗工況，設定試驗參數，試驗參數包括氮氣的輸入壓力、同步注漿壓力、密封油脂的注入壓力、盾尾刷的擠壓量、電缸或油缸推桿的頂推距離和頂推力；試驗工況為分別模擬盾尾刷正常壓緊時的工作作態、盾尾刷劣化一定程度時形成滲流通道的工作狀態；

步驟B、安裝試驗裝置；

B1、將密封裝置的頂部長蓋板連接于反力架上的固定板上，將盾尾刷連接在頂部長鋼板上；

B2、將擠壓板、壓力傳感器、電缸或油缸推桿固定連接；

B3、啟動電缸或油缸，將擠壓板頂推到預先設定的位置，完成盾尾刷的第一次擠壓；

B4、依次安裝底部兩塊短連接板、左側有機玻璃板、右側長鋼板和后蓋板；

步驟C、按照設定的試驗參數，分別進行油脂注入、漿液注入、氮氣輸入和土水填入，開始靜態盾尾密封失效模擬試驗；

步驟D、啟動水平傳力電缸或油缸，頂推移動結構，模擬盾構掘進，進行動態盾尾密封失效模擬實驗；

步驟E、改變盾尾刷的壓縮量或接觸力，重復試驗步驟B-步驟D，記錄并整理實驗數據，直至試驗結束。