[發(fā)明專(zhuān)利]一種考慮高溫高壓的盾構(gòu)刀盤(pán)結(jié)泥餅的試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法

在審

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• 申請(qǐng)日: 2022-05-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115184177A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉江濤;鐘小春;豐土根;張箭;張坤勇;鐘建玲;黃思遠(yuǎn);劉昶;易斌斌
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中鐵（上海）投資集團(tuán)有限公司;河海大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N3/18
• 分類(lèi)號(hào): G01N3/18;G01N3/24;G01N3/02;G01N1/36
• 代理公司: 南京燦爛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32356
• 代理人: 趙麗

本發(fā)明提供了一種考慮高溫高壓的盾構(gòu)刀盤(pán)結(jié)泥餅的試驗(yàn)裝置，雙層圓柱形試驗(yàn)筒通過(guò)圓柱形筒底蓋（4）實(shí)現(xiàn)底部密封，所述雙層圓柱形試驗(yàn)筒的頂部開(kāi)口，所述頂部開(kāi)口處活動(dòng)設(shè)置有圓柱形內(nèi)筒頂蓋（3），所述圓柱形內(nèi)筒頂蓋（3）的上表面連接有用于施加豎向壓力的電控千斤頂（5），所述雙層圓柱形試驗(yàn)筒的筒內(nèi)設(shè)置若干通電可控加熱棒（13）、若干無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試樣模具（11）和若干直接剪切試樣模具（12）。本發(fā)明還公開(kāi)了一種考慮高溫高壓的盾構(gòu)刀盤(pán)結(jié)泥餅的試驗(yàn)方法。本發(fā)明能夠在高溫高壓作用下對(duì)刀盤(pán)結(jié)泥餅的機(jī)理或條件進(jìn)行研究，這與實(shí)際情況更加相符，避免了盾構(gòu)實(shí)踐中結(jié)泥餅后再注入分散劑進(jìn)行分解泥餅等操作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種考慮高溫高壓的盾構(gòu)刀盤(pán)結(jié)泥餅的試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，屬于地下工程試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

土壓盾構(gòu)技術(shù)已經(jīng)成為我國(guó)城市隧道建設(shè)的主流施工方法。土壓盾構(gòu)施工具有最大限度降低對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，施工時(shí)不受天氣影響，對(duì)道路交通影響小，在我國(guó)得到了廣泛地應(yīng)用。但我國(guó)國(guó)土遼闊、地質(zhì)條件復(fù)雜多變，從硬塑黏土層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土地層，粉細(xì)砂地層、中粗砂地層、卵石地層，到各種風(fēng)化程度的圍巖地層，盾構(gòu)技術(shù)不得不適應(yīng)各類(lèi)地質(zhì)條件，隨之也出現(xiàn)了一系列問(wèn)題。其中碰到黏粒含量較高的硬塑黏土、紅層等黏土地層時(shí)，結(jié)泥餅將不可避免，已經(jīng)成為了盾構(gòu)施工中多年難以治愈的難題。

土壓盾構(gòu)刀盤(pán)在地下倔削開(kāi)挖時(shí)，與土體摩擦生熱產(chǎn)生大量的熱量，當(dāng)土體中本身含水量較低時(shí)，土體中的黏粒將發(fā)生壓力固結(jié)和膠結(jié)作用，導(dǎo)致倔削下來(lái)的土體粘附在刀盤(pán)和刀具上，結(jié)泥餅的故障頻發(fā)導(dǎo)致土壓盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中不得不頻繁停機(jī)開(kāi)艙進(jìn)行風(fēng)鎬敲除刀盤(pán)刀具上泥餅。既增加土壓盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)，又導(dǎo)致土壓盾構(gòu)掘進(jìn)效率大幅度降低。土壓盾構(gòu)刀盤(pán)刀具結(jié)泥餅已經(jīng)成為了到目前為止盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展上的一道難以逾越的“門(mén)檻”。其問(wèn)題的根源還在于考慮高溫高壓試驗(yàn)裝置目前市場(chǎng)是沒(méi)有的，設(shè)計(jì)和實(shí)施上存在諸多難題，需要融合土力學(xué)、電磁學(xué)、熱力學(xué)、滲流等多學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)，才能突破該試驗(yàn)的難題。

由于結(jié)泥餅的問(wèn)題形成機(jī)理目前還不是十分清楚，涉及到地層、壓力和溫度等效應(yīng)的綜合影響，目前的試驗(yàn)難以開(kāi)展。因此，目前的研究更多的是總結(jié)工程中經(jīng)驗(yàn)，是一種定性的結(jié)論，缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)指導(dǎo)，難以形成理論體系，已經(jīng)成為了盾構(gòu)技術(shù)進(jìn)步的一道難以逾越的難題，迫切需要開(kāi)展實(shí)驗(yàn)技術(shù)、實(shí)驗(yàn)裝置的研發(fā)，為盾構(gòu)結(jié)泥餅難題的研究提供重要的數(shù)據(jù)支撐。

在現(xiàn)有的施工中，針對(duì)刀盤(pán)結(jié)泥餅的難題，也有很多處理方法，但是效率都不高，工期長(zhǎng)。對(duì)于一般結(jié)泥餅不嚴(yán)重的情況，主要采用注入泡沫劑、分散劑等液體對(duì)結(jié)泥餅的刀盤(pán)進(jìn)行1-2d浸泡逐漸剝離，再高速旋轉(zhuǎn)刀盤(pán)，通過(guò)離心力將泥餅離心脫落。對(duì)于結(jié)泥餅嚴(yán)重的情況，需要工人帶壓進(jìn)倉(cāng)，對(duì)刀盤(pán)上的泥餅進(jìn)行敲、鎬等清理。而且，帶壓進(jìn)倉(cāng)需要較多流程的準(zhǔn)備工作，例如配制泥漿，注入壓力艙置換艙土，制作泥膜，之后降低泥水倉(cāng)液位等。工人帶壓進(jìn)倉(cāng)利用液壓鎬、風(fēng)鎬等工具對(duì)泥餅進(jìn)行破除清理，面臨盾構(gòu)開(kāi)挖面坍塌的風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)于極不穩(wěn)定地層還需要對(duì)開(kāi)挖面進(jìn)行地基加固，以降低帶壓開(kāi)艙破除泥餅時(shí)開(kāi)挖面坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。

實(shí)際上工程中存在結(jié)泥餅的地層，還存在噴涌的可能，兩者往往相伴相生的。比如含泥量高的裂隙風(fēng)化巖地層，地下裂隙水豐富，且倔削下來(lái)的巖樣吸少量水變成了粘性極強(qiáng)土。由于該地層中進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)，一般實(shí)行半艙欠壓施工，土樣進(jìn)入壓力艙內(nèi)快速排出，幾乎沒(méi)有充分時(shí)間進(jìn)行混合均勻，導(dǎo)致結(jié)泥餅和噴涌這兩種施工故障幾乎是相伴相生的，給施工造成較大的困難。

對(duì)于易結(jié)泥餅的地層中進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，更需要的是能夠準(zhǔn)確判別并實(shí)時(shí)預(yù)防技術(shù)。

本發(fā)明提出了一種新的能夠單獨(dú)考慮壓力、單獨(dú)考慮溫度效應(yīng)或者聯(lián)合考慮壓力和溫度共同作用下的土體強(qiáng)度性質(zhì)的變化規(guī)律，并基于盾構(gòu)工程實(shí)際情況，給出合理的渣土改良建議、結(jié)泥餅的判別條件，達(dá)到既確保掘進(jìn)安全，又保障盾構(gòu)倔削高效、經(jīng)濟(jì)的作用。

發(fā)明內(nèi)容