[发明专利]盾构法隧道施工渣土改良实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及盾构法隧道施工技术领域中研究盾构法施工中渣土改良方法的实验装置。

背景技术

目前，在盾构法施工过程中，渣土改良的具体实施取决于开挖土体的物理力学性质，不同的土体需要不同的改良方法。改良的最终效果是，降低土体的抗剪强度，使压力舱内的混合土体能达到理想的“流塑性状态”，以降低刀盘扭矩和主推进力，避免渣土在压力舱内发生“闭塞”、“结饼”现象，防止在螺旋输送机出口发生“喷涌”和刀具快速磨损以及开挖面失稳等工程事故发生。渣土的改良方法涉及改良剂的选择以及改良剂的配比。但是，在实际盾构法隧道施工中，渣土的改良方法都是凭借经验来确定。对于一般的易开挖地层，该方法能满足施工要求，但对于黏粒含量低、渗透系数大和富水的地层以及黏粒含量过高的粘土地层来说，仅凭经验来制定改良方法具有明显的局限性。如果渣土的改良方法与地质条件不适应，改良效果得不到保证，或者渣土的改良效果不能达到最佳状态，势必造成设备的掘进参数过大，功率过高，不仅造成施工成本高，还会带来一系列的工程问题。

为了研究各种土层的渣土改良方法，现有的试验技术是在土中添加改良溶液搅拌成渣土，然后借用混凝土领域内的塌落度试验测试渣土的流动性；通过室内土工剪切试验测试渣土的抗剪强度；通过室内渗水试验测试渣土的渗透系数。这些试验必须分开在专门的试验装置上进行，且每个试验过程复杂，试验时间长，不满足进行渣土改良方法研究的大量试验需求。盾构法隧道施工渣土改良实验装置可以对各种渣土改良方法的改良效果进行室内定量检测，从而研究不同土层相应的最佳渣土改良方法。因此研制一种盾构法隧道施工渣土改良实验装置是急需解决的新课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种盾构法隧道施工渣土改良实验装置，能进行多种渣土改良方法试验，并方便定量检测渣土改良效果的实验装置，从而研究不同土层相应的最佳渣土改良方法，渣土的检测内容包括三个方面：（1）通过测量搅拌叶片的旋转扭矩定量描述渣土的流塑性和抗剪强度；（2）通过渗水实验测量渣土的渗透系数；（3）通过测量刀具材料的磨损量检测渣土对刀具的磨蚀性。

本发明的目的是这样实现的：一种盾构法隧道施工渣土改良实验装置，由钢筒、喷注口、流量计、连通器管、溢流管、排水管、搅拌叶片、搅拌轴、电机、减速机、扭矩仪、测试块固定装置、测试块、连通器管阀门、排水管阀门、量杯组成，该装置分试验筒和搅拌装置两部分，试验筒由钢筒、喷注口、流量计、连通器管、溢流管和排水管组成，改良溶液喷注口有4个，在搅拌叶片位置均匀分布在钢筒壁上；搅拌装置由搅拌叶片、搅拌轴、电机、减速机和扭矩仪组成，搅拌叶片由四个搅拌叶片呈十字交叉连接在搅拌轴上，每个搅拌叶片与搅拌轴的夹角为15°，其中的一个搅拌叶片末端设置刀具材料测试块固定装置，在测试块固定装置的搅拌叶片末端固定测试块，连通器管、连通器管阀门的左下部与钢筒连接，排水管阀门的右下部与钢筒连接，排水管阀门的下部放置量杯；所述装置的工作原理是，当搅拌叶片旋转时，可以根据试验需要向钢筒内喷注改良溶液，扭矩仪测试搅拌叶片旋转时的扭矩，根据扭矩的大小测定渣土的流动性和抗剪强度，从而确定渣土改良的最佳方案；通过连通器管、溢流管和排水管可以进行变水头渗透试验和常水头渗透试验，从而测定改良后渣土的渗透系数；其中的一个搅拌叶片末端设置刀具材料测试块固定装置，可以方便的安装和拆卸测试块；通过搅拌叶片旋转，刀具材料测试块在渣土中磨损，在搅拌叶片以一定的速度在渣土中旋转一定的时间后，测量测试块磨损后的质量，用测试块磨损前后的质量之差来定量描述渣土对刀具材料的磨蚀性。

本发明的要点在于它的结构及工作原理。其工作原理是, 当搅拌叶片旋转时，可以根据试验需要向钢筒内喷注改良溶液，扭矩仪测试搅拌叶片旋转时的扭矩，根据扭矩的大小测定渣土的流动性和抗剪强度，从而确定渣土改良的最佳方案；通过连通器管、溢流管和排水管可以进行变水头渗透试验和常水头渗透试验，从而测定改良后渣土的渗透系数；其中的一个搅拌叶片末端设置刀具材料测试块固定装置，可以方便的安装和拆卸测试块；通过搅拌叶片旋转，刀具材料测试块在渣土中磨损，在搅拌叶片以一定的速度在渣土中旋转一定的时间后，测量测试块磨损后的质量，用测试块磨损前后的质量之差来定量描述渣土对刀具材料的磨蚀性。