[发明专利]高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置及方法

权利要求书

1.一种高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置，其特征在于，该装置包括：模型土箱、盾构模型机、泥水循环系统和注浆系统，所述泥水循环系统和所述注浆系统与所述盾构模型机连接，所述泥水循环系统、所述注浆系统和所述盾构模型机置于所述模型土箱内；

所述模型土箱，用于填装模型材料土体，并密封模拟施工现场的高水压环境；

所述盾构模型机，用于在所述模型土箱内向前掘进进行泥水平衡盾构综合模型试验，并检测试验过程中的盾构掘进参数；

所述泥水循环系统，用于向所述盾构模型机循环提供泥水，平衡所述盾构模型机开挖面的压力，保持开挖面土体的稳定；

所述注浆系统，用于为所述盾构模型机提供壁后注浆的浆液并实时监测注浆压力，填补所述盾构模型机内的壁后空隙。

2.根据权利要求1所述的高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置，其特征在于，所述盾构模型机包括：刀具、刀盘、旋转轴承、内齿轮、齿轮轴、减速机、液压马达、反力管、反力架、管片法兰、盾尾刷、推进油缸、扭矩传感器、扭矩传感器支架、减速机支架、盾壳组成、驱动轴、法兰板、泥水舱、主驱动轴、前盾、中盾、后盾、调姿油缸、壁后注浆孔和模型管片；

所述刀具安装于所述刀盘上，所述刀盘通过所述法兰板与所述主驱动轴连接，所述盾壳组成分段拼装，所述盾壳前端设置隔板，所述刀盘与所述隔板之间形成所述泥水舱，所述减速机通过所述内齿轮与所述驱动轴连接，所述减速机的后端与所述液压马达相连接，在所述减速机与所述液压马达之间安装所述扭矩传感器，所述调姿油缸与所述模型管片和所述盾壳的内隔板相连，所述盾尾刷固定于所述盾壳上，所述模型管片与外部的所述反力架焊接在一起，所述推进油缸连接所述反力架和所述模型土箱。

3.根据权利要求2所述的高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置，其特征在于，所述刀具通过螺栓连接于所述刀盘上，所述刀盘与所述主驱动轴通过螺栓进行连接，所述主驱动轴与所述泥水舱通过轴承连接将动力传送到所述盾壳；

所述液压马达和所述泥水舱之间设置一对唇口相对的旋转密封结构，用于形成密闭的空腔，在所述空腔内注满液压油，并将油压设置在2.1-2.5MPA，用于实现所述液压马达的密封，防止所述泥水舱的泥水流进所述液压马达内，以及对所述液压马达的润滑。

4.根据权利要求2所述的高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置，其特征在于，所述液压马达、所述扭矩传感器和所述扭矩传感器支架组成动力系统；

所述扭矩传感器，用于实时记录所述液压马达的传递扭矩，以及实时监测所述盾构模型机在推进旋转过程中所遇阻力情况；

所述动力系统，用于提供驱动所述刀盘的动力；

所述液压马达的选型，通过计算盾构模型机在土层中的旋转阻力进行确定。

5.根据权利要求2所述的高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置，其特征在于，所述驱动轴、所述内齿轮、所述齿轮轴、所述减速机和所述旋转轴承组成动力传输系统，用于在整个盾构模型机中起到中转动力的作用，将所述液压马达提供的动力传递到所述刀盘，从而驱动所述刀盘旋转。

6.根据权利要求2所述的高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置，其特征在于，所述调姿油缸、油缸吊耳和推力板构成盾构机调姿系统，所述调姿油缸设置4个，用于在所述盾构模型机内的上下左右四个方向上进行角度调节。

7.根据权利要求2所述的高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置，其特征在于，所述盾尾刷的内圈与外圈同时设置沟槽，安装密封圈，用于保证所述盾构模型机处于密封环境，所述盾尾刷内部设置一球碗机构，用于进行360°旋转密封，所述球碗机构的内部套在所述模型管片上，与所述模型管片之间进行轴向滑动和旋转运动。