[发明专利]高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置及方法

说明书

本发明实施例提供了一种高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置及方法。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，模型土箱包括：顶板、侧板、底板和密封钢板，盾构模型机包括：刀具、刀盘、盾壳、驱动轴、减速机、液压马达、调姿油缸、盾尾刷组成、模型管片、反力架和反推力油缸，泥水循环系统包括：泥浆泵、进泥管、出泥管、泥水循环箱和调压管，注浆系统包括注浆泵、注浆导管、注浆孔和压力表。本发明模拟高水压条件下(水压最高可达2MPa)泥水平衡盾构水下隧道掘进过程，并同步记录多项掘进参数，实现高水压条件下盾构掘进姿态研究、开挖面稳定和泥水劈裂研究、刀具磨损研究等多项功能。

技术领域

本发明涉及隧道及地下工程技术领域，尤其涉及一种高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置及方法。

背景技术

近年来，在跨越江海的交通方式选择中，水下隧道的优势越来越得到人们的认可，例如对于突发事件的抵抗能力更强，对外界环境的干扰更小，弱化天气变化的影响，结构耐久性更好等。因此，水下隧道在国内外均得到了迅速发展，一个世纪以来，国外建成的中等规模及以上的越江跨海交通隧道已逾百座，水下隧道设计和修建的技术与方法也已经日益成熟。水下隧道结构形式在我国的交通领域中也占有越来越大的比重，泥水平衡式盾构机是水下隧道盾构法施工的主要设备。

泥水平衡式盾构机在水下进行施工掘进时，通过在泥水舱内形成特定压力和浓度的泥水回路，在刀盘开挖面形成泥膜，并使开挖面前后压力差保持在设定的范围内，使盾构机能够在高水压的水下环境能顺利掘进。泥水平衡式盾构机在水下的掘进机理的研究对于整个掘进过程的设计和施工具有重要影响，通过对掘进过程的模拟，可以获得多项关键的盾构掘进参数，并实现对盾构掘进姿态、泥水劈裂、刀具磨损等多种问题的研究，从而为水下盾构隧道的设计和施工以及盾构机的选型等提供参考和依据。

目前世界上还没有盾构机能够进行水下200米的隧道掘进施工，因此国内外现有的盾构试验平台装置无法模拟水压达到2MPa的盾构掘进过程。现我国计划建设200米水深的琼州海峡水下隧道，为了确保盾构机能够在此环境下正常工作，有必要建立“一种高水压泥水平衡盾构综合模型试验系统”，能够实现2MPa水压条件下泥水平衡盾构掘进过程的模拟，从而为高水压下的水下隧道的设计和施工提供参考，同时实现多种研究功能，为各项相关科研工作的展开提供支持。

发明内容

本发明的实施例提供了一种高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置及方法，以解决上述背景技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明的一方面，提供了一种高水压泥水平衡盾构综合模型试验装置。

本发明的实施例提供的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；

所述的模型土箱，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；

所述的盾构模型机，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；

所述的泥水循环系统，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；

所述的注浆系统，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。

优选地，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；