[发明专利]一种刀盘开口率可调泥水盾构模拟试验装置及其模拟方法

说明书

本发明公开了一种刀盘开口率可调泥水盾构模拟试验装置及其模拟方法，包括模型箱、试验台架、盾构掘进系统、泥浆循环系统、监测系统以及控制系统；盾构掘进系统包括一种开口率可调的刀盘结构，刀盘结构由面板、鱼尾刀、刀座和切削刀组成，刀座与面板之间形成开口，开口外呈对角线布置一对扇形的辐条；刀盘结构还包括一种辐条旋转驱动机构，其包括固定在辐条中心的主齿轮，与主齿轮啮合传动的驱动齿轮以及与驱动齿轮连接的驱动装置。本发明不仅有效的解决了在地质参数相近的地层中研究刀盘最佳开口率时刀盘需要反复拆卸的问题，同时实现了泥水盾构在地质参数跨度较大的地层模拟掘进过程中适时对刀盘开口率进行调节，从而达到地层适应性的要求。

技术领域

本发明属于地下工程试验领域，尤其涉及一种刀盘开口率可调的泥水盾构模拟试验装置及其模拟方法。

背景技术

近些年来，泥水盾构隧道技术在我国城市地铁和大型越江海隧道建设中应用越来越广泛。由于我国地域辽阔，不同地区的水文地质条件各不相同，对盾构掘进参数也应进行相应调整，而开口率作为刀盘结构中与地质条件密切相关的参数，在盾构掘进过程中，如果刀盘开口率设计偏小，则不利于排渣，影响掘进效率；如果刀盘开口率设计偏大，虽然提高了排渣效率，但不利于开挖面的稳定，因此刀盘开口率是盾构选型时需要考虑的重要指标之一。一般情况下，在地质参数相近的地层中，要提前通过模型试验为刀盘选择最佳开口率；在地质参数跨度较大的地层中，模拟掘进过程中刀盘开口率应适时进行调节从而使盾构获得较为宽泛的地质适应能力。有学者采用传统试验装置研究上述问题时，盾构模型在掘进过程中刀盘开口率通常是不可改变的，需要定做大量不同开口率的刀盘，试验过程中需要反复拆卸，带来了很大不便，试验装置亟待改进。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于克服传统模型试验刀盘开口率固定不变的缺点，提供一种可在掘进过程中适时进行刀盘开口率调节的一种泥水盾构模拟试验装置及其模拟方法。

本发明为实现其发明目的所采用的技术方案是：一种刀盘开口率可调的泥水盾构模拟试验装置，包括模型箱、试验台架、盾构掘进系统、泥浆循环系统、监测系统以及控制系统；其特征在于：所述盾构掘进系统包括一种开口率可调的刀盘结构，所述刀盘由面板、鱼尾刀、刀座和切削刀组成，所述刀座与所述面板之间形成开口，开口外呈对角线布置一对扇形的辐条；所述刀盘结构还包括一种所述辐条旋转驱动机构，其包括固定在所述辐条中心的主齿轮，与所述主齿轮啮合传动的驱动齿轮以及与所述驱动齿轮连接的驱动装置。

进一步地，所述辐条的外端插入盾壳预制好的槽内，保证所述辐条旋转时与所述刀盘保持同心；所述辐条采用薄钢板制成，其厚度为3mm。

进一步地，所述驱动齿轮与小型电机相连，所述小型电机位于盾壳内隔板后方的电机支座上。

进一步地，所述刀盘的后端通过主轴与驱动刀盘转动的电动机和减速器相连，所述刀盘和主轴通过螺纹连接，所述电动机和减速器的后端与水平设置在试验台架后端的液压油缸的伸缩杆相连，所述液压油缸与千斤顶相连。

进一步地，所述模型箱由角钢、槽钢、铁板以及钢化玻璃拼装而成。

进一步地，所述试验台架通过升降螺丝来调整高度，确保模型泥水盾构保持水平状态；所述试验台架设有平行滑轨、控制箱、泥浆槽a和泥浆槽b，所述平行滑轨上设有两个支座和推板，所述推板上设有驱动刀盘转动的电动机和减速器；所述控制箱设有变频器和控制系统。

进一步地，所述泥浆循环系统包括刀盘和隔板之间形成的泥水舱、泥浆槽a、泥浆槽b、泥浆泵a、泥浆泵b、泥浆泵c、空气压缩机和流量计，通过隔板固定气压管、进浆管和出浆管，所述泥水舱通过进浆管与泥浆槽a相连、通过出浆管与泥浆槽b相连、通过气压管与空气压缩机相连，进浆管和出浆管均设有流量计，所述泥浆槽a和泥浆槽b通过管路相连。