[发明专利]一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统

说明书

本发明公开了一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统，包括实验台座、玻璃土箱，在玻璃土箱侧壁上开有通孔，通孔内设有初级密封圈，在壳体内设有转轴，电动机的输出端活动贯穿壳体的封闭端外壁后与转轴一端连接，转轴的另一端连接有刀盘，在壳体上分别设有温度传感器、应力传感器；在实验台座上表面设有滑槽，在滑槽底部开有导向槽，导向槽一端至少设有一个支承组件，在导向槽另一端设有弧形的支撑板，支撑板的上表面上设有多个滚珠。本发明在盾构施工之前，即能对刀盘结泥饼的状况进行预实验，通过分析实验结果调整盾构参数，优化施工方案以及刀盘设计，能有效地减少刀盘结泥饼给施工带来的人力、财力损失，保证盾构施工的效率与安全。

技术领域

本发明涉及隧道施工模型试验领域，具体涉及一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统。

背景技术

近几年来，我国铁路、公路隧道的建设飞速发展。无论是设计理论还是施工方法都有了长足的进步，特别是掘进机、盾构机的出现，极大地提高了隧道施工地机械化水平，保障了施工的安全与效益。盾构法指的是利用盾构进行隧道开挖，衬砌作业等的施工方法，适用于在软质地基或破碎岩层中掘进隧道。盾构既是一种施工机具，也作为断面的临时支撑。因此，盾构法施工具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小等特点，适合在软土地基段施工。但是，随着盾构机在隧道施工中应用的普及，一些工程难题也逐渐暴露出来。其中对工程危害较大的一点就是刀盘结泥饼。泥饼主要是指盾构刀盘切削下来的细小砂土颗粒、碎屑在刀盘舱内重新聚集而形成的半固结和固结状的块状体。在隧道掘进的过程中，工程人员对盾构刀盘结泥饼这一不利现象的发生愈发重视，研究出了一些整治措施且在隧道工程进行了成功的实践。

目前针对刀盘结泥饼而采取的应对方法主要有：在盾构机上设置泡沫喷嘴和高压水枪，在开挖过程中将切削的土体与泡沫、水等液体混合，防止其结泥饼，同时对刀盘网格、刀具进行冲刷，清理附着的土体。必要时也可人工带压进仓冲洗刀盘。这一系列措施虽然可行，但是都只限于治理阶段，而且治理成本较高。因此，亟需一种实验室系统设备，该系统设备能在室内简单操作，同时能模拟盾构机在不同地质条件下刀盘结泥饼的程度，显示出对应的掘进参数，从而为实际施工提供数据参考与技术指导。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，目的在于提供一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统，通过本实验装置进行刀盘的优化设计与比对，做好刀盘固结泥饼的预防工作。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统，包括实验台座、玻璃土箱，在玻璃土箱的一侧壁上开有通孔，壳体呈圆柱状且壳体的一端封闭，壳体的开放端活动贯穿通孔后向玻璃土箱内延伸，通孔内设有与壳体外圆周壁匹配的初级密封圈，在实验台座上设有液压缸，液压缸的输出端上连接有电动机，在壳体内设有转轴，电动机的输出端活动贯穿壳体的封闭端外壁后与转轴的一端连接，转轴的另一端连接有刀盘，在壳体上分别设有温度传感器、应力传感器；在所述实验台座上表面还设有与壳体外壁匹配的滑槽，在滑槽底部开有呈矩形的导向槽，导向槽一端至少设有一个支承组件，在导向槽另一端设有弧形的支撑板，支撑板的上表面上设有多个滚珠，初始状态下，置于玻璃土箱外部的壳体下表面与支承组件、滚珠接触。现有技术中，刀盘结泥饼一方面由地质条件造成，例如施工区段多含可塑、硬塑状的粘土地层、粉质粘土层、砂土或泥岩等，这些土层和岩层的力学性能均具有粘聚力大，内摩擦角小的特点，是泥饼形成的物质基础；另一方面，刀盘结泥与刀盘设计缺陷也有着密切的关系，如果刀盘中心开口率过小，粘性颗粒极易在刀盘中心区堆积形成板结泥饼；某些情况下，切削下来的渣土会堵塞刀盘缝隙，网格填满塞实后就会形成泥饼，刀盘结泥饼后，会造成滚刀偏磨、推力和扭矩不断增大、掘进速度明显降低等不利工况的发生，严重影响施工进度，还会损坏盾构机械，频繁地更换刀盘也会增加施工成本；针对上述问题，申请人经过长期研究，设计出一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统，在盾构施工之前，即能对刀盘结泥饼的状况进行预实验，通过分析实验结果调整盾构参数，优化施工方案以及刀盘设计，才能有效地减少刀盘结泥饼给施工带来的人力、财力损失，保证盾构施工的效率与安全。