CN102226729B - 土压平衡盾构渣土压力控制模型试验装置 - Google Patents

土压平衡盾构渣土压力控制模型试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种土压平衡盾构渣土压力控制的模型试验装置。该模型试验装置主要包括桁架式加载系统、刀盘、密封舱、螺旋输送机、压力传感器系统。桁架式加载系统通过千斤顶与反力架相连，千斤顶的顶进实现开挖面加载；刀盘、螺旋输送机由电机驱动；压力传感器布置在密封舱隔板及螺旋输送机外壳不同位置；PC软件经数据采集仪进行压力数据的监测。该装置可以实现在不同改性渣土、密封舱压力或螺旋输送机转速下，通过监测密封舱隔板和螺旋输送机典型位置渣土压力，探明土压平衡盾构密封舱及螺旋输送机内渣土压力传递机理，建立开挖面压力与密封舱隔板压力之间的映射关系及螺旋输送机进出口压力变化关系，指导土压平衡盾构施工。

Description

土压平衡盾构渣土压力控制模型试验装置
技术领域
本发明涉及一种土压平衡盾构模型试验装置，尤其是涉及一种土压平衡盾构渣土压力控制模型试验装置。
背景技术
土压平衡盾构是城市地铁、过江通道等隧道的主要施工工法。盾构掘进过程中，由于密封舱和螺旋输送机内渣土压力失控导致的开挖面失稳、喷涌事故时有发生。渣土是开挖面高压力到出料口零压力的传递介质。明确密封舱、螺旋输送机中渣土压力传递机理，是实现开挖面支护力控制与螺旋输送机防喷涌事故的关键。
但是目前工程中认为密封舱胸板的压力与开挖面水土压力一致，与实际情况不符。而现场实测影响因素众多，很难获得一般性的规律，因此需要通过模型试验来明确密封舱、螺旋输送机中渣土压力传递机理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种土压平衡盾构渣土压力控制模型试验装置，通过监测密封舱和螺旋输送机内土压力变化来获得渣土压力传递机理。
本发明采用的技术方案如下：
在圆形盾壳的两端分别支撑有反力架，圆形盾壳孔内一侧密封安装有桁架式加载系统，圆形盾壳孔内另一侧安装有隔板，隔板外侧安装有驱动电机，朝向桁架式加载系统的驱动电机的转动轴安装有开口的刀盘，隔板与刀盘构成模拟盾构的密封舱，朝向刀盘一侧的桁架式加载系统侧面、刀盘的两侧面和朝向刀盘一侧的隔板上，分别对称安装有多个压力传感器，压力传感器通过电缆与数据采集器相连，PC机上数据采集软件控制数据的采集；螺旋输送机向下倾斜安装在支撑杆上，螺旋输送机下端从外至内伸入模拟盾构的密封舱内；位于桁架式加载系统和刀盘之间的圆形盾壳圆柱面上开有渣土注入口，隔板上开有添加剂注入口。
所述的桁架式加载系统由两个结构相同的千斤顶驱动，两个结构相同的千斤顶设置在反力架与桁架式加载系统之间。
所述的开口的刀盘的开口率为30％～50％。
本发明具有的有益效果是：
在不同改性渣土、密封舱压力或螺旋输送机转速下，通过监测密封舱隔板和螺旋输送机典型位置渣土压力，探明土压平衡盾构密封舱及螺旋输送机内渣土压力传递机理，建立开挖面压力与密封舱隔板压力之间的映射关系及螺旋输送机进出口压力变化关系，指导土压平衡盾构施工。
附图说明
图1是模型试验装置结构原理示意图。
图2是刀盘结构示意图。
图中：1、千斤顶，2、桁架式加载系统，3、密封橡胶，4、反力架，5、渣土注入口，6、改性渣土，7、密封舱，8、转动轴，9、刀盘，10、联系杆，11、隔板，12、压力传感器，13、驱动电机，14、盾壳，15、螺旋输送机，16、卸料口，17、支撑杆，18、砼基础，19、添加剂注入口，20、刀盘面板，21、刀盘开口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1、图2所示，本发明在圆形盾壳14的两端分别支撑有反力架，两侧反力架通过联系杆10连接，圆形盾壳14孔内一侧密封安装有桁架式加载系统2，圆形盾壳14孔内另一侧安装有隔板，隔板11外侧安装有驱动电机13，朝向桁架式加载系统2的驱动电机13的转动轴8安装有开口的刀盘9，隔板11与刀盘9构成模拟盾构的密封舱7，朝向刀盘9一侧的桁架式加载系统2侧面、刀盘9的两侧面和朝向刀盘9一侧的隔板11上，分别对称安装有多个压力传感器12，压力传感器通过电缆与数据采集器相连，PC机上数据采集软件控制数据的采集；螺旋输送机15向下倾斜安装在支撑杆17上，螺旋输送机15下端从外至内伸入模拟盾构的密封舱7内；位于桁架式加载系统2和刀盘9之间的圆形盾壳14圆柱面上开有渣土注入口5，隔板11上开有添加剂注入口19。
所述的桁架式加载系统2由两个结构相同的千斤顶1驱动。
如图2所示，所述的开口的刀盘9的开口率为30％～50％。
所述的渣土6种类包括砂性土、粉土、黏性土以及注入添加剂后的改性渣土。
所述的圆形盾壳、反力架都布置在砼基础18上。
本发明的工作过程如下：
试验时先让改性渣土充满密封舱及螺旋输送机，然后通过千斤顶推进桁架式加载装置给开挖面加压，同时刀盘与螺旋输送机开始转动，且通过添加剂注入口注入添加剂(如膨润土或泡沫)对密封舱内渣土进行改良，从而使渣土实现从刀盘开口进入模拟盾构的密封舱并在密封舱内进行改良，然后通过螺旋输送机排出的全过程；实验过程中通过PC机对各压力传感器读数，当传感器读数稳定后，通过螺旋输送机内布置的压力传感器的读数，可得螺旋输送机内渣土压力分布规律。通过密封舱内刀盘背面、隔板上压力传感器的读数，可得密封舱内渣土压力的分布规律。通过隔板上、刀盘靠加载装置一侧的传感器读数，可得开挖面压力与隔板压力的映射关系。通过桁架式加载装置上传感器的读数，可得刀盘前方土体的应力分布模式。
同时也可以改变桁架式加载系统的推进速度、刀盘转速、螺旋输送机转速以及渣土性质，从而获得上述因素对开挖面压力与密封舱隔板压力之间的映射关系及、旋输送机进出口压力变化关系及刀盘前方土体应力分布模式的影响。

Claims (3)

1.一种土压平衡盾构渣土压力控制模型试验装置，其特征在于：在圆形盾壳(14)的两端分别支撑有反力架，圆形盾壳(14)孔内一侧密封安装有桁架式加载系统(2)，圆形盾壳(14)孔内另一侧安装有隔板，隔板(11)外侧安装有驱动电机(13)，朝向桁架式加载系统(2)的驱动电机(13)的转动轴(8)安装有开口的刀盘(9)，隔板(11)与刀盘(9)构成模拟盾构的密封舱(7)，朝向刀盘(9)一侧的桁架式加载系统(2)侧面、刀盘(9)的两侧面和朝向刀盘(9)一侧的隔板(11)上，分别对称安装有多个压力传感器(12)，压力传感器通过电缆与数据采集器相连，PC机上数据采集软件控制数据的采集；螺旋输送机(15)向下倾斜安装在支撑杆(17)上，螺旋输送机(15)下端从外至内伸入模拟盾构的密封舱(7)内；位于桁架式加载系统(2)和刀盘(9)之间的圆形盾壳(14)圆柱面上开有渣土注入口(5)，隔板(11)上开有添加剂注入口(19)。
2.根据权利要求1所述的一种土压平衡盾构渣土压力控制的模型试验装置，其特征在于：所述的桁架式加载系统(2)由两个结构相同的千斤顶(1)驱动，所述的两个结构相同的千斤顶设置在反力架(4)与桁架式加载系统(2)之间。
3.根据权利要求1所述的一种土压平衡盾构渣土压力控制的模型试验装置，其特征在于：所述的开口的刀盘(9)的开口率为30％～50％。
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