CN105957435A - 一种软土盾构切削塑料排水板的模拟试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种软土盾构切削塑料排水板的模拟试验装置及方法，该装置包括模拟盾构机、泥水循环管路、进泥泵、排泥泵、泥浆池和塑料排水板，其中，模拟盾构机设有进出泥管路，该进出泥管路通过进泥泵、排泥泵和泥水循环管路与泥浆池连接，形成试验泥水的循环回路，塑料排水板通过半固定夹具设置于模拟盾构机的挖掘路径上；所述方法通过进泥泵将泥浆池内的试验泥浆送入模拟盾构机的泥水仓，该模拟盾构机的刀盘切削土体和塑料排水板，排泥泵将切削后的含有塑料排水板碎片的泥浆抽送至泥浆池。本发明很好地模拟了工程中盾构机切削塑料排水板的状态，再现了掘进遇到的困难，试验过程中能够采集掘进实况和施工工艺数据，为评估施工风险以及改造泥水平衡进出泥管路、盾构机结构和掘进工艺参数提供了可靠依据。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工的模拟试验，主要涉及一种软土盾构切削塑料排水板的模拟试验装置及方法，属于隧道工程技术领域。
背景技术
对于地下隧道施工技术的研究有很多方式，如理论分析等，而试验方法也是一种非常重要的科学方法，例如通过模拟试验的方法来研究盾构掘进机在地下隧道施工过程中的特性、土体的特性以及机土之间的相互作用关系。目前国内外一些企业、科研机构和大学都建立起相关的实验室并建造相应的模拟试验台以进行这一特定的工程模拟试验，如建造大型盾构掘进模拟试验平台以进行盾构掘进机施工试验。
在盾构法隧道施工中，往往会遇到含有各种杂质或回填物的土层，例如含有塑料排水板的土层，而塑料排水板作为一种软土地基处理过程中遗留在土体里的副产品，其不易降解、韧性好的特性给盾构法施工带来了诸多风险。
当一些新建筑物进行地下空间开发时，残留的塑料排水板便会造成极大的障碍。若盾构进行隧道施工时，盾构穿越排水板地层会导致很大风险：容易造成泥水吸口堵塞、管路堵塞等事故；塑料排水板受到盾构推进扰动后可能发生位移、转动，从而增加对土体的扰动，加大地面沉降；泥水盾构穿越塑料排水板时容易造成泥水冒顶；塑料排水板缠绕在盾构掘进机的刀盘上，会使刀盘切削能力下降。因而，对盾构穿越含有塑料排水板的地层的掘进过程及其风险，就需要在施工之前进行预先评估，除了理论分析计算以外，工程模拟试验不失为一种实用可靠的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种软土盾构切削塑料排水板的模拟试验装置及方法，对盾构掘进机穿越含有塑料排水板的土体的推进过程进行工程模拟试验，采集掘进实况和施工工艺数据，为评估施工风险、预计工程可能遇到的困难以及改进施工方案和装备提供依据。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
一种软土盾构切削塑料排水板的模拟试验装置，包括模拟盾构机、泥水循环管路、进泥泵、排泥泵、泥浆池和塑料排水板，所述模拟盾构机设有进出泥管路，该进出泥管路通过所述进泥泵、排泥泵和泥水循环管路与所述泥浆池连接，形成试验泥水的循环回路，所述塑料排水板通过半固定夹具设置于所述模拟盾构机的挖掘路径上。
进一步地，所述的进出泥管路为内外套筒式，包括内管和套置于该内管之外的外管，所述内管为出泥管路，其内径不小于150mm，所述内管与外管之间的空隙为进泥管路。
进一步地，所述的模拟盾构机为泥水平衡盾构。
进一步地，所述的模拟盾构机的刀盘开口率为40％以上，该模拟盾构机的切削刀为贝壳刀，刀具轨迹间距为100mm-200mm。
进一步地，所述的塑料排水板的长度为2-3m，宽度为100mm。
本发明的另一技术方案是：
一种通过上述装置实现的软土盾构切削塑料排水板的模拟试验方法，通过所述进泥泵将所述泥浆池内的试验泥浆送入所述模拟盾构机的泥水仓，该模拟盾构机的刀盘切削土体和塑料排水板，所述排泥泵将切削后的含有塑料排水板碎片的泥浆抽送至所述泥浆池；所述模拟试验方法包括下列步骤：
1)安装所述模拟试验装置，通过所述半固定夹具将所述塑料排水板固定于所述模拟盾构机的挖掘路径上；
2)设定所述模拟盾构机的推进速度、刀盘的转速以及进泥泵和排泥泵的转速；
3)启动所述模拟盾构机沿挖掘路径进行掘进和切削土体，并切断所遇到的塑料排水板；
4)记录模拟试验中所述模拟盾构机掘进的全过程，并且采集模拟试验的工艺参数，作为施工风险困难评估以及施工方案和装备改进的依据。
进一步地，所述步骤1)中，调整所述半固定夹具对塑料排水板的夹紧力，以模拟实际工况中不同长度的塑料排水板与土体之间的摩阻力。
进一步地，所述步骤2)中，所述模拟盾构机的推进速度设定为2cm/min，刀盘的转速设定为5-6r/min。
进一步地，所述步骤3)中，所述的泥水循环管路中的泥水流速大于2m/s，所述模拟盾构机的泥水仓压力为0.05Mpa。
进一步地，所述步骤4)中，所述模拟试验的工艺参数包括所述模拟盾构机的泥水仓压力、模拟盾构机的推进推力、模拟盾构机的刀盘扭矩和泥水循环管路的压力。
与现有技术相比较，本发明取得了如下有益的技术效果：
1、本发明能够很好的模拟工程中盾构机切削塑料排水板的状态，再现掘进遇到的困难，过程中能够采集掘进实况和施工工艺数据，为评估施工风险、预计工程可能遇到的困难以及改造泥水平衡进出泥管路、盾构机结构和掘进工艺参数提供了可靠依据。
2、本发明中将塑料排水板采用半固定方式埋设，即两端采用可调的半固定夹具夹住，夹力根据模拟的不同工况中塑料排水板的埋设长度而定，即使用2-3m长的塑料排水板和产生不同夹力的半固定夹具来模拟实际工程中长达20-30米的塑料排水板与土体之间的摩阻力。
3、本发明将模拟盾构机的刀盘开口率增大至40％以上，从而有利于切断的塑料排水板进入泥水仓，同时，在有限的空间内，通过内外套管型式的进出泥管路，保证出泥管路内径不小于150mm，便于塑料排水板顺利排出。
附图说明
图1是本发明的结构简图。
图2是塑料排水板和半固定夹具结构图。
图3是进出泥管路的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种软土盾构切削塑料排水板的模拟试验装置及方法，针对软土中存在塑料排水板的实际工况，很好的模拟了工程中盾构机切削塑料排水板的状态，再现掘进遇到的困难，过程中采集掘进实况和施工工艺数据，模拟试验结果为改造泥水平衡进出泥管路、盾构机结构和掘进工艺参数提供了可靠依据。
下面结合实施例和附图对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
请参阅图1，图示软土盾构切削塑料排水板的模拟试验装置包括模拟盾构机1、泥水循环管路6、进泥泵4、排泥泵5、泥浆池7和塑料排水板2。
所述模拟盾构机1为泥水平衡盾构，设有刀盘11和进出泥管路12。将模拟盾构机1的刀盘11开口率增大至40％以上，以利于切断的塑料排水板3进入泥水仓；并且在模拟盾构机1的刀盘11上增加切削刀，该切削刀为定制的贝壳刀，具有较好的强度，同时使得所述刀盘11的刀具轨迹间距为100mm-200mm不等。
所述模拟盾构机1通过所述进泥泵4、排泥泵5和泥水循环管路6与所述泥浆池7连接，形成试验泥水的循环回路。
由于所述模拟盾构机1尺寸小、功能全，故其内部空间紧凑，无法留出足够的空间安装大尺寸的进出泥管路12，因此所述进出泥管路12采用内外套筒式，请参阅图3，所述进出泥管路12包括内管121和套置于该内管121之外的外管122，所述内管121为出泥管路，其内径不小于150mm，所述内管121与外管122之间的空隙为进泥管路。所述内管121的内径不小于150mm，使得切断的塑料排水板3能够沿着出泥管路顺利地排出。所述外管122通过所述进泥泵4与所述泥浆池7连接，所述内管121通过所述排泥泵5与所述泥浆池7连接。
在所述内管121的出口设置有沉淀过滤舱，用于拦截切削后排出的塑料排水板3。在所述泥水循环管路6上设置有旁路，当出泥管路堵塞的时候，可以调换进出泥管路12，用水逆洗冲开堵塞物。
所述塑料排水板2通过半固定夹具3设置于所述模拟盾构机1的挖掘路径上。请参阅图2，所述的塑料排水板2的长度为2-3m，宽度为100mm，用以模拟实际工程中长达20-30米的塑料排水板。由于受到模拟试验的尺寸限制，模拟试验无法完全采用实际中长达20-30m的塑料排水板，但是较长的塑料排水板与土体间的摩阻力是不可能忽略不计的，因此采用一种半固定夹具3对该塑料排水板3的两端进行夹紧，该半固定夹具3通过旋动螺栓能够调整夹紧力，用于模拟不同工况中不同长度的塑料排水板与土体间的摩阻力，夹紧力越大，所模拟的摩阻力越大，即所模拟的实际塑料排水板的长度越长，从而更真实的模拟出实际工程中的塑料排水板。
采用本发明所述模拟试验装置的软土盾构切削塑料排水板的模拟试验方法通过所述进泥泵4将所述泥浆池7内的试验泥浆送入所述模拟盾构机1的泥水仓，该模拟盾构机1的刀盘11切削土体和塑料排水板2，所述排泥泵5将切削后的含有塑料排水板2碎片的泥浆抽送至所述泥浆池7。
所述模拟试验方法包括下列步骤：
1)安装所述模拟试验装置，通过所述半固定夹具3将所述塑料排水板2固定于所述模拟盾构机1的挖掘路径上；调整所述半固定夹具3对塑料排水板2的夹紧力，以模拟实际工况中不同长度的塑料排水板与土体之间的摩阻力。
2)设定所述模拟盾构机1的推进速度、刀盘11的转速以及进泥泵4和排泥泵5的转速；所述模拟盾构机1的推进速度设定为2cm/min，刀盘11的转速设定为5-6r/min。
3)启动所述模拟盾构机1沿挖掘路径进行掘进和切削土体，并切断所遇到的塑料排水板2；控制进泥泵4和排泥泵5的转速，保持所述的泥水循环管路6中的泥水流速大于2m/s，保持所述模拟盾构机1的泥水仓压力为0.05Mpa。
4)记录模拟试验中所述模拟盾构机1掘进的全过程，并且采集模拟试验的工艺参数，作为施工风险困难评估以及施工方案和装备改进的依据；所述模拟试验的工艺参数包括所述模拟盾构机1的泥水仓压力、模拟盾构机1的推进推力、模拟盾构机1的刀盘扭矩和泥水循环管路6的压力。
采用上述模拟盾构机1和施工参数切削塑料排水板2的结果显示，塑料排水板1断裂为长度为50-100cm的碎片，增大的刀盘开口率使得切断的塑料排水板2顺利进入泥水仓，同时，部分塑料排水板2沿着出泥管路排出。本发明良好的实现了对软土盾构切削塑料排水板的各种实际工况的模拟。
Claims (10)
1.一种软土盾构切削塑料排水板的模拟试验装置，其特征在于，包括模拟盾构机、泥水循环管路、进泥泵、排泥泵、泥浆池和塑料排水板，所述模拟盾构机设有进出泥管路，该进出泥管路通过所述进泥泵、排泥泵和泥水循环管路与所述泥浆池连接，形成试验泥水的循环回路，所述塑料排水板通过半固定夹具设置于所述模拟盾构机的挖掘路径上。
2.如权利要求1所述的软土盾构切削塑料排水板的模拟试验装置，其特征在于：所述的进出泥管路为内外套筒式，包括内管和套置于该内管之外的外管，所述内管为出泥管路，其内径不小于150mm，所述内管与外管之间的空隙为进泥管路。
3.如权利要求1所述的软土盾构切削塑料排水板的模拟试验装置，其特征在于：所述的模拟盾构机为泥水平衡盾构。
4.如权利要求1所述的软土盾构切削塑料排水板的模拟试验装置，其特征在于：所述的模拟盾构机的刀盘开口率为40％以上，该模拟盾构机的切削刀为贝壳刀，刀具轨迹间距为100mm-200mm。
5.如权利要求1所述的软土盾构切削塑料排水板的模拟试验装置，其特征在于：所述的塑料排水板的长度为2-3m，宽度为100mm。
6.一种采用权利要求1所述装置实现的软土盾构切削塑料排水板的模拟试验方法，其特征在于，通过所述进泥泵将所述泥浆池内的试验泥浆送入所述模拟盾构机的泥水仓，该模拟盾构机的刀盘切削土体和塑料排水板，所述排泥泵将切削后的含有塑料排水板碎片的泥浆抽送至所述泥浆池；所述模拟试验方法包括下列步骤：
1)安装所述模拟试验装置，通过所述半固定夹具将所述塑料排水板固定于所述模拟盾构机的挖掘路径上；
2)设定所述模拟盾构机的推进速度、刀盘的转速以及进泥泵和排泥泵的转速；
3)启动所述模拟盾构机沿挖掘路径进行掘进和切削土体，并切断所遇到的塑料排水板；
4)记录模拟试验中所述模拟盾构机掘进的全过程，并且采集模拟试验的工艺参数，作为施工风险困难评估以及施工方案和装备改进的依据。
7.如权利要求6所述的软土盾构切削塑料排水板的模拟试验方法，其特征在于：所述步骤1)中，调整所述半固定夹具对塑料排水板的夹紧力，以模拟实际工况中不同长度的塑料排水板与土体之间的摩阻力。
8.如权利要求6所述的软土盾构切削塑料排水板的模拟试验方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述模拟盾构机的推进速度设定为2cm/min，刀盘的转速设定为5-6r/min。
9.如权利要求6所述的软土盾构切削塑料排水板的模拟试验装置，其特征在于：所述步骤3)中，所述的泥水循环管路中的泥水流速大于2m/s，所述模拟盾构机的泥水仓压力为0.05Mpa。
10.如权利要求6所述的软土盾构切削塑料排水板的模拟试验装置，其特征在于：所述步骤4)中，所述模拟试验的工艺参数包括所述模拟盾构机的泥水仓压力、模拟盾构机的推进推力、模拟盾构机的刀盘扭矩和泥水循环管路的压力。
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |