CN106593426A - 一种合理评价岩体tbm施工适宜性的试验设备及方法 - Google Patents
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Abstract
一种合理评价岩体TBM施工适宜性的试验设备及方法，包括底座，底座上设有研磨承台，研磨承台侧方设有立柱，该立柱顶部设有机体；该机体侧面设有电机，该机体顶部设有与该电机连接的传动机构；该机体位于该研磨承台上方的一端穿设有竖向的钻杆，该钻杆能在该机体内上下移动；该钻杆底端设有钻头夹具，该钻头夹具固定设有研磨钻具；该钻杆顶部与该传动机构连接，能在该电机带动下转动；该机体上方架设有下压架，该下压架设有压力杆，该压力杆能对下方的钻杆施加固定的向下压力。本发明操作简单，能综合地评价岩石的可钻性，为实际工程中的TBM施工参数的确定以及刀盘的设计提供重要的基础与依据，保证引调水工程中的隧洞施工的可靠性与安全性。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程设备技术领域，特别是一种合理评价岩体TBM施工适宜性的试验设备及方法。
背景技术
TBM(Tunnel Boring Machine)即隧道掘进机，是利用回转刀具开挖，同时破碎洞内围岩及掘进，形成整个隧道断面的一种新型、先进的隧道施工机。目前，随着我国水资源调配与高效率用项目的日益增多，引水隧洞的施工逐渐由TBM施工法代替了常规的钻爆法，但是在目前的TBM施工中，TBM掘进施工参数的确定以及刀盘的设计参数，这些重要的施工参数的设计主要是基于岩体力学特性、岩体结构以及地应力等方面进行综合确定的。但是岩体结构主要反映岩体中岩块组合方式，岩体强度单轴抗压、抗拉强度参数主要反映的是岩石块体的强度，间接反映了矿物之间结合的强度，与矿物本身的关系并不大。但是在实际的TBM施工中，TBM掘进施工的参数以及刀盘的磨损等除了与岩体力学特性、岩体结构以及地应力几个方面的因素有关之外，还与岩石中的组成矿物有很大的关系，如岩体中石英含量的多少，可能会在很大程度上要影响到TBM掘进设备中的刀盘设计参数、施工推进压力、刀盘扭矩等等。
但是目前还没有一种试验方法能够比较客观的评价一种岩石的TBM施工的可钻性，只能通过岩石单轴抗压强度、岩石抗拉强度等简单的试验结果评价岩体的TBM施工方法的适应程度。因此，亟待研制开发一种新的岩体可钻性，也就是岩体TBM施工适宜性的试验设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种合理评价岩体TBM施工适宜性的试验设备，其操作简单，可以综合地评价某一类岩石的可钻性，为实际工程中的TBM施工参数的确定以及刀盘的设计提供重要的基础与依据，保证引调水工程中的隧洞施工的可靠性与安全性。
本发明的另一目的是提供一种合理评价岩体TBM施工适宜性的试验方法，其可以综合地评价某一类岩石的可钻性，为实际工程中的TBM施工参数的确定以及刀盘的设计提供重要的基础与依据，保证引调水工程中的隧洞施工的可靠性与安全性。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种合理评价岩体TBM施工适宜性的试验设备，它包括底座，该底座上设有研磨承台，该研磨承台侧方设有立柱，该立柱顶部设有机体；该机体侧面设有电机，该机体顶部设有与该电机连接的传动机构；该机体位于该研磨承台上方的一端穿设有竖向的钻杆，该钻杆能在该机体内上下移动；该钻杆底端设有钻头夹具，该钻头夹具固定设有研磨钻具；该钻杆顶部与该传动机构连接，能在该电机带动下转动；该机体上方架设有下压架，该下压架设有压力杆，该压力杆能对下方的钻杆施加固定的向下压力。
进一步的，所述钻头夹具侧面设有转速传感器，与所述机体侧面的转速表连接；所述压力杆底部设有压力传感器，与所述机体侧面的压力表连接。
进一步的，所述传动机构为皮带和皮带轮。
进一步的，所述机体套设在所述立柱上，并能沿所述立柱上下移动，并通过定位装置固定位置。
进一步的，所述研磨承台上表面设有卡具。
一种合理评价岩体TBM施工适宜性的试验方法，利用所述的试验设备，包括下列步骤：
将待测岩体固定在研磨承台的卡具中，使待测岩体不能移动；
设置固定的压力杆的向下压力及钻头夹具的转速，开启电机；
通过传动机构带动钻杆转动并通过研磨钻具向下研磨待测岩体；
研磨固定时间后，测量研磨深度。
进一步的，开启电机前，调节机体在立柱上的竖直高度，并通过定位装置固定位置，使所述研磨钻具的下表面与所述待测岩体的上表面刚接触。
本发明的有益效果是：本发明合理评价岩体TBM施工适宜性的试验设备及方法，其操作简单，可以综合地评价某一类岩石的可钻性，为实际工程中的TBM施工参数的确定以及刀盘的设计提供重要的基础与依据，保证引调水工程中的隧洞施工的可靠性与安全性。
附图说明
图1是本发明合理评价岩体TBM施工适宜性的试验设备的结构示意图。
具体实施方式
以下配合附图对本发明进行进一步的说明，然而并非用以限制本发明的实施范围。
如图1所示，本发明提供一种合理评价岩体TBM施工适宜性的试验设备，它包括底座1，该底座1上设有研磨承台2，在进行岩石研磨性测试时，利用研磨承台2上的卡具，将待测岩体3紧紧固定在研磨承台上。该研磨承台2侧方设有立柱4，该立柱4顶部设有机体5。整个设备的钻进动力来自于电机6，设于该机体5侧面，该机体5顶部设有与该电机6连接的传动机构7。该机体5位于该研磨承台2上方的一端穿设有竖向的钻杆8，该钻杆8能在该机体5内上下移动。该钻杆8底端设有钻头夹具9，该钻头夹具9固定设有标准的研磨钻具。该钻杆8顶部与该传动机构7(例如皮带和皮带轮)连接，能在该电机6带动下转动。该机体5上方架设有下压架10，该下压架10设有压力杆11，该压力杆11能对下方的钻杆8施加固定的向下压力，以设置钻具的研磨压力。该钻头夹具9侧面设有转速传感器12，与该机体5侧面的转速表13连接。钻头夹具9转速利用转速传感器12进行实际转速监测，并将转速值显示在转速表13上。该压力杆11底部设有压力传感器14，与该机体5侧面的压力表15连接。研磨钻具的研磨压力通过压力传感器14进行监测，且研磨压力监测值显示在压力表15上。
优选的，该机体5套设在该立柱4上，并能沿该立柱4上下移动，并通过定位装置固定位置。
本发明还提供一种利用上述试验设备合理评价岩体TBM施工适宜性的试验方法。在进行岩石TBM施工适应性的研磨试验时，设置一定的研磨压力(P，单位为kN)以及一定的研磨钻具转速(转/秒)，用一定的时间内岩石研磨深度(H，单位为mm)来评价该岩石的TBM施工的适应性，并对TBM施工中刀具布置、刀具材料以及刀具刃角的设计提供重要的参考资料。具体来说，该方法包括下列步骤：
将待测岩体3固定在研磨承台2的卡具中，使待测岩体3不能移动；
设置固定的压力杆11的向下压力及钻头夹具9的转速，开启电机6；
通过传动机构7带动钻杆8转动并通过研磨钻具向下研磨待测岩体3；
研磨固定时间后，测量研磨深度。
优选的，在开启电机前，调节机体5在立柱4上的竖直高度，并通过定位装置固定位置，使该研磨钻具的下表面与该待测岩体3的上表面刚接触。
本发明的优点在于：
(1)利用本发明设备进行不同岩石的研磨试验，与岩石的矿物成分、硬度、抗压强度、抗拉强度、弹性模量等物理力学特征参数进行相关分析，从而能建立不同岩石的研磨可钻性的分类系统；
(2)利用收集到的国内外TBM施工中刀盘设计参数，并且与实际测试得到的研磨可钻性分类系统进行类比分析，可以提出实际工程中TBM施工的相关建议，为工程服务；
(3)本发明利用较为简单的设备以及试验方法，进行岩体TBM施工适应性的测试，测试结果可以为工程设计提供重要的参考与技术支撑资料；
(4)本发明操作简单，测试可重复性较强，可以合理地反应岩石的研磨钻进特性。
需要指出的是，上述实施方式仅仅是可能的实施例，是为了清楚地理解本发明的原理而提出的。可以在不背离本发明原理和范围的情况下对上述本发明的实施方式进行许多变化和修改。所有这些修改和变化都包括在本发明揭示的范围中，并且受到所附权利要求的保护。
Claims (7)
1.一种合理评价岩体TBM施工适宜性的试验设备，其特征在于，它包括底座，该底座上设有研磨承台，该研磨承台侧方设有立柱，该立柱顶部设有机体；该机体侧面设有电机，该机体顶部设有与该电机连接的传动机构；该机体位于该研磨承台上方的一端穿设有竖向的钻杆，该钻杆能在该机体内上下移动；该钻杆底端设有钻头夹具，该钻头夹具固定设有研磨钻具；该钻杆顶部与该传动机构连接，能在该电机带动下转动；该机体上方架设有下压架，该下压架设有压力杆，该压力杆能对下方的钻杆施加固定的向下压力。
2.根据权利要求1所述的合理评价岩体TBM施工适宜性的试验设备，其特征在于：所述钻头夹具侧面设有转速传感器，与所述机体侧面的转速表连接；所述压力杆底部设有压力传感器，与所述机体侧面的压力表连接。
3.根据权利要求1或2所述的合理评价岩体TBM施工适宜性的试验设备，其特征在于：所述传动机构为皮带和皮带轮。
4.根据权利要求3所述的合理评价岩体TBM施工适宜性的试验设备，其特征在于：所述机体套设在所述立柱上，并能沿所述立柱上下移动，并通过定位装置固定位置。
5.根据权利要求3所述的合理评价岩体TBM施工适宜性的试验设备，其特征在于：所述研磨承台上表面设有卡具。
6.一种合理评价岩体TBM施工适宜性的试验方法，其特征在于：利用权利要求1-5中任一项所述的试验设备，包括下列步骤：
将待测岩体固定在研磨承台的卡具中，使待测岩体不能移动；
设置固定的压力杆的向下压力及钻头夹具的转速，开启电机；
通过传动机构带动钻杆转动并通过研磨钻具向下研磨待测岩体；
研磨固定时间后，测量研磨深度。
7.根据权利要求6所述的一种合理评价岩体TBM施工适宜性的试验方法，其特征在于：开启电机前，调节机体在立柱上的竖直高度，并通过定位装置固定位置，使所述研磨钻具的下表面与所述待测岩体的上表面刚接触。
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