CN108343442A - 泥水平衡盾构综合模拟试验台泥水平衡控制试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泥水平衡盾构综合模拟试验台泥水平衡控制试验系统。泥水加压筒体上装泥水加载装置，泥水加压筒体和模拟盾构前盾相互连通，并形成泥水舱和气垫舱；泥水舱加压筒体布置安装封闭刀盘，由液压马达驱动主驱动齿轮箱工作带动封闭刀盘运转；泥水加压筒体设有泥土进料管，模拟盾构前盾装有泥水进浆、排浆管路，渣土调整槽接泥土进料管；泥水排浆管路经多相流流体动力试验管路接泥水分离器；泥水分离器接渣土调整槽，泥水分离器接泥水调整槽，泥水调整槽连泥水进浆管路；模拟盾构前盾设有压缩空气管路。本发明能够完整地模拟泥水平衡盾构施工过程中泥水舱压力变化的主动因素和被动因素，用于泥水平衡盾构泥水压力平衡控制的科学研究。

Description

泥水平衡盾构综合模拟试验台泥水平衡控制试验系统

技术领域

本发明涉及了一种泥水平衡盾构综合模拟试验台泥水平衡控制试验系统，特别适用于模拟泥水平衡盾构机泥水舱的泥水压力平衡控制，可用于泥水平衡盾构相关的科研及教学培训。

技术背景

盾构是用于地下隧道工程建设的重大装备，一般分为泥水平衡盾构、土压平衡盾构、气压平衡盾构三类。泥水平衡盾构适应于含水量丰富的砂砾卵石地层，能够有效解决开挖面稳定难题，且在覆土较浅而且地表沉降控制严格的场合，泥水平衡盾构具有突出的精确控制优势，已经广泛应用于海底隧道、跨江隧道和沿海城市地底工程的建设。

泥水压力平衡控制系统是泥水盾构的重要子系统，用于保持泥水舱内泥水压力与开挖界面的水土压力动态平衡，稳定开挖界面，是泥水盾构安全施工的保障。其工作原理与流程如下：当泥水仓充满泥浆后，在开挖面上会形成一层泥膜，以构成隔水封闭空间和提供有效的压力作用面，即泥水仓的压力通过泥膜作用于开挖面土体，以维持掌子面的稳定。泥膜的不断形成和刀盘不断切削土体向前推进之间形成一个动态的平衡过程，即刀盘不断切削泥膜覆盖的土体，泥浆又在新的土层上形成泥膜。泥水仓的泥浆压力等于开挖面前方地层的侧向土压和地下水压之和，泥水压力直接受气体压力和气垫仓液位以及泥水相对密度的影响，泥水平衡控制过程为司机调节进浆、排浆流量以调节泥水舱液位及泥水相对密度，近年来也有提出调节气垫舱压力的方法。

可见，泥水舱压力变化的被动因素(环境因素)为地质参数改变，主要表现为：土壤渗透性变化、土体坍塌、土质变化。泥水舱压力变化的主动因素为司机操作参数改变，主要表现为：气垫舱压缩空气压力变化、泥浆液位变化、泥浆相对密度变化。

虽然中小直径泥水平衡盾构已经国产化并占据国内80％以上市场份额，但由于地质条件复杂且巨有随机性，给泥水平衡盾构安全施工带来极大挑战，泥水平衡控制技术远未成熟，由于泥水舱压力控制出现问题造成的开挖界面失稳事故时有发生。如扬州瘦西湖隧道采用泥水盾构施工过程中，多次由于开挖面失稳造成地表坍塌事故；上海大连路隧道、复兴东路越江隧道、高雄地铁橙色线和南京地铁二号线等均曾因开挖面失稳引起过地面的严重隆沉，造成了重大的经济损失和恶劣的社会影响。

现有泥水平衡系统的研究集中在理论方面，如同济大学宋蕴璞、李万莉等分析了大型泥水盾构开挖面平衡系统的内部控制机理,结合泥水盾构的开挖面平衡控制系统的数学模型就所设计的模糊自适应PID控制器和数字增量式PID控制器进行了计算机仿真；同济大学宋蕴璞、陈成等针对Φ15.43m盾构建立了气泡舱等效数学模型，并分析得出气压弹簧刚度与泥水液位的关系，以及在应对泥水流量冲击与刀盘切削运动产生的干扰载荷情况下泥水液位值的设定范围；华中科技大学C.Zhou基于Elman神经网络设计了气舱压力模型预测控制器，并使用武汉跨江隧道泥水盾构施工数据对所设计的控制器进行了测试；同济大学Y.Li、法国Universitéde Lyon INSA-Lyon大学F.Emeriault等人使用上边界法与三维数值模拟方法研究了上海长江隧道泥水盾构施工掌子面的稳定性。以上研究采用理论模型或仿真模型进行研究，缺乏相关的试验验证，另一方面泥水平衡盾构施工安全性要求极高、设备造价高，这些理论研究成果在缺乏足够的试验验证的基础上难以真正应用到实际泥水平衡盾构中，因此研制能够完全模拟地质变化、人工操作对泥水舱压力平衡影响的试验台，成为泥水平衡盾构相关科学研究亟需的平台。

现有泥水盾构机的泥水平衡模拟试验系统，如西南交通大学何川等人发明的“一种泥水平衡式盾构模拟试验系统”(CN 102221474A)，采用气压加压方式提供泥水进浆，泥水回浆采用沉渣罐与进浆管路联通，渣土采用模拟螺旋输送机送出，采用模拟土箱模拟不同的土质。一方面，该发明与实际的泥水盾构工作流程不符，实际泥水平衡盾构依靠泥水排浆管路排出刀盘掘削的土体而不是依靠螺旋输送机；另一方面，该发明无法独立调节泥水进排浆流量，因而模拟实际泥水压力平衡控制操作；最后，该发明所公布的模拟试验系统尺寸过小，难以包含实际泥水盾构大量的复杂的系统，虽然使用土箱模拟地质，但土箱无法加载，无法真实模拟地质的变化情况。同济大学徐前卫等人发明的“可模拟泥水平衡盾构施工的室内模型试验装置及使用方法”(CN 103437771A)，采用循环箱、微型水泵、进水管、出泥管及调压管构成泥水环流系统，该专利所公布的技术没有涉及泥水加载、地质变化对泥水舱压力的影响，也没有涉及气垫舱压缩空气压力的调节对泥水舱压力的影响，具有很大局限性。中铁第四勘察设计院集团有限公司焦齐柱等人发明的“双模式复合盾构试验机”(CN103050051B)，其泥水环流系统也不能够完整模拟实际盾构的泥水舱压力调节过程，不具备加载功能。

综上所述，现有已发表的研究和发明成果对于泥水平衡盾构泥水舱压力控制模拟试验系统都非常简化，不能完整的模拟泥水舱压力变化的主动因素(气垫舱压缩空气压力变化、泥浆液位变化、泥浆相对密度变化)和被动因素(土壤渗透性变化、土体坍塌、土质变化)，不能满足泥水平衡盾构泥水压力控制科研活动中对泥水舱压力变化因素完整模拟的需求，具有一定局限性。研究能够完整模拟泥水舱压力变化的主动因素与被动因素的泥水平衡盾构综合模拟试验台泥水平衡控制试验系统，是泥水盾构压力平衡控制相关科学研究的迫切需求，对进一步提升我国泥水平衡盾构压力平衡控制的技术水平具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种泥水平衡盾构综合模拟试验台泥水平衡控制试验系统，实现完整的模拟泥水平衡盾构施工过程中泥水舱压力变化的主动因素(气垫舱压缩空气压力变化、泥浆液位变化、泥浆相对密度变化)和被动因素(土壤渗透性变化、土体坍塌、土质变化)，用于泥水平衡盾构泥水压力平衡控制的科学研究。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

泥水加压筒体的一端端面由盖板封闭，盖板上连接安装有若干泥水加载装置，泥水加压筒体的另一端连接模拟盾构前盾的一端，泥水加压筒体和模拟盾构前盾相互连通，泥水舱加压筒体内的整体空间和模拟盾构前盾内的底部空间形成泥水舱，模拟盾构前盾内的顶部空间形成气垫舱；泥水舱加压筒体内布置安装封闭刀盘，模拟盾构前盾内布置安装主驱动齿轮箱，主驱动齿轮箱与封闭刀盘连接，模拟盾构前盾外设有液压马达，主驱动齿轮箱的部分伸出模拟盾构前盾外与液压马达连接，由液压马达驱动主驱动齿轮箱工作带动封闭刀盘运转；泥水加压筒体的顶部设有泥土进料管，模拟盾构前盾上部和下部分别贯穿安装有泥水进浆管路和泥水排浆管路，渣土调整槽上端出口连接渣浆泵的输入端，渣浆泵的输出端经渣浆流量控制阀组连接到泥土进料管；泥水排浆管路的外端与排浆泵的输入端，排浆泵的输出端经多相流流体动力试验管路连接到泥水分离器；泥水分离器底部入口经渣浆管路连接到渣土调整槽下端入口，泥水分离器顶部出口经水管路连接到泥水调整槽入口，泥水调整槽出口与进浆泵的输入端连接，进浆泵的输出端连通到泥水进浆管路的外端；模拟盾构前盾上部还设有压缩空气管路，压缩空气管路的输出端连通到模拟盾构前盾内部，压缩空气管路的输入端经空气压力调节阀组连通到空气压缩机，空气压缩机电机连接空气压缩机。

所述的模拟盾构前盾顶部装有泥水液位计，泥水加压筒体的底部装有泥水压力传感器，泥水加压筒体的顶部装有空气压力传感器。

若干泥水加载装置沿圆周周向均布在盖板上。

每个泥水加载装置包括双作用液压缸、泥水加载缸筒和泥水加载活塞，泥水加载缸筒内安装泥水加载活塞，泥水加载缸筒一端连接到盖板上并与泥水舱连通，泥水加载缸筒另一端固定连接双作用液压缸缸体，双作用液压缸的输出杆与泥水加载活塞连接，泥水加载活塞由双作用液压缸驱动在泥水加载缸筒运动。

所述的排浆泵将泥水舱的泥水从泥水排浆管路泵吸排出，经过多相流流体动力试验管路到达泥水分离器后将泥水分为清水与泥渣两部分：其中清水进入泥水调整槽经物理性质调整后由进浆泵再泵送回到模拟盾构泥水舱；泥渣进入渣土调整槽经物理性质调整后由渣浆泵通过渣土管路与渣浆流量控制阀组送回到泥水舱，构成封闭回路。

所述的泥水进浆管路和泥水排浆管路上均包含流量计、流量控制阀、密度计等检测控制元件。

还包括旁路阀组，所述的泥水排浆管路与泥水进浆管路之间经旁路阀组连通。

所述的多相流流体动力试验管路为用于观测固液两相流的透明管路，具体包括一段透明的观测管路与用于磨损试验的试验弯管及其上面布置的流量计、密度计等传感检测设备。

还设有内循环阀组，内循环阀组的两端分别连接在多相流流体动力试验管路的输出端和排浆泵的输入端；多相流流体动力试验管路经由内循环阀组引回排浆泵入口。

通过所述的泥水加载装置的泥水加载活塞伸出或缩回改变泥水加压筒体内泥水舱的体积大小，模拟地质渗透性增大或土体坍塌工况；在所述刀盘旋转的同时，向所述泥水舱内泵入不同物理性质(如相对密度、黏度等)的泥土模拟刀盘切削下来的不同物理性质的土体。

通过上述方式实现对泥水舱泥水压力变化的被动因素(土壤渗透性变化、土体坍塌、土质变化)的完整模拟。

通过所述的空气压力调节阀组实现压缩空气进入和排出气垫舱，调节气垫舱内压缩空气的压力。

通过调节所述的排浆泵电机、进浆泵电机转速泥浆调节进浆与排浆流量，实现泥水舱泥浆液位的调节。

通过在所述的渣土调整槽内调整渣土物理性质后通过渣浆泵泵送回到泥水舱实现泥浆相对密度的调节。

本发明通过以上共同技术手段，实现对泥水舱泥水压力变化的主动因素(气垫舱压缩空气压力变化、泥浆液位变化、泥浆相对密度变化)的完整模拟。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用置于刀盘前方的泥水加压筒体封闭刀盘前方的空间形成泥水舱，模拟泥水平衡盾构实际工作时泥水舱与泥膜之间的封闭泥水空间；采用泥水加载装置改变泥水加压筒体内泥水的体积大小，模拟地质渗透性增大或土体坍塌工况；在刀盘旋转的同时，向泥水舱内泵入不同物理性质(如相对密度、黏度等)的泥土模拟刀盘切削下来的不同物理性质的土体。通过以上技术手段，实现对泥水舱泥水压力变化的被动因素(环境因素)的完整模拟。

本发明通过调节进浆泵与排浆泵的转速调节泥水舱泥浆液位，采用渣土调整槽内调整渣土物理性质后泵送回泥水舱改变泥浆相对密度，采用空气压力调节阀组调节气垫舱内的空气压力。通过以上技术手段，实现对泥水舱泥水压力变化的主动因素(司机操作)的完整模拟。

本发明采用排浆泵将泥水舱的泥水通过泥水排浆管路排出，经过多相流流体动力试验管路到达泥水分离器后将泥水分为清水与泥渣两部分，其中清水进入所述的泥水调整槽调整物理性质后由进浆泵泵送回到模拟盾构泥水舱；泥渣进入渣土调整槽调整物理性质后由渣浆泵通过渣土管路与渣浆流量控制阀组送回到泥水舱，构成封闭回路。

通过对泥水舱压力变化的被动及主动因素的完整模拟，可进行泥水舱压力平衡的相关研究。

本发明采用多相流流体动力试验管路，包含一段透明的观测管路与用于磨损试验的试验弯管及流量计、密度计等传感检测设备。所述的多相流流体动力试验管路经由内循环阀组引回排浆泵入口，实现局部内循环，通过改变排浆泵电机的转速，改变多相流流体动力试验管路内的流体动力学参数，可进行相关的多相流动力学与管路磨损方面的研究。

附图说明

图1是本发明的实例结构示意图。

图中：1-双作用液压缸；2-泥水加载缸筒；3-泥水加载活塞；4-泥水加载装置；5-泥水舱加压筒体；6-空气压力传感器；7-泥水压力传感器；8-泥土进料管；9-泥水液位计；10-压缩空气管路；11-泥水进浆管路；12-液压马达；13-主驱动齿轮箱；14-泥水排浆管路；15-模拟盾构前盾；16-排浆泵；17-排浆泵电机；18-多相流流体动力试验管路；19-内循环阀组；20-泥水分离器；21-渣土调整槽；22-渣浆泵；23-渣浆泵电机；24-水管路；25-渣浆管路；26-泥水调整槽；27-进浆泵；28-进浆泵电机；29-旁路阀组；30-空气压缩机；31-空气压缩机电机；32-空气压力调节阀组；33-渣浆流量控制阀组；34-刀盘；A-泥水舱；B-气垫舱。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实例作进一步的描述。

如图1所示，泥水加压筒体5的一端端面由盖板封闭，盖板上连接安装有若干泥水加载装置4，泥水加压筒体5的另一端连接模拟盾构前盾15的一端，泥水加压筒体5和模拟盾构前盾15相互连通，泥水舱加压筒体5内的整体空间和模拟盾构前盾15内的底部空间形成泥水舱A，模拟盾构前盾15内的顶部空间形成气垫舱B。

如图1所示，泥水舱加压筒体5内布置安装封闭刀盘34，模拟盾构前盾15内布置安装主驱动齿轮箱13，主驱动齿轮箱13与封闭刀盘34连接，模拟盾构前盾15外设有液压马达12，主驱动齿轮箱13的部分伸出模拟盾构前盾15外与液压马达12连接，由液压马达12驱动主驱动齿轮箱13工作带动封闭刀盘34运转。

如图1所示，泥水加压筒体5的顶部设有泥土进料管8，模拟盾构前盾15上部和下部分别贯穿安装有泥水进浆管路11和泥水排浆管路14，泥水进浆管路11和泥水排浆管路14的一端位于模拟盾构前盾15外，另一端伸入到泥水加压筒体5内；渣土调整槽21上端出口连接渣浆泵22的输入端，渣浆泵22的输出端经渣浆流量控制阀组33连接到泥土进料管8，渣浆泵电机23连接渣浆泵22，渣浆泵电机23驱动渣浆泵22工作；泥水排浆管路14的外端与排浆泵16的输入端，排浆泵16的输出端经多相流流体动力试验管路18连接到泥水分离器20，排浆泵电机17连接排浆泵16，排浆泵电机17驱动排浆泵16工作；泥水分离器20底部入口经渣浆管路25连接到渣土调整槽21下端入口，泥水分离器20顶部出口经水管路24连接到泥水调整槽26入口，泥水调整槽26出口与进浆泵27的输入端连接，进浆泵27的输出端连通到泥水进浆管路11的外端，进浆泵电机28连接进浆泵27，进浆泵电机28驱动进浆泵27工作。

如图1所示，模拟盾构前盾15上部还设有压缩空气管路10，压缩空气管路10的输出端连通到模拟盾构前盾15内部，压缩空气管路10的输入端经空气压力调节阀组32连通到空气压缩机30，空气压缩机电机31连接空气压缩机30，空气压缩机电机31驱动空气压缩机30工作。

如图1所示，每个泥水加载装置4包括双作用液压缸1、泥水加载缸筒2和泥水加载活塞3，泥水加载缸筒2内安装泥水加载活塞3，泥水加载缸筒2一端连接到盖板上并与泥水舱A连通，盖板开有用于泥水加载缸筒2和泥水舱A连接的通孔，泥水加载缸筒2另一端固定连接双作用液压缸1缸体，泥水加载活塞3前面与泥水舱A连通，双作用液压缸1的输出杆与泥水加载活塞3连接，泥水加载活塞3由双作用液压缸1驱动在泥水加载缸筒2运动。

具体实施中，泥水加载缸筒2为双筒结构，双筒的每个筒体内的泥水加载活塞3均连接双作用液压缸1。

刀盘由液压马达通过主驱动齿轮箱传动进行驱动。模拟盾构前盾15在刀盘34背部焊接有隔板，隔板下方开有连通孔。刀盘34在工作时浸泡在封闭的泥水中，泥水通过模拟顶前盾15隔板下方的连通孔可进入气垫舱B，液位大约在主驱动齿轮箱13中轴线位置。模拟盾构前盾15后隔板上焊接有压缩空气管路10、泥水进浆管路11、泥水排浆管路14，其中泥水进浆管路11与泥水排浆管路14与泥水舱A连通，压缩空气管路10与气垫舱B连通。

本发明实现泥水舱泥水压力变化的被动因素和主动因素的试验模拟过程如下：

A、泥水舱泥水压力变化的被动因素(环境因素)包括土壤渗透性变化、土体坍塌、土质变化。其中土壤渗透性增大会导致泥水舱泥水流失进入地层，可以抽象为泥水舱与泥膜之间的封闭泥水体积增大，导致泥水压力降低；土壤渗透性降低会阻止泥水进入地层，对泥水压力无影响；土体坍塌造成坍塌土体进入泥水舱与泥膜之间的封闭体积，使泥水有效体积减少压力升高；土质变化可使泥水舱泥水相对密度变化，造成泥水压力变化。

通过以上分析后进行设计，具体地本发明中，泥水加压筒体5封闭刀盘34前方的空间形成泥水舱A，模拟泥水平衡盾构实际工作时泥水舱与泥膜之间的封闭泥水空间。泥水加压筒体5前方由盖板封闭，盖板上焊接有沿圆周均布的多个泥水加载装置4。泥水加载装置4由双作用液压缸1、泥水加载缸筒2、泥水加载活塞3组成，其中泥水加载活塞3前面与泥水舱A连通。通过泥水加载装置4中的泥水加载活塞3伸出或缩回改变泥水加压筒体内泥水舱A的体积大小，模拟地质渗透性增大或土体坍塌工况；泥水加载活塞由双作用液压缸驱动。在刀盘34旋转的同时，向泥水舱A内泵入不同物理性质(如相对密度、黏度等)的泥土模拟刀盘切削下来的不同物理性质的土体。通过上述方式实现对泥水舱泥水压力变化的被动因素(环境因素)的完整模拟。

泥水舱A是指泥水舱加压筒体5内、模拟盾构前盾15下半部分所够成的封闭泥水空间；气垫舱B为模拟盾构前盾15上半部分，填充压缩空气。模拟盾构与所述的泥水舱加压筒之间由下方开有连通孔的法兰隔板隔开。

模拟盾构前盾15顶部安装有液位传感器9，用于检测泥水舱A内的液位。模拟盾构前盾15上方安装有空气压力传感器6，用于检测气垫舱内的压缩空气压力。泥水舱加压筒体5上安装有环形布置的多个泥水压力传感器7，用于测量泥水舱内A的泥水压力。其中液位与泥水压力用于泥水舱A内泥水压力的闭环控制，液位或泥水压力与设定值不符时，分别调节进浆泵电机28、排浆泵电机17的转速，进而调节泥水进浆流量与排浆流量，实现泥水舱A内泥水相对密度与液位的调节，通过泥水相对密度与液位的调节，最终实现泥水舱A内泥水压力的闭环控制。气垫舱内的压缩空气主要用于泥水舱A内泥水压力的补偿，其原理类似于蓄能器或空气弹簧，当泥水舱A内的液位变化时，能够一定程度上减小泥水压力的波动。空气压力传感器6所检测到的压缩空气压力用于气垫舱B内空气压力的闭环控制，具体地，当泥水舱A内液位降低时，气垫舱B压缩空气压力降低，通过调节空气压力调节阀组32的开度，由空气压缩机将一定流量的压缩空气供入气垫舱，降低空气压力的变化；当泥水舱A内液位升高时，气垫舱B压缩空气压力升高，通过调节空气压力调节阀组32的连通方向，将气垫舱B内一定流量的压缩空气排出，降低空气压力的变化。

B、泥水舱压力变化的主动因素包括气垫舱压缩空气压力变化、泥浆液位变化、泥浆相对密度变化。主动因素的模拟可采用与实际泥水平衡盾构类似的技术方案，区别是泥水环流系统需要构成封闭回路，具体地，本发明中，空气压缩机电机31驱动空气压缩机30提供压缩空气，压缩空气经过空气压力调节阀组32调节压力后进入气垫舱B。空气压力调节阀组32可实现压缩空气进入和排出气垫舱，调节气垫舱B内压缩空气的压力。排浆泵16将泥水舱A的泥水从泥水排浆管路14泵吸排出，经过多相流流体动力试验管路18到达泥水分离器20后将泥水分为清水与泥渣两部分：其中清水进入泥水调整槽26经物理性质调整后由进浆泵27再泵送回到模拟盾构泥水舱A；泥渣进入渣土调整槽21经物理性质调整后由渣浆泵22通过渣土管路25与渣浆流量控制阀组33送回到泥水舱A，构成封闭回路。

泥浆液位的变化可以通过调节进浆与排浆流量实现，泥浆相对密度的变化可以通过在渣土调整槽内调整渣土物理性质实现。通过以上技术手段，实现对泥水舱泥水压力变化的主动因素的完整模拟。

通过以上结构设计能够完整地模拟泥水平衡盾构施工过程中泥水舱压力变化的主动因素(气垫舱压缩空气压力变化、泥浆液位变化、泥浆相对密度变化)和被动因素(土壤渗透性变化、土体坍塌、土质变化)。

本发明中，设置的多相流流体动力试验管路18为用于观测固液两相流的透明管路，具体包括一段透明的观测管路与用于磨损试验的试验弯管及其上面布置的流量计、密度计等传感检测设备。

还设有内循环阀组19，内循环阀组19的两端分别连接在多相流流体动力试验管路18的输出端和排浆泵16的输入端；

多相流流体动力试验管路18经由内循环阀组19引回排浆泵16入口，实现局部内循环，通过改变排浆泵电机17的转速，改变多相流流体动力试验管路18内的流体动力学参数，可进行多相流动力学与管路磨损方面的试验。

泥水进浆管路11和泥水排浆管路14上均包含流量计、流量控制阀、密度计等检测控制元件。

本发明具体实施中，还包括旁路阀组29，所述的泥水排浆管路14与泥水进浆管路11之间经旁路阀组29连通，进浆流体直接泵入排浆管路，在冲洗时由进浆泵27泵入清水清洗管路；隔绝功能用于待机，此时泥水舱A被封闭，既无进浆也无排浆，泥水进浆管路14与泥水排浆管路11连通自行循环，不进入泥水舱，实现冲洗、隔绝等功能。

排浆泵16由排浆泵电机17驱动，排浆泵电机17为变频电机，通过调节排浆泵电机17的转速调节排浆流量。进浆泵27由进浆泵电机28驱动，进浆泵电机28为变频电机，通过调节进浆泵电机的转速调节进浆流量。

Claims (9)

1.一种泥水平衡盾构综合模拟试验台泥水平衡控制试验系统，其特征在于：

泥水加压筒体(5)的一端端面由盖板封闭，盖板上连接安装有若干泥水加载装置(4)，泥水加压筒体(5)的另一端连接模拟盾构前盾(15)的一端，泥水加压筒体(5)和模拟盾构前盾(15)相互连通，泥水舱加压筒体(5)内的整体空间和模拟盾构前盾(15)内的底部空间形成泥水舱(A)，模拟盾构前盾(15)内的顶部空间形成气垫舱(B)；

泥水舱加压筒体(5)内布置安装封闭刀盘(34)，模拟盾构前盾(15)内布置安装主驱动齿轮箱(13)，主驱动齿轮箱(13)与封闭刀盘(34)连接，模拟盾构前盾(15)外设有液压马达(12)，主驱动齿轮箱(13)的部分伸出模拟盾构前盾(15)外与液压马达(12)连接，由液压马达(12)驱动主驱动齿轮箱(13)工作带动封闭刀盘(34)运转；

泥水加压筒体(5)的顶部设有泥土进料管(8)，模拟盾构前盾(15)上部和下部分别贯穿安装有泥水进浆管路(11)和泥水排浆管路(14)，渣土调整槽(21)上端出口连接渣浆泵(22)的输入端，渣浆泵(22)的输出端经渣浆流量控制阀组(33)连接到泥土进料管(8)；泥水排浆管路(14)的外端与排浆泵(16)的输入端，排浆泵(16)的输出端经多相流流体动力试验管路(18)连接到泥水分离器(20)；泥水分离器(20)底部入口经渣浆管路(25)连接到渣土调整槽(21)下端入口，泥水分离器(20)顶部出口经水管路(24)连接到泥水调整槽(26)入口，泥水调整槽(26)出口与进浆泵(27)的输入端连接，进浆泵(27)的输出端连通到泥水进浆管路(11)的外端；

模拟盾构前盾(15)上部还设有压缩空气管路(10)，压缩空气管路(10)的输出端连通到模拟盾构前盾(15)内部，压缩空气管路(10)的输入端经空气压力调节阀组(32)连通到空气压缩机(30)，空气压缩机电机(31)连接空气压缩机(30)。

2.根据权利要求1所述的一种泥水平衡盾构综合模拟试验台泥水平衡控制试验系统，其特征在于：所述的模拟盾构前盾(15)顶部装有泥水液位计(9)，泥水加压筒体(5)的底部装有泥水压力传感器(7)，泥水加压筒体(5)的顶部装有空气压力传感器(6)。

3.根据权利要求1所述的一种泥水平衡盾构综合模拟试验台泥水平衡控制试验系统，其特征在于：若干泥水加载装置(4)沿圆周周向均布在盖板上。

4.根据权利要求1所述的一种泥水平衡盾构综合模拟试验台泥水平衡控制试验系统，其特征在于：每个泥水加载装置(4)包括双作用液压缸(1)、泥水加载缸筒(2)和泥水加载活塞(3)，泥水加载缸筒(2)内安装泥水加载活塞(3)，泥水加载缸筒(2)一端连接到盖板上并与泥水舱(A)连通，泥水加载缸筒(2)另一端固定连接双作用液压缸(1)缸体，双作用液压缸(1)的输出杆与泥水加载活塞(3)连接，泥水加载活塞(3)由双作用液压缸(1)驱动在泥水加载缸筒(2)运动。

5.根据权利要求1所述的一种泥水平衡盾构综合模拟试验台泥水平衡控制试验系统，其特征在于：所述的排浆泵(16)将泥水舱(A)的泥水从泥水排浆管路(14)泵吸排出，经过多相流流体动力试验管路(18)到达泥水分离器(20)后将泥水分为清水与泥渣两部分：其中清水进入泥水调整槽(26)经物理性质调整后由进浆泵(27)再泵送回到模拟盾构泥水舱(A)；泥渣进入渣土调整槽(21)经物理性质调整后由渣浆泵(22)通过渣土管路(25)与渣浆流量控制阀组(33)送回到泥水舱(A)，构成封闭回路。

6.根据权利要求1所述的一种泥水平衡盾构综合模拟试验台泥水平衡控制试验系统，其特征在于：所述的泥水进浆管路(11)和泥水排浆管路(14)上均包含流量计、流量控制阀、密度计等检测控制元件。

7.根据权利要求1所述的一种泥水平衡盾构综合模拟试验台泥水平衡控制试验系统，其特征在于：还包括旁路阀组(29)，所述的泥水排浆管路(14)与泥水进浆管路(11)之间经旁路阀组(29)连通。

8.根据权利要求1所述的一种泥水平衡盾构综合模拟试验台泥水平衡控制试验系统，其特征在于：所述的多相流流体动力试验管路(18)为用于观测固液两相流的透明管路。

9.根据权利要求1所述的一种泥水平衡盾构综合模拟试验台泥水平衡控制试验系统，其特征在于：还设有内循环阀组(19)，内循环阀组(19)的两端分别连接在多相流流体动力试验管路(18)的输出端和排浆泵(16)的输入端；多相流流体动力试验管路(18)经由内循环阀组(19)引回排浆泵(16)入口。