CN109406092A - 一种泥水盾构机环流系统模拟实验台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种泥水盾构机环流系统模拟实验台，包括物料搅拌系统、标定系统、石碴分离系统、管道输送系统、监测系统、控制系统、洁净系统，能够针对不同结构管道以及不同特性浆液、不同管道运行参数下的管道输送系统输送特性进行模拟实验。布置了相应的流量、压力、温度传感器以及透明管道形成了实验台的监测系统，实现了对管道输送系统中的管道输送阻力特性、石碴运动特性、浆液温度特性等参数变化规律的动态监测，为泥水盾构环流系统的工程设计参数和运行方式提供科学的参考依据。

Description

一种泥水盾构机环流系统模拟实验台

技术领域

本发明涉及一种用于隧道工程设备技术领域的实验装置，尤其是涉及一种泥水盾构机环流系统模拟实验台。

背景技术

随着隧道和地下空间工程建设的迫切需要和工程技术水平的提高，近年来泥水盾构在地下工程施工中得到广泛使用。环流系统作为泥水盾构机的管道浆液输送系统，其工作的稳定性是泥水盾构施工掘进效率的决定因素，其主要作用是构建泥膜、输送碴土以及润滑冷却。在隧道施工过程中，盾构环流系统经常出现开挖仓堵塞、管道异常磨损、泵供能不足等问题，严重影响掘进效率和施工成本。为研究上述失效现象的产生原因，需要掌握泥水盾构机环流系统中浆液流动特性、碴土运动轨迹、管道磨损特性等规律，因此有必要对泥水盾构机环流系统开展相关实验研究。

通过对国内外相关文献及资料的检索发现，目前国内外多所高校和科研机构都对泥水盾构机的关键部件开展了相应的实验研究。国内西南交通大学、中铁工程装备集团有限公司、西南石油大学等机构都对盾构刀盘上的滚刀破岩特性开展了相关研究。西南交通大学发明专利CN102221474A，名称为：一种泥水平衡式盾构模拟试验系统，用于研究高水压的水下隧道施工泥水盾构机的掘进过程；中铁工程装备集团有限公司发明专利CN106444608A，名称为：一种盾构机用流体多功能试验台，该试验台可以模拟刀盘搅拌和渣土改良实验；西南石油大学发明专利CN103558123A，名称为：一种模拟携砂钻井液循环流动特性的实验装置及方法，可实现不同工况下携砂泥浆钻井液循环流动特性监测；上海外高桥造船有限公司发明专利CN103244065B，名称为：井口泥浆回流装置及钻井泥浆循环测试系统，可实现钻井泥浆循环环路的测试实验。

国外盾构技术已发展得非常成熟，许多国家搭建了盾构模拟试验装置。文献[Shield tunnel construction in centrifuge]提到的日本西松公司研制的小型盾构掘进模拟试验台，文献[Screw conveyor device for laboratory tests on conditionedsoil for EPB tunneling operations]提到的意大利某研究机构研制的盾构掘进排渣试验模拟装置，文献[Mechanics of tunneling machine screw conveyors:model tests]提到的英国剑桥大学工程系研制的螺旋输送机排渣特性试验台。

根据上述研究可以看出现有盾构实验台工作主要集中在对盾构机掘进过程或其他关键过程比如刀盘搅拌和渣土改良等过程进行研究，针对盾构机环流系统方面缺乏相关的实验台研制以及研究；钻进液循环流动特性的实验装置与环流系统具有一定相似性，但其侧重点主要是浆液流变特性而并不能对浆液物性指标、碴土组分以及管道结构等因素对管道输送特性的影响规律展开研究。因此现发明针对盾构环流系统研制了相应的实验装置。该实验装置可以实现环流系统不同位置段管道中浆液与碴土的流动特性以及管道阻力特性研究实验。

发明内容

发明的目的在于提供一种泥水盾构机环流系统模拟实验台，该实验台能够模拟复杂管道系统中浆液的输送过程，并能够往浆液中掺入碴土实现管道输送系统中两相输送特性研究，通过对应的传感器能够实现对管道输送系统中的管道阻力特性、石碴运动特性、浆液温度特性等变化规律动态监测，为泥浆管道的参数设计和系统运行方式提供科学的参考依据；其次，在管道输送系统中加入透明管道能对浆体的流动状态进行观察，确定管道安全的运行速度，建立管道最佳输送流速的水力模型；还能研究再启动状态下浆体输送时的阻力特性，为系统停输后恢复正常运转提供设计依据。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

本发明提出一种泥水盾构机环流系统模拟实验台，所述实验台主要包括物料搅拌系统、标定系统、碴土分离系统、管道输送系统、监测系统、控制系统、洁净系统，其特点是：

所述物料搅拌系统由搅拌罐、实验台架、翻转盖板、搅拌电机、减速机、回转轴、双层搅拌叶片、爬梯、排料管以及落料管组成，其中搅拌罐上部为薄壁圆筒，底部为漏斗状，用于储存石碴和泥浆混合浆液，焊接在实验台架上；实验台架由阶梯和环状面板构成，为实验员提供工作的空间以及设备安放的空间，环状面板包裹着搅拌罐，在边缘上焊接了护栏，在环状面板底部焊有支腿，用于固定支撑搅拌罐；在搅拌罐顶部安装有翻转盖板，分为可动和固定的两部分，用于隔离搅拌罐内混合浆液、支撑搅拌电机以及密封搅拌罐；回转轴安装在搅拌罐中，为圆柱棍状，用于连接电机与搅拌叶片，传递电机转速和扭矩，驱动搅拌叶片工作；双层搅拌叶片安装在回转轴上，用于搅拌浆液，防止石碴在搅拌罐的底部堆积；爬梯位于搅拌罐边侧，靠近石碴分离装置，实验员可以通过爬梯从台架工作平台到达圆形盖板顶端，对圆形盖板顶部搅拌电机以及减速机进行维护，还可以对搅拌罐中混合浆液情况进行观测；排料管为直管状，位于搅拌罐和渣浆泵之间，用于将搅拌罐中的混合浆液引导至泵吸口处；落料管位于搅拌罐底部中心区域，沿竖直方向布置，用于排放搅拌罐中废弃泥浆浆液。

所述标定系统由标定管、单向球阀、计量小车、液位计、压力计、压差计、流量计等组成，其中标定管位于管道输送系统中竖直管段，以岔管形式布置，在岔管段以及竖直管段上分别装有单向球阀，分别起到连通标定管和截止浆液回流的功能；标定管出口端的正下方放有计量小车，用于存储并统计单位时间内标定管中流出浆液体积，并把该数据与流量计监测得到的流量进行比对，实现系统流量标定功能；液位计分别安装在计量小车上和搅拌罐边侧，用于测量容器内存储的浆液体积；压力计以一定距离安装在直管段和竖直管段，在两压力计边侧连通一个压差计，通过上述安装形式实现管道压力标定功能。

所述碴土分离系统由收集罩、筛分板、滑动槽、起吊螺纹、导向槽板、密封条、单向球阀、排碴斜管、集碴车等组成，其中收集罩为圆弧状壳体，安装在搅拌罐边侧，临近回浆管处，在碴土分离时用于存储一定体积的碴土；在收集罩和搅拌罐的接合处装有筛分板，筛分板为网孔状板面，在碴土分离时用于滤除一定粒径的碴土；滑动槽位于筛分板左右两侧，引导筛分板闭合，限制其左右窜动；起吊螺纹位于导向槽板中部，其中螺帽位于导向槽板外侧，螺栓部分与筛分板连为一体，根据螺旋原理提升筛分板；导向槽板为凹槽状，位于筛分板顶部，除了引导导向板运动，同时还起到密封作用；在收集罩底部装有单向球阀，用于连通收集罩和排碴斜管；排碴斜管以一定斜度延伸至集碴车，用于疏导收集罩中收集的碴土；集碴车为轮式推车，用于搬运碴土分离系统中分离出的大粒径碴土。

所述管道输送系统由直管道、直角弯管、短直管、竖直管道、排污阀、单向球阀、管道支架等组成，其中直管道为系统主要组成部分，用于模拟盾构环流系统中水平布置的直管，可以通过并行方式以及竖直堆叠方式实现输送管道长度的延伸；直角弯管和短直管用于衔接各并行管道段以及直管道和竖直管道过渡段；竖直管道顶端与浆液回流管相连，用于模拟泥水盾构机输送系统中竖直管道水力提升段，在竖直管道中下部分化出标定管；排污阀安装在短直管底部居中区域，用于排放管道输送系统中残留的石碴颗粒；单向球阀分别安装在管道输送系统排料管和浆液回流管附近，起到连通管道的作用；管道支架位于各段管道底部，起到支撑管道输送系统的作用。

所述监测系统由透明管道、流量计、压力计、气压表、液位计、温度计等组成，其中透明管道分别安装在直管道和竖直管道上，提供实验员目测以及高速摄像仪拍摄的视野场；流量计安装在泵出口处，传达浆液输送的流量信息；压力计分别安装在直管道和竖直管道上，用于传达管道输送系统各监测点的压力信息；气压表安装在搅拌罐边侧，临近爬梯一侧，用于监测搅拌罐中的压力；液位计分别安装在计量小车和搅拌罐上，用于测量容器中液体的存储体积；温度计均布在直角弯管外圆弧表面，用于反馈管壁受到碴土撞击时管道壁面的温度。

所述控制系统由渣浆泵、变频电机、压缩气泵、称重计、体积器皿等组成，其中变频电机安装在渣浆泵临侧，通过改变电机的工作频率可调整管道中浆液输送量；压缩气泵安装在实验台架临近液位计一侧，对搅拌罐中的压力进行调整；称重计和体积器皿放置在实验台架靠近爬梯左右两侧，用于测量石碴质量和体积。

所述密封系统由密封条、环形密封片、锁扣等组成，其中在翻转盖板底面装有圆弧状密封条，并在盖板边缘处安有锁扣，通过边缘锁扣施加预紧力，实现翻转盖板与搅拌罐间密封；筛分板截面为梯形状，上窄下宽，在筛分板面上固定有同轮廓密封条，与收集罩上部导向槽板间形成密封；各直管段、直角弯管段以及竖直管段连接处采用环形密封片进行密封连接。

洁净系统由排污阀、直管道、弃浆池、清水泵组成，其中排污阀安装在短直管中部正下方，用于排放管道输送系统中残留的石碴；直管道与水平面呈一定倾角，斜向于排污阀处，这样可以降低管道中残留的碴土含量；弃浆池为矩形状方池，安放在落料管正下方，用于收集搅拌罐中的废弃浆液，并添加化学药物进行净化处理；清水泵外置管道与搅拌罐相连通，为管道输送系统冲洗时提供水量补给。

本发明中通过管道输送系统模拟盾构实际环流系统中管道布置结构，由碴土分离系统实现输送管道中碴土分离，由物料搅拌系统将输送管道中的碴土与浆液搅拌均匀，由监测系统实现对输送管道段压力、流量、温度以及流动状态等参数的动态监测，由控制系统实现对管道输送系统中浆液排放量、搅拌系统中压力以及碴土组分的调节，由洁净系统实现对管道输送系统中废弃浆液的回收处理以及清除管道中残留碴土。

本发明模拟实验装置的操作方法，步骤如下：

步骤一：通过外置清水泵往搅拌罐中输送一定量清水，开启管道输送系统中的阀门、渣浆泵以及流量、压力、压差、温度等传感器，待系统稳定后开启标定管倾斜段阀门，关闭竖直段管道，连接回浆管段阀门，通过计量小车对系统流量进行标定，对比压差计和压力计参数对压力计进行标定，标定完成后将清水排放。

步骤二：通过外置泥浆泵将新鲜浆液输送至搅拌罐中到达指定高度，对石碴体积和质量进行测量后，将石碴倒入搅拌罐中，启动搅拌电机，将混合浆液搅拌均匀，防止石碴在底部过多堆积。

步骤三：开启搅拌罐上出浆管以及管道输送系统中各阀门，启动渣浆泵电机，将搅拌罐中浆液从落料管处回送至回浆管处，直至系统运行趋于稳定。

步骤四：开启管道监测段流量计、压力计、压差计以及温度传感器，通过监控平台获取相关实验参数。

步骤五：通过控制新鲜浆液的物性指标可以研究不同浆液比重和粘度下管道输送系统中的输送特性；控制石碴粒径以及含量可以研究不同石碴组分和输送浓度下管道输送系统的输送特性；当管道输送系统稳定后可以调节渣浆泵启动功率研究管道中碴土启动流速；实验台运行一定时长后通过壁厚检测仪等设备对直角管道处壁厚分布规律进行检测研究。

步骤六：实验完成后，通过碴土分离系统将管道输送系统中的石碴分离，废弃浆液回流至搅拌罐中，通过底部落料管排放到废浆池中，往废浆池中添加化学试剂进行净化处理，打开外置清水泵清洗管道输送系统中的残留碴土。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)提供了一套切实可行的、可用于模拟泥水盾构机环流系统的实验台设计方案，实现了对泥水盾构环流系统中不同浆液物性指标、碴土体积流率和质量流率的模拟实验，对泥水盾构机环流系统中管道结构地质适应性设计提供科学的指导意义。

(2)本发明可以进一步实现对水平管道、弯管、竖直管道等不同结构管道输送特性展开研究，针对不同工况下的管道中石碴运动特性，浆液输送阻力特性和管道磨损特性进行监测，为泥水盾构机设计时的环流系统管道布置提供指导依据。

(3)本发明还可以对不同输送流速下环流系统流动特性进行实时监测，建立对应环流系统的最佳输送流速水力模型。还能实现停泵再启动实验，确定石碴启动流速，为系统停输后恢复正常运转提供设计依据。

附图

图1为本发明正视结构示意图。

图2为本发明左视结构示意图。

图3为本发明俯视结构示意图。

图4为本发明搅拌系统结构示意图。

图5为本发明碴土分离系统结构示意图。

图中标号：1搅拌罐；2实验台架；3翻转盖板；4锁扣；5密封条；6搅拌电机；7减速机；8回转轴；9搅拌叶片；10爬梯；11排料管；12落料管；13标定管；14单向球阀；15计量小车；16液位计；17压力计；18压差计；19流量计；20收集罩；21筛分板；22滑动槽；23起吊螺纹；24导向槽板；25排碴斜管；26集碴车；27直管道；28直角弯管；29短直管；30竖直管道；31浆液回流管；32管道支架；33透明管道；34气压表；35温度计；36渣浆泵；37变频电机；38压缩气泵；39称重计；40体积器皿；41环形密封片；42排污阀；43弃浆池。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4、图5所示，所述物料搅拌系统由搅拌罐1、实验台架2、翻转盖板3、锁扣4、密封条5、搅拌电机6、减速机7、回转轴8、搅拌叶片9、爬梯10、排料管11、落料管12组成，其中搅拌罐1上部为圆柱体，其口径为1.8m，高度为5m，底部为圆锥漏斗状，其圆锥高度为1m，倾斜角度为30度，罐底距地面2m，搅拌罐1采用脚架焊接固定在实验台架2上；实验台架2体为圆环状的面板，通过脚架与搅拌罐1相连，面板对应外圆直径为5m，内圆直径为2m，面板底部由若干支腿支撑；在搅拌罐1顶部安装翻转盖板3，为圆形面板状，翻转盖板3分为固定和活动两部分，固定部分面积占圆面积四分之三左右，焊接在搅拌罐1上，活动部分可以180度翻转，通过锁扣4以及密封条5与搅拌罐1密封连接；密封条5截面为矩形状，截面尺寸为10mm×20mm，外形为圆弧状，与翻转盖板3活动部分与搅拌罐1边缘轮廓相贴合；搅拌电机6安装在翻转盖板3固定端的中心区域，搅拌电机6下部装有减速机7，搅拌电机6功率为7.5KW，转速控制在0-160r/min范围；回转轴8为圆柱棍状，内置在搅拌罐1中，其轴径为150mm，长度为4m；搅拌叶片9与回转轴8相连，搅拌叶片9分为上下两部分，上下叶片为等长的三叶式，上下叶片间有60度错位角，叶片截面为L字形结构，尺寸为50mm×70mm，距搅拌罐侧壁0.15m，距搅拌罐底部0.1m，上组叶片间距可调，距罐顶部液面0.3m；爬梯10位于搅拌罐1边侧，靠近石碴分离装置，工作高度为2.5m；排料管11为直管状，口径为150mm，长度为1.5m；落料管12位于搅拌罐1底部的中心区域，落料管12口径为150mm，下方装有同等口径的单向球阀14。

如图1、图2、图3所示，所述标定系统由标定管13、单向球阀14、计量小车15、液位计16、压力计17、压差计18、流量计19等组成，其中标定管13位于竖直管道30上，以下斜30度角分岔出来，距离水平地面高度0.8m，在标定管13上方0.75m距离处以及标定管13上分别装有口径150mm单向球阀14；计量小车15放置在标定管13正下方，计量小车15为矩形状，工作尺寸为1m×1m×0.5m，在计量小车15靠外一侧安装有液位计16；液位计16安装在计量小车15和搅拌罐1外侧，标记水位高度分别对应0.4m和4m；当系统流量需要标定时，开启标定管13上单向球阀14，关闭竖直管道30上单向球阀14，通过人工计时统计单位时间内流入计量小车15的体积量，同时与管道输送系统中的流量计19数值对比，便可对流量计19计量精度进行标定；以一定距离(如直管道9m，竖直管道4m)将压力计17分别安装在直管道27和竖直管道30上，并在直管道27上压力计17临侧安装压差计18，现有模拟实验台中共有压力计11个，压差计6个，其中压力计测量范围为0-1.5MPa，测试精度为0.1MPa，压差计测量范围为0-1.5MPa，测试精度为0.01MPa。在对管道输送系统压力进行标定时，先获取安装管道两端压力计17的大小，再将两个压力计17间的差值与该位置的压差计18间的差值进行核实，以此确定管道输送系统中压力计测量的精度。

如图1、图2、图3、图5所示，所述的碴土分离系统分别由收集罩20、筛分板21、滑动槽22、起吊螺纹23、导向槽板24、密封条5、单向球阀14、排碴斜管25、集碴车26组成，其中收集罩20为圆弧状壳体，壳体尺寸为0.7m×0.6m×0.5m，竖直截面为倒梯形状，为上宽下窄结构，顶部的面板与浆液回流管31相接，安装在搅拌罐1边侧；在收集罩20内临近搅拌罐1一侧装有筛分板21，筛分板21与收集罩20的竖直截面轮廓契合，为上宽下窄梯形状，上部的宽度为0.5m，下部宽度为0.35m，厚度为15mm，在筛分板21主面上设有尺寸为50mm的方形滤碴孔，并在其上部和左右两侧嵌有厚度为10mm的密封条5；在收集罩20内部装有滑动槽22，槽间距为20mm，槽高为15mm，用于引导筛分板21闭合，实现筛分板21分离碴土功能；起吊螺纹23位于导向槽板24顶部，螺栓口径为10mm，螺栓长度为0.45m，通过扳手拧动起吊螺母将筛分板21提升；导向槽板24外形为矩形状，内部挖空与筛分板21外轮廓贴合，采用过盈配合的方式，位于筛分板21顶部，其对应工作尺寸为0.6m×0.6m×0.4m，以此实现筛分板21上吊过程中对碴土分离系统进行密封；在收集罩20的底部装有单向球阀14，安装口径为300mm，与排碴斜管25相连；排碴斜管25工作长度为6m，以60度倾角延伸到集碴车26处；集碴车26为矩形状轮式推车，工作尺寸为0.5m×0.5m×0.3m。

如图1、图2、图3所示，所述管道输送系统管道主要由口径150mm的直管道27、直角弯管28、短直管29、竖直管道30、排污阀42、浆液回流管31、单向球阀14、管道支架32组成，其中直管道27共有五段，其中四条采用平行并行方式进行布置(三条长度为10m，一条长度为5m)，另一条与浆液回流管31相接(长度为7m)；两平行直管道27间通过两个相对的直角弯管28以及短直管29连接在一起，直角弯管28的拐弯半径为0.15m，一共有十个；短直管29长度为0.2m，在底部居中区域装有排污阀42，一共有两个；竖直管道30通过直管道27与浆液回流管31相接，管道竖直提升高度为7m；浆液回流管道31与碴土分离系统的收集罩20顶部相接，管道长度为7m，过渡段采用直角弯管28；单向球阀14分别安装在临近渣浆泵36的直管道27、竖直管道30、浆液回流管31上，单向球阀14口径为150mm，共布置5个；管道支架32安装在在输送管道底部，支撑高度为0.5m，支架总数为14。

如图1、图2、图3所示，所述监测系统由透明管道33、流量计19、压力计17、气压表34、液位计16、温度计35组成，其中透明管道33分别安装在并行直管道27和竖直管道30上，一共布置3个，管道的总长为0.3m，玻璃钢管内径为100mm，厚度为15mm，两端为150mm口径的法兰盘，采用M20螺纹串联固定；流量计19安装在渣浆泵36出口1m处，总共1个，流量测试范围是0-1000m³/h，流量测试精度是0.1m³/h；压力计17分别安在并行直管道27和竖直管道30上，现有系统中压力计17共有11个，压力测量范围为0-1.5MPa，压力测量精度为0.1MPa；气压表34安装在搅拌罐1的边侧上，压力测量的范围为0-1MPa，压力测量的精度为0.1MPa；液位计16分别安装在计量小车15和搅拌罐1边侧，测量水位高度分别为0.4m和4m，测试精度为0.01m；温度计35安装在直角弯管28靠外圆弧一侧，沿弧线方向均布了3个，总共18个，温度测量范围是0-100摄氏度，测试精度是1摄氏度。

如图1、图2、图3所示，所述控制系统由渣浆泵36、变频电机37、压缩气泵38、称重计39、体积器皿40组成，其中渣浆泵36临近搅拌罐排料管11处，渣浆泵36的输出功率为40Kw，水力输送扬程为50m，过流粒径为50mm；变频电机37安装在渣浆泵36临侧，与渣浆泵36串联，电机变频范围是0-50Hz，变频精度为1Hz；压缩气泵38固定在实验台架2上，气泵工作范围是0-1MPa，控制精度为0.1MPa；称重计39放置在实验台架2上，称重范围是0-300kg，称重精度为0.1kg；体积器皿40同样放置在实验台架2靠近爬梯10一侧，体积测量范围是0-1m³，测量精度为0.1m³。

如图1、图2、图3所示，所述密封系统由密封条5、环形密封片41、锁扣4、导向槽板24组成，其中翻转盖板3底面装有圆弧状密封条5，密封条5截面尺寸为10mm×20mm，并在翻转盖板3边缘处安有锁扣4，共有2个；筛分板21截面为梯形状，上部宽度为10mm，下部宽度为15mm，在筛分板面上固定有密封条5，外形轮廓与筛分板21贴合，截面尺寸为10mm×10mm；环形密封片41安装在各管道法兰盘连接间隙中，环形密封片41尺寸为155mm，厚度为3.5mm；导向槽板24外形为矩形状，工作尺寸为0.6m×0.6m×0.4m。

如图1、图2、图3所示，洁净系统分别由排污阀42、直管道27、弃浆池43、清水泵组成，其中排污阀42安装在短直管29中部正下方，排污阀42为口径100mm的单向球阀；直管段27与水平面呈5度倾角，斜向于排污阀42；弃浆池43为矩形状方池，位于落料管12正下方，弃浆池43的工作尺寸为1.5m×1.5m×0.3m；外置清水泵通过管道与渣浆泵36附近单向球阀14相接，泵工作功率为20Kw，进水量为0-500m³/h。

本发明模拟实验装置的操作方法，步骤如下：

通过本实施例进行盾构刀盘面板喷头冲刷流场捕捉实验的具体操作步骤如下：

步骤一：通过外置清水泵往搅拌罐1中输送一定量清水，开启管道输送系统中单向球阀14、渣浆泵36、流量计19、压力计17、压差计18、温度计35，待系统稳定后开启标定管倾斜段单向球阀14，关闭竖直管道30，连接浆液回流管31段单向球阀14，通过计量小车15对管道输送系统中流量进行标定，对比压差计18和压力计17，对管道输送系统中压力进行标定，标定完成后将清水排放。

步骤二：通过外置泥浆泵将新鲜浆液输送至搅拌罐1中，并到达指定液位高度，使用称重计40和体积器皿41对石碴质量和体积进行测量，打开翻转盖板3将石碴倒入搅拌罐1中，启动搅拌电机6，将混合浆液搅拌均匀，防止石碴在底部过多堆积。

步骤三：开启搅拌罐1上排料管11以及管道输送系统中各管道段上单向球阀14，启动渣浆泵变频电机38，将搅拌罐1中浆液从排料管11处回送至浆液回流管31处，直至系统运行趋于稳定。

步骤四：开启各管道监测段上流量计19、压力计17、压差计18、温度计35，通过监控平台获取相关实验参数。

步骤五：通过控制浆液的物性指标可以研究不同浆液比重和粘度下管道输送系统的输送特性；控制石碴粒径以及含量可以研究不同石碴组分和输送浓度下管道输送系统的输送特性；当管道输送系统中混合浆液运动趋于稳定后，可以调节渣浆泵的功率研究管道输送系统中碴土的启动流速；实验台运行一定时长后通过壁厚检测仪等设备对管道输送系统中直角弯管28处壁厚分布规律进行检测，以此研究管道磨损特性。

步骤六：实验完成后，通过碴土分离系统将管道输送系统中石碴分离，让废弃浆液回流至搅拌罐1中，并通过底部落料管12排放到弃浆池43中，往弃浆池43中添加化学试剂进行净化处理，打开外置清水泵对管道输送系统中残留碴土清洗。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易实现本发明专利其他结构设计的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出的图例。

Claims (8)

1.一种泥水盾构机环流系统模拟实验台，主要包括物料搅拌系统、标定系统、石碴分离系统、管道输送系统、监测系统、控制系统、洁净系统；所述物料搅拌系统由搅拌罐1、实验台架2、翻转盖板3、搅拌电机6、减速机7、回转轴8、双层搅拌叶片9、爬梯10、排料管11以及落料管12组成，其中搅拌罐1通过脚架固定在实验台架上，其上部为薄壁圆筒，底部为漏斗状；实验台架2为环状面板，包裹住搅拌罐，在底部焊有支腿；翻转盖板3安装在搅拌罐1顶部，分为固定和可以180度翻转的两部分；回转轴8安装在搅拌罐1中，连接搅拌叶片9和搅拌电机6；搅拌叶片9安装在回转轴8上，分为上下两层，为三叶片式，截面为L字形；爬梯10安装在搅拌罐1边侧上；排料管11连接搅拌罐1和渣浆泵36；落料管12沿竖直方向布置，位于搅拌罐1底部。

2.根据权利要求1所述的泥水盾构机环流系统模拟实验台的标定系统，其特征在于：所述标定系统由标定管13、单向球阀14、计量小车15、液位计16、压力计17、压差计18、流量计19等组成，其中标定管13位于管道输送系统竖直管道30上，以岔管形式布置，在岔管段以及竖直段上装有单向球阀14，标定管13出口正下方放有计量小车15；液位计16分别安装在计量小车15和搅拌罐1边侧；压力计17以一定距离安装在直管道27和竖直管道30上，在直管道27上的压力计17的临侧安有压差计18；流量计19安装在渣浆泵36出口处。

3.根据权利要求1所述的泥水盾构机环流系统模拟实验台中的碴土分离系统，其特征在于：所述碴土分离系统由收集罩20、筛分板21、滑动槽22、起吊螺纹23、导向槽板24、密封条5、单向球阀14、排碴斜管25、集碴车26等组成，其中收集罩20为圆弧状壳体，安装在搅拌罐1的边侧，临近浆液回流管31处；筛分板21为网孔状板面，安装在收集罩20和搅拌罐1接合处；滑动槽22位于筛分板21左右两侧；起吊螺纹23位于导向槽板24中部，其中螺帽位于导向槽板24外侧，螺栓部分与筛分板21连为一体；导向槽板24为凹槽状，位于筛分板21顶部；在收集罩20底部装有单向球阀14；排碴斜管25以一定斜度延伸至集碴车26处；集碴车26为轮式推车。

4.根据权利要求1所述的泥水盾构机环流系统模拟实验台中的管道输送系统，其特征在于：所述管道输送系统由直管道27、直角弯管28、短直管29、竖直管道30、排污阀42、单向球阀14、管道支架32等组成，其中管道输送系统中的直管道27以并行方式进行布置并可沿着竖直方向堆叠排放；直角弯管28和短直管29位于各并行直管道27以及直管道27和竖直管道30过渡段上；竖直管道30顶端与浆液回流管31相连，在竖直管道30中下部分化出标定管13；排污阀42安装在短直管29底部居中区域；单向球阀14分别安装在管道输送系统排料管11和浆液回流管31附近；管道支架32位于各段管道底部。

5.根据权利要求1所述的泥水盾构机环流系统模拟实验台监测系统，其特征在于：所述监测系统由透明管道33、流量计19、压力计17、气压表34、液位计16、温度计35等组成，其中透明管道33分别安装在直管道27和竖直管道30上；流量计19安装在渣浆泵36的排浆口处；压力计17分别安装在直管道27和竖直管道30上；气压表34安装在搅拌罐1边侧，临近爬梯10一侧；液位计16沿竖直方向安装在计量小车15和搅拌罐1上；温度计35均布在直角弯管28外圆弧表面。

6.根据权利要求1所述的泥水盾构机环流系统模拟实验台控制系统，其特征在于：所述控制系统由渣浆泵36、变频电机37、压缩气泵38、称重计39、体积器皿40等组成，其中变频电机37安装在渣浆泵36附近；压缩气泵38安装在实验台架2临近液位计16一侧；称重计39和体积器皿40分别放置在实验台架2靠近爬梯10左右两侧。

7.根据权利要求1所述的泥水盾构机环流系统模拟实验台密封系统，其特征在于：所述密封系统由密封条5、环形密封片41、锁扣4等组成，其中在翻转盖板3底面装有圆弧状密封条5，并在边缘处安有锁扣4；筛分板21截面为梯形状，在筛分板21面上固定有密封条5，与筛分板21外轮廓相贴合；各直管道27、直角弯管28以及竖直管道30连接处采用环形密封片41进行密封连接。

8.根据权利要求1所述的泥水盾构机环流系统模拟实验台洁净系统，其特征在于：洁净系统由排污阀42、直管道27、弃浆池43、清水泵组成，其中排污阀42安装在短直管29中部正下方；直管道27与水平面呈一定倾角，斜向于排污阀42处；弃浆池43为矩形状方池，安放在落料管12正下方；清水泵通过外置管道与搅拌罐1相连通。