CN204594983U - 带土舱模拟的盾构地层适应性测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带土舱模拟的盾构地层适应性测试仪，其特征在于所述测试仪包括筒形土箱，所述土箱前端与土舱接通，后端封装有隔板；所述土箱内前端设置有可沿轴向进退的刀盘，所述刀盘由贯穿所述土舱端面的传动轴驱动旋转；所述土箱内后端设置有可沿轴向进退的反力顶板，所述反力顶板由贯穿该端所述隔板的反力油缸顶推；其中，所述刀盘以及所述反力顶板上分别设置有土压力传感器和孔隙水压力传感器。本实用新型的优点是，目前现有的测试装置多为模型试验，而本装置为测试仪器，其可以测试的土层条件和埋深范围广泛，实时监测所获取的参数全面且准确度高，适用于测试土压盾构或泥水盾构。

Description

带土舱模拟的盾构地层适应性测试仪

技术领域

本实用新型涉及盾构地层测试装置，具体涉及一种带土舱模拟的盾构地层适应性测试仪。

背景技术

盾构法作为一种较为成熟的地铁施工手段已经广泛应用于我国的城市地铁或过江隧道的修建中。随着开挖地层土体的日益复杂，土体性质对于盾构掘进的影响也越来越大，例如在硬塑性粘土地层中掘进时，由于土体塑流性差，土体在土舱内无法及时排出，时常会出现盾构推力、刀盘扭矩异常增大，推进速度缓慢等现象；在石英含量较高的砂土地层或者粒径较大的砂卵石地层中掘进时，刀具和刀盘磨损严重，推进速度减慢甚至需要停机更换刀具。因此需要提前对待开挖土层进行适应性测试，检测盾构切削过程中刀盘和刀具的各项运行参数并作相应调整，以使盾构能够在地层中正常掘进。

发明内容

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种带土舱模拟的盾构地层适应性测试仪，该测试仪通过在土箱内设置刀盘和反力顶板以构成土层切削测试空间，并通过在土箱前端连接一土舱以模拟土体经切削后进入土舱的状况，通过设置于刀盘背部的传感器测量土舱内的各类参数。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种带土舱模拟的盾构地层适应性测试仪，其特征在于所述测试仪包括筒形土箱，所述土箱前端与土舱接通，后端封装有隔板；所述土箱内前端设置有可沿轴向进退的刀盘，所述刀盘由贯穿所述土舱端面的传动轴驱动旋转；所述土箱内后端设置有可沿轴向进退的反力顶板，所述反力顶板由贯穿该端所述隔板的反力油缸顶推；其中，所述刀盘以及所述反力顶板上分别设置有土压力传感器和孔隙水压力传感器。

所述土舱端面具有预留口以及土舱添加剂注入口。

所述筒形土箱上具有进土口、出土口、排水孔以及钢化玻璃观察孔。

所述土箱的出土口下方设置有流动性测试装置，所述流动性测试装置包括称重传感器以及位于所述称重传感器上的量杯。

所述传动轴内设置有添加剂注入管，所述添加剂注入管的一端与所述刀盘的中心孔相连通，另一端与外部的土体改良剂泵送装置相连通。

所述刀盘为辐条式刀盘，其上设置有应变花。

所述传动轴由外部动力装置驱动，所述外部动力装置包括具有扭矩转速传感器的变频电动机以及具有顶力行程传感器的顶进油缸。

本实用新型的优点是，目前现有的测试装置多为模型试验，而本装置为测试仪器，其可以测试的土层条件和埋深范围广泛，实时监测所获取的参数全面且准确度高，适用于测试土压盾构或泥水盾构。

附图说明

图1为本实用新型中测试仪结构示意图；

图2为本实用新型中土舱立体示意图；

图3为本实用新型中土舱截面示意图；

图4为本实用新型中土舱前端面示意图；

图5位本实用新型中土舱后端面示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-5，图中标记1-30分别为：反力油缸1、隔板2、反力顶板3、土箱4、刀盘5、土舱6、传动轴7、顶进油缸8、扭矩转速传感器9、变频电动机10、顶进支架11、添加剂注入管12、万向轮13、底座14、顶进导向支架15、量杯16、称重传感器17、进土口18、出土口19、孔隙水压力传感器20、土压传感器21、添加剂注入孔22、刀具23、中心孔24、辐条25、面板26、预留孔27、应变花28、内支架29、外支架30。

实施例：本实施例具体涉及一种带土舱模拟的盾构地层适应性测试仪，该测试仪用于评价盾构的地层适应性，从而为盾构选型、盾构掘进以及地层改良方法提供良好的借鉴。

如图1-5所示，本实施例中盾构地层适应性测试仪的主体为一呈筒形的土箱4，其前端面与土舱6相连通，其后端面则封装有隔板2，在土箱4内的前端设置有可沿轴向进退的刀盘5，刀盘5具体是由贯穿土舱6中心的传动轴7驱动旋转的，且在土箱4内的后端设置有可沿轴向进退的反力顶板3，反力顶板3具体是由贯穿后端面隔板2中心的反力油缸1驱动的；前述的刀盘5与反力顶板3共同在土箱4中构成土层切削测试空间。

土箱4的上部设置有进土口18，下部设置有出土口19，侧壁面上则开设有钢化玻璃观察窗以供观察（附图中未示出）；土舱6是与土箱4相连通的筒形腔体，刀盘5的初始位置处于两者交界处，在刀盘5的背面设置有土压传感器21及孔隙水压力传感器20，在土舱6的端面上还设置有添加剂注入孔22以及预留孔27，其中预留孔27可接泥浆系统用于评价泥水盾构的地层适应性问题，也可接螺旋出土器用于测试不同添加剂条件下的螺旋出土器出土状况；此外在反力顶板3上同样设置有土压传感器21以及孔隙水压力传感器20；需要说明的是，本实施例中在土箱4外还添加了土舱6，这样使得装置与实际盾构机更为接近，与此同时还可以模拟土体进入土舱6后的状况，在土舱6内测量其在舱内的土压力和孔隙水压力。

传动轴7顶端贯穿土舱6端面的中心并与刀盘5同轴固定，传动轴7的末端与动力部分相连接以将动力部分的进退和旋转动力传递到与之连接的刀盘5上以驱动刀盘5，在传动轴7内设置有沿其轴向布置的添加剂注入管12，添加剂注入管12的顶端与刀盘5的中心孔24相连通，末端与外部的土体改良剂泵送装置相连通，以向密封舱内的土体注入添加剂。动力部分主要包括变频电动机10、扭矩转速传感器9以及顶进油缸8，变频电动机10经传动轴7向刀盘5提供旋转动力，并通过调节不同的频率来调节变频电动机10的转速，同时通过扭矩转速传感器14测量电动机的扭矩和转速，顶进油缸8提供刀盘5掘进和后退的动力，并通过推力轴承向前传递，其中，传动轴7经顶进导向支架15支撑，变频电动机10经顶进支架11支撑。

刀盘5主要由辐条25、刀具23、面板26、内支架29、外支架30以及应变花28组成，工作时可以通过改变六块面板26的大小来调整刀盘5的开口率，通过在辐条25的背部贴应变花28来测量刀盘5的应变，同时通过测量刀具23质量的变化以测量其磨损情况。

反力油缸1贯穿后端面隔板2的中心孔并与反力顶板3同轴固定，反力顶板3由反力油缸1驱动其顶进或后退。

在土箱4的出土口19下方设置有流动性测试装置，该流动性测试装置包括量杯16和称重传感器17，量杯16设置于称重传感器17上，当刀盘5切削一段距离后，打开出土口19，记录固定时间内改良土体流出的重量，以此测定改良后土体的流动性。

上述所有部件均安装固定于底座14上，且底座14底部具有万向轮13，测试仪可通过万向轮13进行自由走行。

如图1-5所示，本实施例中带土舱模拟的盾构地层适应性测试仪的工作测试方法为：

（1）经土箱4上的进土口18将配好的重塑土加入前述的土层切削测试空间中；

（2）启动反力油缸1以驱动反力顶板3顶推土体，使土箱4中土压力被顶推调节至所需值，顶推的同时，通过反力顶板3上的土压传感器21和孔隙水压力传感器20实时检测土箱4中的土压力和孔隙水压力并将这两种数据上传；

（3）启动变频电动机10和顶进油缸8，以将旋转和顶进动力通过传动轴7传递至刀盘5上并驱动其旋转前进以切削土体，切削的过程中，通过变频电动机10上设置的扭矩转速传感器9以实时检测变频电动机10的扭矩及转速并上传数据；同时通过顶进油缸8上所设置的顶力行程传感器以实时检测顶进油缸8的顶力、行程及速度并上传数据；此外通过刀盘5上所设置的应变花28以实时检测刀盘5的应变并上传数据；

（4）切削过程中，启动添加剂注入系统向土箱4中的土体内注入添加剂以改良土体，即通过添加剂注入管12和添加剂注入孔22实现；此外，在切削过程中，土体经刀盘5切削后进入土舱6内，在土舱6内通过刀盘5背面的孔隙水压力传感器20和土压传感器21检测其舱内孔隙水压力和土压力，通过添加土舱6后使测试仪与实际盾构机更为接近；

（5）切削完成后打开土箱4的出土口19，称重传感器17记录固定时间内流入量杯16中的改良土重量，以测定改良后土体的流动性；

（6）清理土箱4内土体，并将刀盘5退至初始位置；

（7）将所获得的各项数据进行综合分析评定，从而为盾构选型、盾构掘进以及土体改良方法提供良好的借鉴。

本实施例的优点在于，本装置可以针对不同的地层、不同的埋深进行地层适应性试验；可以测试较多的施工参数；与此同时该装置既可以在工程未开工前，先进行预试验，辅助盾构选型，又可以在工程施工过程中，直接将装置放置盾构车架上，实时检验盾构出土改良状况，以此反馈盾构司机对目前施工参数进行调整；同时，土舱端面上预留两个孔，可接上泥浆系统用于评价泥水盾构的地层适应性问题；

此外，目前现有的测试装置多为模型试验，而本装置为测试仪器，其标准化程度和应用推广程度更高；本装置可以测试的土层条件和埋深范围更加广泛；可以测量的参数更全面更精细；本装置既可以测试土压盾构又可以测试泥水盾构；本装置既可以用于前期盾构选型，又可以用于后期施工实时检测反馈；本装置既可以用于室内试验，又可以用于现场试验。

本装置可以辅助我们前期盾构选型更为恰当、盾构施工参数更为合适、土体改良方法更为有效，提前辅助我们规避风险，对改善盾构施工有突出的效果。

Claims (7)

1.一种带土舱模拟的盾构地层适应性测试仪，其特征在于所述测试仪包括筒形土箱，所述土箱前端与土舱接通，后端封装有隔板；所述土箱内前端设置有可沿轴向进退的刀盘，所述刀盘由贯穿所述土舱端面的传动轴驱动旋转；所述土箱内后端设置有可沿轴向进退的反力顶板，所述反力顶板由贯穿该端所述隔板的反力油缸顶推；其中，所述刀盘以及所述反力顶板上分别设置有土压力传感器和孔隙水压力传感器。

2.根据权利要求1所述的一种带土舱模拟的盾构地层适应性测试仪，其特征在于所述土舱端面具有预留口以及土舱添加剂注入口。

3.根据权利要求1所述的一种带土舱模拟的盾构地层适应性测试仪，其特征在于所述筒形土箱上具有进土口、出土口、排水孔以及钢化玻璃观察孔。

4.根据权利要求1所述的一种带土舱模拟的盾构地层适应性测试仪，其特征在于所述土箱的出土口下方设置有流动性测试装置，所述流动性测试装置包括称重传感器以及位于所述称重传感器上的量杯。

5.根据权利要求1所述的一种带土舱模拟的盾构地层适应性测试仪，其特征在于所述传动轴内设置有添加剂注入管，所述添加剂注入管的一端与所述刀盘的中心孔相连通，另一端与外部的土体改良剂泵送装置相连通。

6.根据权利要求1所述的一种带土舱模拟的盾构地层适应性测试仪，其特征在于所述刀盘为辐条式刀盘，其上设置有应变花。

7.根据权利要求1所述的一种带土舱模拟的盾构地层适应性测试仪，其特征在于所述传动轴由外部动力装置驱动，所述外部动力装置包括具有扭矩转速传感器的变频电动机以及具有顶力行程传感器的顶进油缸。