CN207989032U - 一种用于土压平衡盾构刀盘结泥饼模拟的试验装置 - Google Patents

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方勇
陶力铭
王宇皓
徐汪豪
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Abstract

本实用新型一种用于土压平衡盾构刀盘结泥饼模拟的试验装置,装置包括台架、盾壳和旋转电机;盾壳为圆筒状,水平的固定于台架上,其一端封堵有加压板,另一端设有刀盘,顶部开设有可开闭仓门;加压板外侧设有水平的千斤顶,刀盘由旋转电机通过驱动主轴驱动旋转,驱动主轴上设有传感器组;试验时土体通过盾壳顶部的可开闭仓门加入,千斤顶通过加压板挤压土体,刀盘上的刀具开始对土体进行掘削,开挖处的渣土通过刀盘开口排出,可以观察出土情况。本实用新型模型试验装置能够对盾构刀盘的开挖进行真实模拟,开挖过程中可以直观地观察掘进的情况,并能够监测到掘进过程中刀盘的扭矩以及出土情况;对预防和处置刀盘泥饼问题具有参考意义。

Description

一种用于土压平衡盾构刀盘结泥饼模拟的试验装置
技术领域
本实用新型涉及地下工程盾构模型试验技术领域,具体为一种用于土压平衡盾构刀盘结泥饼模拟的试验装置。
背景技术
随着城市化进程的不断加快,许多城市都在积极地进行地铁工程的建设,对隧道的修建在数量和质量上都提出了更高的要求。盾构机在城市地下隧道建设中被广泛使用并取得了良好的经济效益和社会效益,但是随着地铁建的不断深入,盾构穿越的地质条件越来越复杂,许多不良的地层条件给盾构机的开挖带来了一些问题。盾构机在某些粘土或粉土地层中开挖时,粘土极易附着在刀盘上形成泥饼,导致刀具无法继续切削土体,阻塞渣土排出,严重阻碍盾构掘进施工,造成巨大的经济损失。
针对土压平衡盾构机在特定地层中掘进的结泥饼现象进行研究,了解研究泥饼的产生机理及影响因素,以及预防泥饼的方法和泥饼处置措施是保证盾构能够高效快速掘进的关键。由于基于现场的盾构隧道开挖过程试验较难实现,因此可以通过室内模型试验来模拟土压平衡盾构刀盘泥饼的产生,对结泥饼现象进行研究。
国内外学者针对盾构机刀盘泥饼现象进行了已很多的研究,但基本都限于对不同土样进行室内试验测得土样的某些参数后判别其结泥饼的可能性,没有考虑盾构开挖所用刀具类型及分布、关键施工参数等因素的影响。目前针对特定土样进行刀盘掘进结泥饼现象模拟的研究几乎还是空白。
实用新型内容
针对上述问题,本实用新型的目的在于提供一种用于土压平衡盾构刀盘结泥饼模拟的试验装置,可以模拟特定土体中的盾构掘进,调整刀具布置和施工参数,直观地观察不同情况下掘进的过程和泥饼的产生,以及泥饼的形态和分布情况,从而为研究结泥饼现象产生机理和泥饼预防及处置方法提供依据。技术方案如下:
一种用于土压平衡盾构刀盘结泥饼模拟的试验装置,包括台架、盾壳和旋转电机;盾壳为圆筒状,水平的固定于台架上,其一端封堵有加压板,另一端设有刀盘,顶部开设有可开闭仓门;加压板外侧设有水平的千斤顶,刀盘由旋转电机通过驱动主轴驱动旋转,驱动主轴上设有传感器组。
进一步的,所述加压板一侧的台架上竖直的固定有加固板,所述千斤顶的底座固定于加固板上,前端固定于加压板上。
更进一步的,所述驱动主轴通过卡口与旋转电机的输出轴固定连接,旋转电机配有调速器。
更进一步的,所述驱动主轴下方设有支撑架,所述传感器组安装于支撑架上。
更进一步的,所述台架上设有条形螺栓槽,所述盾壳通过螺栓固定于条形螺栓槽内。
更进一步的,所述刀盘上设有刀具和刀盘开口,刀盘通过刀盘连接螺栓与所述驱动主轴固定连接。
更进一步的,所述传感器组包括轴力传感器、扭矩传感器、转速传感器和功率传感器。
本实用新型的有益效果是:本实用新型模型试验装置能够对盾构刀盘的开挖进行真实模拟,开挖过程中可以直观地观察掘进的情况,控制掘进中的掌子面压力、刀盘转速等关键参数,并能够监测到掘进过程中刀盘的扭矩以及出土情况;掘进停止后还能对刀盘进行拆卸,观察刀盘上泥饼的形态和分布情况,评价试验所用土体结泥饼的可能性以及刀具布置引起结泥饼的可能性,进而可以对泥饼产生机理以及泥饼的分布特点进行研究,对预防和处置刀盘泥饼问题具有参考意义。
附图说明
图1为本实用新型用于土压平衡盾构刀盘结泥饼模拟的试验装置的结构示意图。
图2为本实用新型用于土压平衡盾构刀盘结泥饼模拟的试验装置的俯视图。
图3为本实用新型用于土压平衡盾构刀盘结泥饼模拟的试验装置刀盘的结构示意图。
图中:1-千斤顶;2-盾壳;3-加压板;4-刀盘;5-传感器组;6-支撑架;7-卡口;8-旋转电机;9-刀盘驱动主轴;10-调速器;11-台架;12-加固板;13-支座;14-条形螺栓槽;15-台架加固支撑;16-刀具;17-刀盘开口;18-刀盘连接螺栓;19-可开闭仓门。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。如图1所示,一种用于土压平衡盾构刀盘结泥饼模拟的试验装置,包括台架11、盾壳2和旋转电机8;盾壳2为圆筒状,水平的固定于台架11上,其一端封堵有加压板3,另一端设有刀盘4,顶部开设有可开闭仓门19;加压板和刀盘的外径与盾壳的内径相同。加压板3外侧设有水平的千斤顶1,刀盘4由旋转电机8通过驱动主轴9驱动旋转,驱动主轴9上设有传感器组5。
本实施例的刀盘4上设有刀具16和刀盘开口17,刀盘开口率约为30%。刀盘4通过刀盘连接螺栓18与所述驱动主轴9固定连接,刀盘可拆卸更换为其他刀盘,用于观察不同刀盘上泥饼的分布形态以及刀具对结泥饼的影响。
加压板3与刀盘4之间为填充的土体,土体通过盾壳顶部的可开闭仓门19加入。千斤顶1进行加压时加压板向刀盘一端移动,开始挤压土体,同时刀盘4由旋转电机驱动旋转,刀盘4上的刀具16开始对土体进行掘削,开挖处的渣土通过刀盘开口17排出,千斤顶持续加压则刀盘后部会持续出土,可以观察出土情况。
本实施例的加压板3一侧的台架11上竖直的固定有加固板12,所述千斤顶1的底座固定于加固板12上,前端固定于加压板3上。所述驱动主轴9通过卡口7与旋转电机8的输出轴固定连接,旋转电机配有调速器10。所述驱动主轴9下方设有支撑架6,所述传感器组5安装于支撑架6上。
本实施例的台架11上设有条形螺栓槽14,所述盾壳2通过螺栓固定于条形螺栓槽14内。盾壳的位置可以调整并通过螺栓固定。
本实施例的传感器组包括轴力传感器、扭矩传感器、转速传感器、功率传感器。在开挖时传感器组5连接数显表可以读取掘进的转速、压力、扭矩等数据,对开挖情况进行观察和记录。
试验包括以下步骤:
步骤1:将试验装置组装在台架上,打开盾壳上部的可开闭仓门放入试验土体,填满加压板与刀盘之间的空间后,关闭仓门;
步骤2:通过千斤顶对土体进行加压,观察千斤顶上压力表示数;压力达到预定范围后,打开旋转电机开关,带动刀盘旋转,模拟盾构机刀盘的开挖;
步骤3:开挖时通过调整旋转电机的转速来模拟不同的开挖速度,通过千斤顶持续施加压力来模拟掌子面压力;
步骤4:开挖过程中通过传感器组外接的数显表读取开挖参数,开挖参数包括掌子面压力、刀盘扭矩和刀盘转速;
步骤5:在加压板后沿开挖方向水平放置直尺并随加压板向前推进,观察盾构推进速度,在台架下方放置渣土收集箱及电子秤,记录出土重量,观察出土速度。

Claims (7)

1.一种用于土压平衡盾构刀盘结泥饼模拟的试验装置,其特征在于,包括台架(11)、盾壳(2)和旋转电机(8);盾壳(2)为圆筒状,水平的固定于台架(11)上,其一端封堵有加压板(3),另一端设有刀盘(4),顶部开设有可开闭仓门(19);加压板(3)外侧设有水平的千斤顶(1),刀盘(4)由旋转电机(8)通过驱动主轴(9)驱动旋转,驱动主轴(9)上设有传感器组(5)。
2.根据权利要求1所述的用于土压平衡盾构刀盘结泥饼模拟的试验装置,其特征在于,所述加压板(3)一侧的台架(11)上竖直的固定有加固板(12),所述千斤顶(1)的底座固定于加固板(12)上,前端固定于加压板(3)上。
3.根据权利要求1所述的用于土压平衡盾构刀盘结泥饼模拟的试验装置,其特征在于,所述驱动主轴(9)通过卡口(7)与旋转电机(8)的输出轴固定连接,旋转电机(8)配有调速器(10)。
4.根据权利要求1所述的用于土压平衡盾构刀盘结泥饼模拟的试验装置,其特征在于,所述驱动主轴(9)下方设有支撑架(6),所述传感器组(5)安装于支撑架(6)上。
5.根据权利要求1所述的用于土压平衡盾构刀盘结泥饼模拟的试验装置,其特征在于,所述台架(11)上设有条形螺栓槽(14),所述盾壳(2)通过螺栓固定于条形螺栓槽(14)内。
6.根据权利要求1所述的用于土压平衡盾构刀盘结泥饼模拟的试验装置,其特征在于,所述刀盘(4)上设有刀具(16)和刀盘开口(17),刀盘(4)通过刀盘连接螺栓(18)与所述驱动主轴(9)固定连接。
7.根据权利要求1所述的用于土压平衡盾构刀盘结泥饼模拟的试验装置,其特征在于,所述传感器组(5)包括轴力传感器、扭矩传感器、转速传感器和功率传感器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111502679A (zh) * 2020-05-19 2020-08-07 中铁十四局集团大盾构工程有限公司 一种模拟盾构刀盘泥饼形成装置
CN114001891A (zh) * 2021-10-27 2022-02-01 腾达建设集团股份有限公司 一种盾构刀盘振动响应的实验装置

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