[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及一种盾构施工的模拟试验装置及其使用方法，尤其是涉及一种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。

背景技术

随着我国城市地铁建设事业的迅猛发展，盾构隧道穿越软硬不均复杂地层、高层建筑物等情况越来越多，为尽量降低盾构施工中土体扰动对沿线地层、建筑物等的影响，保证施工的安全，就需确保盾构开挖面的稳定。

泥水平衡盾构在开挖面的密封隔舱内注入泥水，通过泥水加压和外部压力平衡，以保证开挖面土体的稳定，但岩土工程问题复杂多变，就泥水平衡盾构开挖面土体稳定性的影响因素还需深入研究，因此，探寻一种可测的泥水平衡盾构的试验装置及其试验方法，通过对其开挖面土体稳定性机理的研究和对其试验数据的分析，为今后泥水平衡盾构的设计和施工提供一定的借鉴，并保障其实际应用的安全可靠非常必要。

目前，许多学者采用不同的方法来实现对泥水平衡盾构的试验，例如，李昀(2007)通过设置两个泥浆槽组成泥浆循环系统，配合千斤顶来进行泥水平衡盾构试验；郭信君(2008)试验用的泥水平衡盾构模型是将一台小型土压平衡盾构模型经改造而成，其泥浆循环系统也含两个泥浆槽，从而进行泥水平衡盾构试验；何川等人(2011)通过气压加压装置将泥水灌中的泥水注入盾构水舱，而后将泥液带出到沉渣灌中，从而形成泥水循环系统，再配合液压千斤顶进行泥水平衡盾构试验。

以上试验装置均由两个泥浆槽组成的循环系统配合液压千斤顶进行试验，模拟试验过于简单，难以研究刀盘开口率、壁后注浆压力等对泥水平衡盾构机掘进过程的影响。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种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，该装置可模拟不同影响因素下泥水平衡盾构动态掘进的全过程，从而为实际泥水平衡盾构的设计与施工提供准确的实验数据，并保障其在实际应用中的安全可靠。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种可模拟泥水平衡盾构施工的室内模型试验装置，该装置包括掘土推进机构、循环机构及注浆机构，其中，

所述的掘土推进机构包括电动机、减速器、盾构机壳、主轴及旋管，所述的电动机与减速器连接，所述盾构机壳的内部设有隔板，盾构机壳的顶端设有刀盘，盾构水舱位于刀盘与隔板之间，叶片内嵌于刀盘之中，所述的主轴的一端穿过减速器，另一端与刀盘连接，所述的旋管套设在主轴上，旋管的一端位于盾构机壳与减速器之间的主轴上，旋管的另一端深入盾构机壳的内部，并与叶片连接；

所述的循环机构包括循环箱、微型水泵、进水管、出泥管及调压管，所述的循环箱内设有过滤网，所述的微型水泵设在循环箱内部的下侧，所述的进水管的一端与微型水泵连接，另一端连入盾构水舱内，所述的出泥管的一端连入循环箱的上侧，另一端连入盾构水舱内，所述的调压管连接在进水管与出泥管之间，通过控制调压管中的流量，可以调节盾构水舱中的泥水压力；

所述的注浆机构包括注浆箱、浆液罐、微型压缩机、气压管、注浆管及注浆头，所述的浆液罐与微型压缩机均设在注浆箱内部，所述的微型压缩机与浆液罐之间通过气压管连接，所述的注浆管的一端位于浆液罐内，另一端伸出注浆箱，并与注浆头连接，通过微型压缩机向浆液罐中注压，迫使浆液从浆液灌流到注浆管中，从而形成注浆压力，而注浆量由注浆头来控制；

电动机通过主轴带动刀盘旋转，通过旋管调节叶片与刀盘之间的相对位置，进而调节刀盘的开口率，在刀盘掘土推进过程中，微型水泵将过滤网滤出的水通过进水管送入盾构水舱内，在盾构水舱内，刀盘切削下来的土与水混合后通过出泥管流回循环箱，掘土推进到指定深度后，关闭电动机，打开微型压缩机，通过注浆管及注浆头进行注浆。

所述的电动机与减速器均焊接在第一基座上，该第一基座通过三个脚螺旋连接在第二基座上，该第二基座通过转盘连接在注浆箱上，所述的第一基座上设有用以判断第一基座是否水平的水准器，所述的转盘上设有用于限制转盘转动角度的第一限位螺栓。通过脚螺旋和转盘可使电动机及减速器实现竖向移动和水平转动。

所述的减速器上端设有用来定位掘土推进方向的瞄准镜，所述的电动机上端设有控制主轴前进、停止与后退的开关档。

所述的旋管的端部设有用于限制旋管旋转角度的第二限位螺栓及显示旋转角度的刻度盘。

所述的循环箱上焊接有凸槽，凸槽上设有支撑管，该支撑管的下端设有用于限制支撑管沿凸槽方向移动的第三限位螺栓，支撑管的上端设有万向轮，该万向轮支撑在主轴的下侧，支撑管的中部还设有控制万向轮轴向移动和周向转动的第四限位螺栓。万向轮对主轴起支撑作用。