[发明专利]一种盾构始发端头多功能物理参数变化模拟装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种盾构始发端头多功能物理参数变化模拟装置。

背景技术

目前，随着盾构施工技术的日益成熟，盾构因其具有优秀的安全性、高效性和可靠性，已经被广泛应用于电力系统、城市地铁、市政公路隧道施工中，尤其是在穿越江河的水底隧道施工中盾构技术更是被广泛应用。在盾构施工过程中，盾构始发端土体的稳定性是不容忽视的问题，还可能会出现涌水、涌砂的危险情况。为了进一步减少施工风险，多采用冻结加固技术，当冻结达到一定厚度时可以认为达到了加固效果。这时需要停止冷冻，并对金属冻结管进行拔除，在这个期间冻土温度会有一定上升，如果上升温度超过了冻结加固的要求温度，那么加固效果则大大降低，而且可能会带来施工危险，造成盾构机损失或施工人员受伤。尽管冷冻加固施工过程中会设置一定的测温孔，但在冷冻帷幕内侧仅设置个别测温孔，不能全面了解到整个冷冻帷幕的温度及相关物理参数变化，给施工过程带来一定的风险。

现有技术中盾构冷冻技术是一种日益成熟的了盾构施工辅助手段，但是目前并没有合适的模拟装置或方法。目前尚未有合适的盾构冷冻模拟装置，实际施工过程中，由于工况复杂，难以实现温度的连续测量，更难以提供更多其他的物理参数。

发明内容

本发明需要解决的问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种盾构始发端头多功能物理参数变化模拟装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种盾构始发端头多功能物理参数变化模拟装置，包括土体单元、制冷单元、测温单元、应力应变装置和声波测试装置；土体单元包括实验箱和置于其内的待测定的研究区土样，根据实验条件掺入水泥并压实，制冷单元设置于土体单元内部，测温单元包括依次连接的温度记录仪、预埋式测温线和测温探头，预埋式测温线及测温探头埋设于土体单元内，应力应变装置布置于土体单元外壁，声波测试装置布置于土体单元内，测温单元、应力应变装置和声波测试装置以不间断的方式记录检测土体单元的各项物理参数及时间点。

实验箱为3.5*2.5*1.5m的 PVC箱，测温单元依次连接的12通道YD700R温度记录仪和12根JDC预埋式测温线及测温探头，6根JDC预埋式测温线长度为1-1.5m，埋设于土体浅层；另外6根JDC预埋式测温线长度为2-2.5m，埋设于土体单元中部，测温探头分两组分别布置在实验箱0.625m和1.25m横截面处，以1s间隔连续记录测温探头温度。

制冷单元包括冷冻装置和制冷管，制冷管埋入土体单元内，冷冻装置包括冷冻机、盐水泵、盐水箱、清水泵和冷却水塔；制冷管一端连接冷冻机，另一端经盐水泵连接盐水箱，冷却水塔经清水泵与冷冻机连接，冷冻机与盐水箱连接，盐水泵和清水泵的流量大于等于70m³/h，制冷管水平铺设于土体单元中，且制冷管在土体单元内的布置轨迹呈半圆形。

制冷管采用PVC管进行预埋，每两根为一个制冷管回路冷冻液从A管流入到埋设在土体内部的制冷管，之后通过制冷管本身的弯管回流到B管，再通过B管回流到冷冻装置重新降温。

实验箱内侧面及底面中心各放置一个与仪表连接的全密封式微型压力传感器，全密封式微型压力传感器连接其相应数字化仪表，以15min为间隔记录压力。

应力应变装置为电阻式应变片，电阻式应变片粘贴于实验箱外侧面中心，在电阻式应变片附近设置一个用于排除温度影响的温度补偿应变片，电阻式应变片连接其相应数字化仪表，以15min为间隔记录应变。

声波测试装置包括两根声测管、电缆及声波测试仪，声测管通过电缆连接声波测试仪，2根声测管分别竖向布置于土体单元内部两侧，声波测试仪以15min为间隔记录声波波速。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够在尚未施工前，模拟盾构冷冻过程中的温度、应力应变、透射波和反射波变化状态，实现真正意义上的连续测量，为冷冻施工参数设置提供了重要的参考数据，提高了冷冻施工的安全性。

附图说明

图1是本发明的盾构始发端头多功能物理参数变化模拟装置的结构示意图；

图2是制冷单元的结构示意图；

图3是制冷管及测温探头布置位置示意图；

图4是制冷管的结构示意图；

图5是声波测试装置的结构示意图；

其中，1-土体单元，2-冷冻装置，3-测温探头，4-温度记录仪，5-冷冻机，6-制冷管，7-盐水泵，8-盐水箱，9-清水泵，10-冷却水塔，11-声测管，12-声波测试仪。

具体实施方式