[发明专利]用于标定泥水盾构环流系统泥浆流速的试验装置及方法

说明书

本发明公开一种用于标定泥水盾构环流系统泥浆流速的试验装置及方法，装置中细线的一端系在大粒径渣土颗粒上，使大粒径渣土颗粒悬挂于沉降观测筒上方并刚好接触泥浆面；细线的另一端绕过一组滑轮组后平行于试验台的台面并与设置在试验台的电火花打点计时器内的纸带固定连接；试验台上还设置有用于夹住细线使其暂时静止的强力夹；通过松开强力夹后，电火花打点计时器在纸带上的打点，得到大粒径渣土颗粒作匀速沉降运动的速度值，即大粒径渣土颗粒顺利通过环流系统所需的最低泥浆流速。本发明能够测得大粒径渣土颗粒顺利通过环流系统所需的最低泥浆流速，降低盾构施工“堵管”风险，保证施工安全、有序开展。

技术领域

本发明涉及地下工程试验技术领域，具体为一种用于标定泥水盾构环流系统泥浆流速的试验装置及方法。

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下工程的建设，对隧道的修建在数量和质量上都提出了更高的要求。盾构法因其安全、环保、高效等特点，成为城市地铁隧道、跨江跨海水下隧道以及引水隧洞建设的首选。在高渗透性富水地层开展盾构施工时，泥水平衡盾构机被广泛应用，泥浆环流系统作为泥水盾构的重要组成部分，它的正常运行保证了盾构的顺利施工。

环流系统的输送能力受泥浆流速控制，速度越大，输送能力越强。若泥浆环流系统输送能力不足，大粒径渣土颗粒便会在环流管道中沉淀、聚集，最终引发“堵管”问题，危及施工安全。为了降低盾构施工“堵管”风险，发明一种有效标定泥水盾构环流系统泥浆流速的试验装置及方法显得尤为重要。

考虑泥浆环流系统的运行机制，大粒径渣土颗粒最不易通过的便是管道垂直段，为确保能够自下而上顺利通过，需突破大粒径渣土颗粒的悬浮状态，即受力平衡状态，该状态下的渣土颗粒受到竖直向下的重力G、竖直向上的浮力F_浮和泥浆粘滞阻力f，竖直向下的重力等于竖直向上浮力与泥浆粘滞阻力的和，即G＝F_浮+f。悬浮状态下大粒径渣土颗粒实际速度为0，泥浆速度恒定且竖直向上，大粒径渣土颗粒相对于泥浆作竖直向下的匀速运动，其相对速度的大小与泥浆速度相等，即由于重力和浮力是一个确定值，而泥浆粘滞阻力是一个与相对速度成呈正比的变量，增大相对速度v_r，使得便可提高大粒径渣土颗粒的泥浆粘滞阻力，打破平衡，顺利通过泥浆环流管道，降低“堵管”风险。所以，使得垂直管段中大粒径渣土颗粒处于悬浮状态的泥浆流速便是保证大粒径渣土颗粒顺利通过环流管道的最低泥浆流速，数值大小上等于大粒径渣土颗粒在静止泥浆中作匀速沉降运动的速度值。由于泥浆浑浊且透光性差，无法通过高速摄像机等装置获取大粒径渣土颗粒运动速度，急需发明一种新的测速手段来获取大粒径渣土颗粒在静止泥浆中作匀速沉降运动的速度值，进而有效标定泥水盾构环流系统泥浆流速。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于标定泥水盾构环流系统泥浆流速的试验装置及方法，以降低盾构施工“堵管”风险，保证施工安全、有序开展。技术方案如下：

一种用于标定泥水盾构环流系统泥浆流速的试验装置，包括盛有泥浆的沉降观测筒、大粒径渣土颗粒、细线和电火花打点计时器；细线的一端系在大粒径渣土颗粒上，使大粒径渣土颗粒悬挂于沉降观测筒上方并刚好接触泥浆面；细线的另一端绕过一组滑轮组后平行于试验台的台面并与设置在试验台的电火花打点计时器内的纸带固定连接；试验台上还设置有用于夹住细线使其暂时静止的强力夹。

进一步的，所述滑轮组包括三个定滑轮，其中两个定滑轮固定于试验台旁边支架的横杆上，一个位于沉降观测筒正上方，另一个位于试验台边沿上方；第三个定滑轮固定于试验台的边沿，使细绳由竖直方向转变为水平方向，并与纸带在同一水平高度。

更进一步的，所述试验台上纸带延申的一侧边沿设有弧面垫块，使得纸带保持水平。

更进一步的，所述沉降观测筒为亚克力透明圆筒。

一种用于标定泥水盾构环流系统泥浆流速的试验方法，包括以下步骤：

步骤1：架设试验台、支架，用离心泵将配置好的泥浆泵入沉降观测筒中至装满；