[发明专利]一种模拟渣土改良运移的试验系统及方法

说明书

本公开提供一种模拟渣土改良运移的试验系统及方法，涉及渣土改良模拟领域，包括土仓和输送组件，土仓内安装有与土仓同轴布置的转动刀盘，驱动机构穿过土仓壁连接刀盘并能够带动刀盘沿土仓轴向往复移动，输送组件包括螺旋输送机构，螺旋输送机构穿过土仓侧壁连通土仓内腔，螺旋输送机构外部布置有多个压力传感器，能够测取螺旋输送机构内部压力场以反馈调节螺旋输送机构的排渣速度，土仓试验装置与螺旋输送机上部搭乘有膨润土、泡沫聚合物混合液注射口可进行渣土改良，并在螺旋输送机管壁外侧布置相应的称重传感器测量机体内部应力曲线以此探究渣土运移规律，从而为拓展土压平衡盾构在高渗透性、低流动性砂砾地层中的应用范围提供技术支持。

技术领域

本公开涉及渣土改良模拟领域，特别涉及一种模拟渣土改良运移的试验系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

土压平衡盾构隧道掘进机开挖隧道因具有工程造价低、施工环境安全、对施工区域地面交通的正常运行干扰小、人机环境友好、掘进效率高等优点，成为了城市地铁隧道开挖的主要工法。但是随着我国隧道建设的发展，在不良地质地区修建隧道工程日益增多。施工过程中若开挖出来的土体处理不当，极易造成塌方、地表塌陷、洞身失稳等工程灾害，严重影响工程的进展，甚至威胁到现场施工人员的生命安全。

土压平衡盾构机开挖隧道时刀盘旋转，带动刀盘刀具切削掌子面，当土仓挡板被千斤顶向前推进时，渣土通过开口进入渣土仓。螺旋输送机从加压土仓中移除挖掘出的渣土。然而渣土运移装置的主要性能取决于所挖掘渣土的性质。当施工地层为淤泥及黏土细颗粒含量较少的砂层或砂砾层，切削下来的渣土缺乏塑性和流动性，且透水性也较大，会导致刀盘扭矩上升，或使渣土或水容易从出渣口喷发而出导致开挖面水土压力失稳，严重影响盾构施工安全。

发明人发现，对于盾构过程中渣土运移试验装置的设计，现有的实验室试验装置侧重于渣土运移系统中螺旋输送机试验模型的设计，探究螺旋输送机试验模块中叶片角度、螺距、螺旋输送机转速对出土量影响及螺旋输送机承压输送特性。然而盾构实际工程中渣土运移过程是由土仓系统、切削系统及螺旋输送机系统共同搭建而成，目前对于土仓系统、刀盘与螺旋输送机联合作用机制研究甚少，其联合作用试验装置更是少之又少，亟需填补此试验装置方面的空白，同时在实际施工中切削下来的渣土往往需要添加泡沫剂、膨润土泥浆和高分子聚合物进行改良，以此使渣土性能满足较低的内摩擦力、较低的透水性、良好的软黏稠度等性质，现有的试验装置往往会忽略渣土改良的问题；另外，市面现有的土仓试验装置与螺旋输送机装置的对接角度一般为水平对接，这与现实工况中螺旋输送机与土仓成一定夹角的实际情况不相符，难以满足试验需求。

发明内容

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种模拟渣土改良运移的试验系统及方法，螺旋输送机支撑架(可实现角度可调)，土仓试验装置与螺旋输送机上部搭乘有膨润土、泡沫聚合物混合液注射口可进行渣土改良，并在螺旋输送机管壁外侧布置相应的称重传感器测量机体内部应力曲线以此探究渣土运移规律，从而为进一步拓展土压平衡盾构在高渗透性、低流动性砂砾地层中的应用范围提供技术支持。

本公开的第一目的是提供一种模拟渣土改良运移的试验系统，采用以下技术方案：

包括土仓和输送组件，土仓内安装有与土仓同轴布置的转动刀盘，驱动机构穿过土仓壁连接刀盘并能够带动刀盘沿土仓轴向往复移动，输送组件包括螺旋输送机构，螺旋输送机构穿过土仓侧壁连通土仓内腔，螺旋输送机构外部布置有多个压力传感器，能够测取螺旋输送机构内部压力场以反馈调节螺旋输送机构的排渣速度。

进一步地，所述土仓为圆柱形壳体结构，驱动机构安装在土仓上端面，土仓端面上安装有连通土仓内腔的改良液注入口。

进一步地，所述土仓内沿轴线方向布置有刀盘轨道，螺旋输送机构连通土仓内腔远离驱动机构的一端。