[发明专利]一种泥水-土压双模可切换式盾构掘进模拟试验装置

说明书

本发明提供了一种泥水‑土压双模可切换式盾构掘进模拟试验装置，其包括内部设置有砂土地层和黏土地层的土样箱、用于挖掘土样箱内部地层的盾构机、用于驱动盾构机转动的动力转动装置以及泥水循环系统；本方案中的盾构机、螺旋出土器和泥水循环系统的设置，在模拟实际双模盾构机掘进过程中，能实现掘进参数的实时调整与采集，地表沉降与地中位移的监测，泥浆性能的调整与出浆过滤，可以实现泥水掘进模式到土压掘进模式和土压掘进模式到泥水掘进模式的互相转换过程，弥补现阶段双模盾构试验装置的空白，可以研究双模盾构在掘进过程中，盾构的掘进参数与地层变形特征的联系，为实际工程提供参考和借鉴。

技术领域

本发明涉及盾构隧道施工掘进科研试验设备技术领域，特别是涉及一种泥水-土压双模可切换式盾构掘进模拟试验装置。

背景技术

由于城市人口快速增长，地表可用面积日益减少，城市交通拥堵问题已经成为了我国亟待解决的问题之一。此外，随着近年来经济的快速发展和隧道施工技术的提升，越来越多的城市选择地下轨道交通作为城市出行的方式。根据《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》，2020年城市轨道交通运营线路里程将达到6000km，未来十年我国将建成7395km地铁线路。在地铁建设过程中，盾构法以其掘进速度快，施工自动化程度高、安全性好等优势获得了广泛的应用。为了同时保证盾构机在混合地层中的掘进速度，土压和泥水双模式盾构投入应用。在地下水位较高且丰富的强渗透性地层中，采用泥水盾构掘进能保证地层的稳定性，当进入渗透性较弱的土质地层时，采用土压盾构能获得较好的掘进效率，因此采用双模盾构在不同的地层选择适宜的掘进模式能获得更高的掘进效率。

采用双模盾构能取得良好的工程经济性和地层稳定性。但由于双模盾构的使用还刚刚起步，在一些细节控制上还并不成熟，特别是在双模盾构模式转换过程与地层相互作用的联系还并不清楚，因此需要使用掘进模拟试验装置来模拟双模盾构的工作过程，以优化实际双模盾构在施工中的掘进参数，减小对地层的扰动。现有技术中的掘进模拟试验装置，一般为土压或者泥水单模式掘进模拟试验装置，无法模拟双模盾构的实际施工过程，无法对双模盾构进行深入研究，不能得到对双模盾构施工的影响数据依据。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种泥水-土压双模可切换式盾构掘进模拟试验装置，解决了现有技术中的盾构模拟试验装置无法模拟双模盾构机实际工作状态的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

提供一种泥水-土压双模可切换式盾构掘进模拟试验装置，其包括内部设置有试验地层土样的土样箱、用于挖掘所述土样箱内部土样的盾构机、用于驱动刀盘转动的动力转动装置以及泥水循环系统；

盾构机包括盾壳和与盾壳端面连接的仓体，

盾壳内设置有主轴和螺旋出土器，主轴的一端穿过仓体且固定连接有盾构刀盘，另一端与动力转动装置连接；

螺旋出土器包括与仓体密封连接的外筒和设置于外筒内的螺旋棒，螺旋棒外壁上设置有用于卷出泥土的旋翼，螺旋棒的一端位于仓体内，另一端与动力转动装置连接；外筒侧壁上设置有与其内部连通的出土支管；盾构机掘进产生的泥土进入仓体，经过转动螺旋棒上的旋翼带出泥土，泥土经过出土支管卸出。

泥水循环系统包括与仓体连通的进泥浆管、出泥浆管和进气管，进泥浆管、出泥浆管和进气管的一端均设置于盾壳内，进泥浆管、出泥浆管和进气管的另一端均位于盾构机外部。