[发明专利]一种泥水盾构开挖溶洞位置确定的实验方法

说明书

本发明提供一种泥水盾构开挖溶洞位置确定的实验方法，根据需要模拟地层信息，设置泥水盾构岩溶区开挖装置；将模拟地层加入模型试验箱，在模拟地层中放置模型溶洞；安装扭转加压装置，施加压力，以此模拟地下应力影响；安装空气加压装置，施加压力，以此模拟地下水压影响；将盾构推进装置外筒嵌入模型试验箱内部，将盾构推进装置的刀盘与模拟地层接触，打开盾构推进装置的电动机开关，使盾构推进装置保持恒定速度向前推进，模拟盾构隧道开挖；计算机根据地下应力、地下水压以及推进杆推力与刀盘的变化数据，预测盾构推进装置前方溶洞的位置。从而达到对泥水盾构开挖区溶洞位置的确定，保证盾构机在岩溶区的安全施工，提升施工经验。

技术领域

本发明涉及隧道工程泥水盾构试验技术领域，尤其涉及一种泥水盾构开挖溶洞位置确定的实验方法。

背景技术

隧道工程是修建在地下或水下或者在山体中，铺设铁路或修筑公路供机动车辆通行的建筑物。根据其所在位置可分为山岭隧道、水下隧道和城市隧道三大类。为缩短距离和避免大坡道而从山岭或丘陵下穿越的称为山岭隧道；为穿越河流或海峡而从河下或海底通过的称为水下隧道；为适应铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越的称为城市隧道。

目前隧道工程通常会用到泥水盾构的方式进行隧道施工，但是对于岩溶探测手段进行了大量的研究，其中大多数是物探手段，且基本都是地面探测方式；对于无法进行地面探测的区域，目前开挖大多数是依靠经验，洞内探测手段较少，相应的模型试验较少。如何在没有地面物探的情况下，保证盾构机在岩溶区的安全施工，是当前亟待需要解决的问题。

发明内容

本发明提供一种泥水盾构开挖溶洞位置确定的实验方法，可以实现模拟岩溶区的施工过程，提升实际施工经验。

方法包括：扭转加压装置、空气加压装置、盾构推进装置、模型试验箱、测量装置和计算机；

S1：根据需要模拟地层信息，设置泥水盾构岩溶区开挖装置；

S2：将模拟地层加入模型试验箱，同时在模拟地层中放置模型溶洞，并在模拟地层中埋置测量装置；

S3：安装扭转加压装置，施加压力，以此模拟地下应力影响；

S4：安装空气加压装置，施加压力，以此模拟地下水压影响；

S5：将盾构推进装置外筒嵌入模型试验箱内部，将盾构推进装置的刀盘与模拟地层接触，打开盾构推进装置的电动机开关，使盾构推进装置保持恒定速度向前推进，模拟盾构隧道开挖；

S6：将测量装置与计算机相连，计算机获取测量装置检测的地下应力和地下水压，还获取盾构推进装置盾构推进距离，并获取推进杆推力与刀盘的变化数据；

S7：根据地下应力、地下水压以及推进杆推力与刀盘的变化数据，预测盾构推进装置前方溶洞的位置。

进一步需要说明的是，盾构推进装置的推进杆上安装有速度传感器，速度传感器检测推进杆的速度；

推进杆的刀盘的转轴位置设有转速传感器，转速传感器(16)检测刀盘的转速；

计算机分别获取推进杆的速度以及刀盘的转速。

进一步需要说明的是，计算机通过下述公式得到力、扭矩与功率的关系：

P(t)＝F(t)×V(t)

通过测量速度与转速值，推导出盾构推进时，推力(F)与扭矩(T)的变化值，建立相应的推力(F)与时间(t)以及扭矩(T)与时间(t)的变化关系；

通过对速度(V)—时间(t)进行积分，得到位移(X)—时间(t)关系，求得推力(F)与位移(X)、扭矩(T)与位移(X)的相关关系。