[发明专利]高水压多道盾尾刷动态密封失效涌水溃土实验平台和方法

说明书

本发明提供了一种高水压多道盾尾刷动态密封失效涌水溃土实验平台和方法。该装置包括：反力架、密封装置、动态滑移装置、固定钢板、压力传感器、电缸或油缸和油脂土水浆液加压系统；利用固定钢板连接密封装置与反力架的横梁，压力传感器与电缸或油缸连接，用于监测电缸或油缸推杆的顶推力；动态滑移装置通过前端连接反力架的电缸或油缸，实现水平移动模拟盾构机掘进时管片与盾尾刷之间的相对滑动；密封装置用于密封油脂土水浆液加压系统中的油脂注入口和浆料注入口，以形成盾尾所处的真实环境状态。本发明可以模拟真实环境下盾尾密封失效的过程，进而得出盾尾密封失效的原因与注浆压力、油脂压力、水土压力及盾尾刷压缩量之间的关系。

技术领域

本发明涉及盾构技术领域，尤其涉及一种高水压多道盾尾刷动态密封失效涌水溃土实验平台和方法。

背景技术

随着我国交通基础设施建设的不断发展，公路、铁路、地铁隧道的建设里程不断增加，盾构机的使用亦是越来越频繁，特别是近年来我国城市地下空间逐渐走向深层地下空间，盾构隧道逐渐趋向于高水压和深埋环境，盾尾密封系统不断遭遇挑战。

在现有的盾构施工的过程中，盾尾密封时常会发生密封效果不佳甚至密封失效的危险，导致涌水溃土、隧道坍塌的严重灾害，高水压深层空间的盾尾密封问题会更加严峻。

目前，现有技术中的盾尾密封试验装置的缺点包括：无法考虑多道盾尾刷的逐级密封条件，无法实现多道盾尾刷的动态密封，难以观测连续失效涌水溃土全过程。

发明内容

本发明的实施例提供了一种高水压多道盾尾刷动态密封失效涌水溃土实验平台和方法，以实现有效地模拟真实环境下盾尾密封失效的过程。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种高水压多道盾尾刷动态密封失效涌水溃土实验平台，包括：反力架、密封装置、动态滑移装置、固定钢板、压力传感器、电缸或油缸和油脂土水浆液加压系统；

利用所述固定钢板连接所述密封装置与所述反力架的横梁，所述压力传感器与电缸或油缸连接，用于监测电缸或油缸推杆的顶推力；

所述动态滑移装置通过前端连接反力架的电缸或油缸，实现水平移动模拟盾构机掘进时管片与盾尾刷之间的相对滑动；

所述密封装置用于密封油脂土水浆液加压系统中的油脂注入口和浆料注入口，以形成盾尾所处的真实环境状态。

优选地，所述实验平台还包括监测控制系统，该监测控制系统与电缸或油缸、油脂土水浆液加压系统以及压力传感器通过有线方式连接，通过监测控制系统控制电缸或油缸、油脂土水浆液加压系统以及压力传感器的运作。

优选地，所述密封装置包括三道以上盾尾刷、后盖板、顶部钢板、底部挤压板、有机玻璃板、长钢板和盾尾刷，所述盾尾刷通过螺栓连接顶部钢板，所述后盖板通过螺栓与上下左右侧长钢板或有机玻璃板连接，所述电缸或油缸的推杆前端用球形铰接的形式连接底部挤压板。

优选地，所述密封装置的底部挤压板与四部4电缸或油缸的推杆顶部设置成球形铰接形式，4电缸或油缸的推杆顶推挤压板并且挤压盾尾刷，模拟拼装管片挤压盾尾刷，通过下部四部4电缸或油缸不同的推进距离，模拟盾构调姿时盾尾刷的偏压状态。

优选地，所述动态滑移装置包括移动结构和固定在反力架上的水平传力电缸或油缸，实现盾构掘进时盾尾刷与管片之间的相对移动，为密封装置的底部挤压板与盾尾刷之间增加金属或混凝土板材。

优选地，在所述动态滑移装置上设定不同的粗糙表面。

优选地，通过球铰实现电缸或油缸的推杆与底部挤压板之间的转动连接。

优选地，所述油脂注入口、浆料注入口、水土注入口和氮气输入口分别用于油脂、浆液、水土和氮气的注入。