[发明专利]一种盾尾水力击穿实验装置及方法

说明书

本发明提供了一种盾尾水力击穿实验装置及方法。该装置包括：将盾尾刷通过螺栓与钢板容器连接，高压氮气瓶与钢板容器通过输气管路连接，电缸固定在反力架上的钢板上，电缸的电动推杆前端与压力传感器、显示器和钢板固定连接；通过高压氮气瓶上的压力控制阀向钢板容器内输入氮气，通过氮气对钢板容器内的水土、浆液和密封油脂加压，挤压盾尾刷，电缸电动推杆的顶出距离控制所述盾尾刷的压紧量，显示器显示压力传感器测量出的盾尾刷的压紧力，通过有机玻璃观察盾尾刷底部的油脂、水土、浆液的渗漏喷涌现象发展过程。本发明可以模拟实际工作状态下盾尾密封的工作状态，进行盾尾刷不同压紧量下的盾尾渗漏喷涌扩展时临界油脂压力的测定。

技术领域

本发明涉及盾构技术领域，尤其涉及一种盾尾水力击穿实验装置及方法。

背景技术

盾构法施工以其安全、高效的特点，已成为当今城市地铁隧道工程中一种主要的施工方法。盾尾密封系统作为盾构机最为重要的密封系统之一，是保证盾构施工顺利进行的重要组成部分，而盾尾刷的性能高低直接决定盾尾密封系统的安全性。

由于盾尾刷的循环拉压下的疲劳和随着盾构掘进距离的增加造成盾尾刷的磨损，使得盾尾容易发生油脂、浆液和土水的渗漏喷涌现象，影响盾构施工安全、质量和进度。目前，现有技术实际工程中出现盾尾泄露的情况，往往通过增大油脂注入量，更换盾尾刷的措施进行补救，行业内还没有切实有效的模拟真实施工条件的盾尾渗漏喷涌的扩展试验，无法对盾尾刷密封失效提供针对性的建议。

目前，现有技术关于盾尾刷性能的试验研究大多局限于仅对盾尾刷进行的磨损试验和疲劳试验，未考虑油脂、浆液、土水多相作用下盾尾刷的力学性能试验。

发明内容

本发明的实施例提供了一种盾尾水力击穿实验装置及方法，以实现真实地模拟盾构掘进过程中盾尾密封失效的扩展机理。

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，提供了一种盾尾水力击穿实验装置，包括：高压氮气瓶、钢板容器、输气管路、反力架、有机玻璃、压力传感器、显示器、盾尾刷和电缸；

所述盾尾刷通过螺栓与所述钢板容器连接，所述高压氮气瓶与所述钢板容器通过输气管路连接，所述电缸固定在反力架上的钢板上，所述电缸的电动推杆前端与压力传感器、显示器和挤压盾尾刷的钢板固定连接；

通过所述高压氮气瓶上的压力控制阀向钢板容器内输入氮气，通过氮气对钢板容器内的水土、浆液和密封油脂加压，挤压盾尾刷，所述电缸电动推杆的顶出距离控制所述盾尾刷的压紧量，所述压力传感器测量盾尾刷的压紧力，显示器显示压力传感器测量出的盾尾刷的压紧力；

通过有机玻璃观察盾尾刷底部的油脂、水土、浆液的渗漏喷涌现象发展过程。

优选地，在钢板容器的下方设置接收槽，通过接收槽接收试验过程中钢板容器中渗漏出的油脂和浆液，所述钢板容器顶部的盖板开两个孔连接输气管路和气压表，通过气压表记录钢板容器内的压力值。

优选地，所述反力架的组成包括两个门式刚架通过纵向的三块钢板连接，所述反力架与所述钢板容器之间通过四块截面尺寸相等的钢板连接，所述钢板的两端均通过螺栓分别与反力架立柱和钢板容器连接。

优选地，所述钢板容器包括三面钢板与一面有机玻璃板，钢板容器的前侧板为有机玻璃板，左侧钢板为上下两块短钢板通过弯折部分的螺栓连接，右侧钢板的左右两面用螺栓分别与反力架和盾尾刷连接，所述钢板容器的左侧下部的短钢板连接电缸推杆，上部钢板待下部钢板移动结束后再通过螺栓固定于下部钢板。

优选地，所述电缸通过螺栓固定在反力架左侧的第三块钢板上，所述钢板容器左侧下部短钢板与压力传感器、电缸及反力架构成固定体系，该固定体系在电缸推杆的移动方向前后移动。