[发明专利]一种盾构土仓流动渣土性状智能化测评方法及装置

说明书

一种盾构土仓流动渣土性状测评方法，在盾构土仓内设置辅助装置，感测该辅助装置在不同的流动渣土性状下所受的阻抗扭矩变化规律，并以此建立扭矩变化规律与流动渣土性状的关系；进行实际测评时，感测该辅助装置所受的阻抗扭矩；通过扭矩的幅值和变化量规律来确定盾构土仓内运动渣土性状，若扭矩的幅值和变化量均较小，则判定运动渣土呈理想流塑状态。一种盾构土仓流动渣土性状智能化测评装置，由剪切板机械部分、保护罩部分、剪切扭矩测试部分和驱动部分等四部分组成。本发明能实时测试出土仓关键区域的渣土性态，对不良性态的渣土通过就近的渣土改良孔改善特性，从而实时保持土仓内理想的渣土性态，最终保障了盾构开挖面动态平衡。

技术领域

本发明属于盾构装备制造领域，涉及盾构智能化装备，尤其是渣土性状测评装置。

背景技术

盾构掘进施工变形由掘进面、曲线盾体超挖和盾尾地层损失三部分组成。超挖可以通过控制下穿区的隧道线型和土层预加固得以克服，盾构地层损失已从材料领域研发出塑形浆体精准补偿地层损失，掘进面平衡传统上通过在开挖面施加与前方静止水土压力相近似平衡的支撑压力来控制，实测出的开挖面实际水平支撑压力分布多为矩形或类似矩形，不能完全适应地层水平向压力直角梯形式的分布模式，故传统开挖面平衡控制对一般工程能满足要求，但对于下穿铁路引发的变形不能忽略。

要实现盾构开挖面动态平衡，开挖面水平向压力分布的感知和调控是核心，通过研究表明，影响开挖面压力分布的要素中土仓内渣土理想性态的实时保持是关键，换言之，若渣土性态不佳，即使严格控制盾构施工参数也很难实现水平向支撑压力分布满足要求。

当前业界对盾构土仓内运动渣土性状测定主要依靠塌落筒法，即将盾构掘削系统中螺旋输送机排出的渣土运送到地面弃土坑后，取土样填入塌落筒后，通过竖直向上提升塌落筒，土样在大气环境及自重作用下的塌落程度来反馈渣土的屈服应力状态，以此来定性判别渣土的流塑性，近年来模拟土仓围压环境的竖向十字剪切板装置也被设计出来测试渣土的性状，其基本做法是将地面弃土坑中的渣土填入密闭的容器，并可以通过加气压或挤压作用，稳定渣土的围压状态，再通过竖向十字板剪切土样所获得的扭矩随时间的变化规律来推算渣土的关键性状。

现有土仓渣土性态的测评方法一方面无法针对渣土在土仓内运动过程中的性态来开展测试，另一方面即使从塌落度筒法过渡到竖向十字板剪切装置法，对盾构土仓实际复杂环境，如刀盘和螺旋输送机两个动边界的影响，也难以模拟。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向土仓实际环境的、能以物理接触方式实时测试土仓内运动渣土性状的装置，具体而言，该装置通过剪切板板头和土仓内渣土接触作用，借助动态扭矩传感器反馈扭矩出剪切板头所受的阻抗扭矩变化规律，并建立出扭矩变化规律和流动渣土性状的关系，该装置能实时测试出土仓关键区域的渣土性态，对不良性态的渣土通过就近的渣土改良孔改善特性，从而实时保持土仓内理想的渣土性态，最终保障了盾构开挖面动态平衡。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种盾构土仓流动渣土性状测评方法，在盾构土仓内需要进行测评的区域设置辅助装置，在土仓内装入渣土，该辅助装置与土仓内渣土接触作用，感测该辅助装置在不同的流动渣土性状下所受的阻抗扭矩变化规律，并以此建立扭矩变化规律与流动渣土性状的关系；

对具体工程项目的盾构土仓流动渣土进行实际测评时，感测该辅助装置所受的阻抗扭矩；

通过扭矩的幅值和变化量规律来确定盾构土仓内运动渣土性状，若扭矩的幅值和变化量均较小，则判定运动渣土呈理想流塑状态。

进一步，优选的，所述辅助装置采用剪切板头。

优选的，采用动态扭矩传感器感测反馈所述辅助装置所受的阻抗扭矩。