[实用新型]一种泥水盾构室内模拟掘进装置

说明书

本实用新型公开了一种泥水盾构室内模拟掘进装置，该装置包括地层模型箱、盾构掘进系统、泥水环流系统，以及监测系统、控制系统、动力系统；可通过对模型箱地层施加顶推力及气压调节，实现不同的地质情况模拟；通过缩尺泥水盾构的掘进及泥水环流模拟，得到不同的泥浆及施工参数对开挖面稳定的影响，泥膜的形成规律和泥浆的渗透范围等。该发明适用地质情况广泛，对泥水盾构的动态掘进模拟全面，可对地层进行多角度的监测，试验结果可以为现场开挖面的稳定、掘进参数及泥浆配比提供技术支持。

技术领域

本实用新型涉及一种泥水盾构室内模拟掘进装置，涉及地铁、铁路、公路、市政、水电管路修建等领域，适用于高水压、复杂地质条件下的泥水平衡盾构施工的室内模拟。

背景技术

泥水盾构又称泥水加压平衡盾构，可用于大断面复杂地层条件及富水地层隧道掘进施工，地质适应性强，因此近年来得到了广泛的应用。泥水盾构通过密封舱的压力泥浆来维持开挖面的稳定，当泥浆渗入前方地层并形成渗透性很小的泥膜，泥水压力就可以通过泥膜有效的作用于开挖面，以地层水土压力的动态平衡，保证开挖面的稳定。

由于泥水平衡盾构施工的地质环境复杂多变，当施工参数没有及时调整至与地质条件相适应时，会由于泥土仓压力过大、泥水配比不当、掘进参数设置不当等造成开挖面失稳、地层位移过大、地表冒浆等事故，带来严重的经济损失。因此，针对高水压、复杂地质条件，有必要设计一套室内泥水盾构掘进模拟系统，为泥水平衡盾构提供技术指导。

目前已有学者对泥水盾构掘进进行了室内模拟试验，但是可以模拟的复杂地质情况有限，对仅通过地层模型箱的加气装置难以模拟不同水深及覆土厚度下盾构的掘进情况；泥浆室的泥水压力通过土压计测量，缺乏稳压装置；泥浆环流系统简单，容易出现堵管现象，影响试验的连续性；地层监测较为单一，无法进行泥浆在地层中渗透过程的动态整体观察。

实用新型内容

针对现有的泥水盾构模拟掘进装置的不足，本实用新型提供了一种泥水盾构室内模拟掘进装置，其目的在于实现对泥水盾构的掘进施工的不同复杂地质工况模拟，扩大装置的适用范围；实现开挖面泥水压力的动态调节，使得对开挖面和泥浆渗透的模拟更符合工程实际；解决泥浆循环管路堵管问题，提高试验的连续性，为现场解决施工问题提供技术支持；实现对土体的动态监测、整体观察，得到全面可靠的数据，为施工参数的设置提供依据。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的的技术方案是：一种泥水盾构室内模拟掘进装置，它包括地层模型箱，延伸至地层模型箱内的盾壳，以及安装在盾壳伸入至地层模型箱一端的刀盘；所述地层模型箱的顶部以倒置的方式垂直安装有千斤顶a，所述千斤顶a的伸缩杆端伸入至地层模型箱内，且千斤顶a的伸缩杆下端水平吊装有平面尺寸与地层模型箱内腔相配合的带孔钢板，在带孔钢板下面的地层模型箱内充装有土质；所述刀盘的后端安装有用于驱动刀盘转动的液压马达，所述液压马达的后端与水平设置在反力墙上的千斤顶b的伸缩杆相连；在所述刀盘后方的盾壳内分别设置有密闭的泥浆室和用来稳定泥浆室压力的气压室；所述气压室通过管路与气压调节系统b相连通，所述泥浆室分别通过进泥管和出泥管分别与泥浆槽a和泥浆槽b相连通。

进一步的，本实用新型所述地层模型箱的顶部设置有用于向地层模型箱内加水的密封盖；所述地层模型箱的上盖通过管路连通有用于向带孔钢板上方的地层模型箱内充气的气压调节系统a。

进一步的，本实用新型在位于所述地层模型箱内的底部设置有冷冻循环管路，所述冷冻循环管路通过地层模型箱底部设置的冻结设备接口与冷却设备相连接。

进一步的，本实用新型所述进泥管从泥浆槽a通过泥浆泵a连出，出泥管通过泥浆泵b连入泥浆槽b，泥浆槽a与泥浆槽b之间通过连接管路相连通。

进一步的，本实用新型所述泥浆泵a与泥浆泵b均双向可调，泥浆循环管路可进行逆向冲刷，每个泥浆槽可进行自循环清洗。

进一步的，所述土体内周围埋设有土压力盒、孔压计以及位移计。