[发明专利]可视化的高水压盾构模型掘进试验装置和方法

说明书

本发明实施例提供了一种可视化的高水压盾构模型掘进试验装置和方法。该装置包括：可视化地质环境模拟装置、水压加载系统、泥水循环处理系统、盾构模型机、数据监测系统和总控台，可视化地质环境模拟装置的上部连接水压加载系统，一侧设置可视窗口，并设置盾构模型机始发操作孔，盾构模型机内设置数据监测系统；盾构模型机在总控台的控制下向前掘进，并利用水压加载系统模拟高水压环境，透明土材料模拟地质环境，数据监测系统记录掘进参数变化、泥水舱压力变化等情况。本发明实现了高水压条件泥水盾构掘进过程的可视化，以及对掘进参数、泥水压力和刀盘受力等数据的监测，可有效的对开挖面稳定、刀具磨损、泥水劈裂等问题进行研究。

技术领域

本发明涉及越江海隧道工程技术领域，尤其涉及一种可视化的高水压盾构模型掘进试验装置和方法。

背景技术

目前，在工程领域，隧道建设如火如荼，城市市政轨道交通、越江跨海交通干线建设方兴未艾。对地铁隧道、公路隧道需求量越来越大，而建设者所面临的施工环境也日趋复杂，盾构法施工成为复杂地质条件下最理想的施工方式。

以琼州海峡隧道为技术背景，盾构隧道建设面临诸多挑战。目前国内许多学者针对盾构机的掘进环境进行过一些模拟试验，有现场试验也有模型试验和数值模拟，但对于实现盾构掘进过程机——土相互作用的可视化目前还未有先例，可视化功能对于越江海盾构隧道中诸多重难点问题(如高水压条件下开挖面稳定、盾构掘进姿态、刀具磨损、泥水劈裂等)的研究具有很重要的作用，可对掘进过程进行直观的认识和理解，并且可获得较为精确的数据，有利于科学研究。

现有技术中的试验装置都不能实现记录盾构机掘进过程的掌子面土体甚至盾构前方土体的动态变化；因其操作复杂，成本投入巨大，试验装置密封性、安全性要求极高。针对盾构掘进可视化环境的模拟难题，有必要设计一种可视化的高水压盾构模型掘进试验装置。

发明内容

本发明的实施例提供了一种可视化的高水压盾构模型掘进试验装置和方法，以解决上述背景技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明的一方面，提供了一种可视化的高水压盾构模型掘进试验装置。

本发明的实施例提供的一种可视化的高水压盾构模型掘进试验装置，其特征在于，该装置包括：可视化地质环境模拟装置、水压加载系统、盾构模型机和总控台，所述总控台与所述盾构模型机连接，所述盾构模型机伸入所述可视化地质环境模拟装置内，所述水压加载系统与所述可视化地质环境模拟装置连接；

所述水压加载系统向所述可视化地质环境模拟装置内供水，形成高水压环境，在所述总控台的控制作用下，所述盾构模型机在所述可视化地质环境模拟装置内进行掘进运动。

优选地，该装置还包括：泥水循环处理系统和数据监测系统，所述泥水循环处理系统与所述盾构模型机连接，所述数据监测系统与所述总控台连接，并置于所述可视化地质环境模拟装置和所述盾构模型机内。

优选地，所述泥水循环处理系统与所述盾构模型机的输泥管路系统连接，置于所述可视化地质环境模拟装置的外部，用于模拟盾构机的泥水循环过程。

优选地，所述数据监测系统，包括：水压监测系统、泥水舱压力监测系统、管片压力监测系统和刀盘无线监测系统，所述水压监测系统与所述可视化地质环境模拟装置连接，所述泥水舱压力监测系统、管片压力监测系统和刀盘无线监测系统置于所述盾构模型机的泥水舱内；

所述水压监测系统包括：3个压力表，分别均匀设置于所述可视化地质环境模拟装置的上部，用于对所述可视化地质环境模拟装置的内部水压力进行监测；

所述泥水舱压力监测系统包括：8个无线传感器，分别均匀设置于所述盾构模型机的泥水舱板上，用于采集所述泥水舱中的压力数据，对所述泥水舱的压力进行监测；