[发明专利]一种刀具独立测温的盾构模型试验刀盘与测试方法

权利要求书

1.一种刀具独立测温的盾构模型试验刀盘，其特征在于，由单刃滚刀单元(1)、双刃滚刀单元(2)、刮刀单元(3)、边缘刮刀单元(4)、辐条I(5)、辐条II(6)、刀盘面板(7)共同构成；

所述单刃滚刀单元(1)和双刃滚刀单元(2)沿辐条I(5)的中线布置，所述单刃滚刀单元(1)用螺栓(8)固定在辐条I(5)的矩形孔(9)中，所述双刃滚刀单元(2)用螺栓(8)固定在辐条I(6)的矩形孔(10)中；

所述刮刀单元(3)和边缘刮刀单元(4)沿辐条I(5)、辐条II(6)的边线布置，用螺栓(8)固定在辐条I(5)、辐条II(6)两侧；

所述每个单刃滚刀单元(1)、双刃滚刀单元(2)、刮刀单元(3)、边缘刮刀单元(4)和测温单元(5)通过隔热橡胶隔绝其与周围刀盘结构的温度传递，保持各单元温度的独立变化，各单元内置温度传感器(11)，实现刀具独立测温的功能。

2.根据权利要求1所述的刀具独立测温的盾构模型试验刀盘，其特征在于，所述单刃滚刀单元(1)由矩形隔热橡胶槽(15)、矩形金属槽(16)、单刃滚刀(17)和温度传感器(11)共同构成；

所述双刃滚刀单元(2)由矩形隔热橡胶槽(15)、矩形金属槽(16)、双刃滚刀(18)和温度传感器(11)共同构成；

单刃滚刀(17)和双刃滚刀(18)通过转轴固定于矩形金属槽(16)中，矩形金属槽(16)通过强力胶固定于矩形隔热橡胶槽(15)中，矩形隔热橡胶槽(15)通过螺栓(8)固定在辐条I(5)的矩形孔(10)中；

矩形金属槽(16)的底面中心处设置温度传感器(11)，温度传感器(11)通过导线与数据采集仪连接，用于测定单刃滚刀(17)和双刃滚刀(18)在试验过程中的温度变化；

所述单刃滚刀单元(1)和双刃滚刀单元(2)通过矩形隔热橡胶槽(15)隔绝了其与周围刀盘结构间温度的相互传递，保持各个单元温度的独立变化。

3.根据权利要求1所述的刀具独立测温的盾构模型试验刀盘，其特征在于，所述刮刀单元(3)由金属刀头(12)、隔热橡胶底座(14)和温度传感器(11)共同构成；

所述边缘刮刀单元(4)由金属刀头(13)、隔热橡胶底座(14)和温度传感器(11)共同构成；

金属刀头(12)和(13)内置温度传感器(11)，温度传感器(11)通过导线与数据采集仪连接，用于测定金属刀头(12)和(13)在试验过程中的温度变化；

所述刮刀单元(3)和边缘刮刀单元(4)通过隔热橡胶底座(14)隔绝了其与周围刀盘结构间温度的相互传递，保持各个单元温度的独立变化。

4.一种刀具独立测温的盾构模型试验测试方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的刀具独立测温的盾构模型试验刀盘在富黏地层中开展盾构施工模型试验，具体步骤如下：

1)在试验土箱中按照一定的配比制备试验用富黏地层，将所述的刀具独立测温的盾构模型试验刀盘压入到地层中，设定刀盘推进力、转速和转向，让刀具切削土体，在试验过程中实时测定各个刀具关键位置的温度分布；

2)在盾构刀盘掘进模型试验中，单刃滚刀单元(1)和双刃滚刀单元(2)可能处于正常滚动阶段、开始结泥饼至卡死阶段和卡死后摩擦稳定阶段等3个不同阶段；根据单刃滚刀单元(1)和双刃滚刀单元(2)的温度随时间的变化曲线，可以确定滚刀所处的阶段，用于判定盾构在富黏地层中施工，滚刀是否会结泥饼以及滚刀结泥饼的程度。

3)在盾构刀盘掘进模型试验中，刮刀单元(3)和边缘刮刀单元(4)沿辐条I、辐条II的边线布置，两侧的刀头朝向不同，一侧与刀盘转动方向相同(正向)，一侧与刀盘转动方向相反(背向)，各个刮刀在切削土体过程的贡献不同，因摩擦造成的升温快慢不同；根据刮刀单元(3)和边缘刮刀单元(4)的温度随时间的变化曲线，可以确定不同位置和不同朝向的刮刀在切削土体过程的贡献比例。