[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

说明书

本发明公开了一种刀具独立测温的盾构模型试验刀盘与测试方法，由单刃滚刀单元、双刃滚刀单元、刮刀单元、边缘刮刀单元、辐条I(II)、刀盘面板共同构成，滚刀单元沿辐条I的中线布置，刮刀单元沿辐条I(II)的边线布置，每个滚刀单元、刮刀单元通过隔热橡胶隔绝其与周围结构的温度传递，保持各单元温度的独立变化，每个滚刀单元和刮刀单元内置温度传感器，实现刀具温度独立测试功能，有效解决模型试验刀盘因尺寸限制导致温度快速趋同而无法独立测温的问题，确定各刀具切削土体的贡献比例，刀盘上刀具独立测温是判定在富黏地层中施工时，盾构机刀具是否结泥饼、泥饼位置分布及硬结程度的一种有效手段。

技术领域

本发明属于掘进机械技术领域，涉及一种刀具独立测温的盾构模型试验刀盘与测试方法。

背景技术

盾构法施工由于掘进速度快、安全性能高、沉降利于控制、对周边环境影响小的特点，广泛应用于城市隧道施工。盾构机在富含黏土的地层中施工，被切削下来的破碎土体容易黏结在刀具表面，随着推进距离的增加，刀具表面黏结的土体不断迁移和加厚，在高温高压作用下，最终形成硬结的泥饼，导致刀具被裹住，甚至刀盘困死，造成掘进速度急剧下降。这个过程中，包裹着泥饼的刀具在掌子面的挤压、摩擦作用下产生巨大的热量，造成滚刀偏磨、刀具温度过高，引起刀盘轴承密封圈失效，危及开挖面稳定和施工安全；因此，必须在盾构掘进过程中跟踪确定刀具表面泥饼的形成和硬结程度，才能及时采取有效措施对泥饼进行针对性的去除。

目前，国内已有盾构掘进模型试验和刀盘表面结泥饼等相关研究，例如，徐前卫在其论文《砂土地层盾构法施工的地层适应性模型试验研究》中，开展了室内盾构模型试验研究，谭青在其论文《泥饼工况下盾构刀盘热-力耦合分析》中，研究了温度对刀盘的影响数值分析研究，这些研究没有涉及到室内盾构掘进模型试验刀具独立测温的问题。但是，室内盾构掘进模型试验刀盘一般尺寸较小，刀盘金属结构间传热较快，各个刀具和刀盘结构温度迅速趋同，制约了根据刀具的温度分布判定不同位置和不同朝向的刀具对切削土体的贡献，也无法根据温度分布判定刀盘是否结泥饼、泥饼的分布位置及泥饼的硬结程度，从而影响对盾构刀盘结泥饼内在机理的研究，无法追踪不同刀具的温度分布及差异性规律。

为克服上述不足，本发明提出一种刀具独立测温的盾构模型试验刀盘，分析刀盘不同区域的温度变化规律，追踪盾构掘进过程中的各个刀具的温度变化，探明各个刀具在切土过程中的贡献比例，从而为刀盘泥饼的形成机制提供有效分析依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种刀具独立测温的盾构模型试验刀盘与测试方法，解决模型试验刀盘因尺寸限制导致温度快速趋同而无法独立测温的问题，确定各刀具在切削土体过程中的贡献比例，其具有对刀具温度实时测定温度分布及增长规律的优点，可以应用在揭示刀盘泥饼形成机理和构建泥饼增长模型研究的科研领域。

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、双刃滚刀单元、刮刀、边缘刮刀、测温单元、辐条I、辐条II、刀盘面板共同构成；

滚刀单元沿辐条I的中线布置，刮刀单元沿辐条I(II)的边线布置，每个滚刀单元和刮刀单元通过隔热橡胶隔绝其与周围结构的温度传递，保持各单元温度的独立变化，各单元内置温度传感器，实现刀刀具独立测温功能，有效解决模型试验刀盘因尺寸限制导致温度快速趋同而无法独立测温的问题，确定各刀具在切削土体过程中的贡献比例。

所述的刀具独立测温的盾构模型试验刀盘，其特征在于，刀盘直径为60-70cm，辐条I、辐条II的宽度为10-12cm，刀盘面板中心角为50°(±5°)，单刃滚刀单元的尺寸为长5-6cm、宽4-5cm，双刃滚刀单元尺寸为长6-7cm、宽5-6cm，刮刀单元的尺寸为长1.5-2cm、宽1-1.5cm，边缘刮刀单元的尺寸为长3-4cm、宽1-1.5cm。

所述的刀具独立测温的盾构模型试验刀盘，其特征在于，所述单刃滚刀单元由矩形隔热橡胶槽、矩形金属槽、单刃滚刀和温度传感器共同构成；