[发明专利]一种模拟盾构刀盘泥饼形成装置

说明书

本发明提出一种模拟盾构刀盘泥饼形成装置，包括驱动电机及传感器组、支撑架、进泥管、透明筒壁、底板、千斤顶、加固板、操作平台、驱动主轴、弹簧杆、刀盘、加热装置、金属探针、底座盖，透明筒壁为圆柱形桶状，竖直的固定在底板上，其一端设有刀盘，另一端设有可开闭的底座盖，底座盖下端有千斤顶提供反力，刀盘由驱动主轴驱动，驱动主轴上设有传感器组，加热装置对刀盘加热，金属探针上设有预紧力。模拟试验时土体从进泥管加入，刀盘加热后开始向下旋转模拟刀盘掘进，金属探针受力超过预紧力时缩回，证明泥饼已经形成。本发明能够直观的模拟刀盘结泥饼的过程，并为研究刀盘泥饼成形与刀盘的温度、压力、加压时间之间的关系创造了条件。

技术领域

本发明属于地下工程盾构模型试验技术领域，尤其是一种模拟盾构刀盘泥饼形成装置。

背景技术

随着现代化的发展，地下工程的建设成了城市建设的焦点，这对隧道建设的质量和数量上都提出了更高的要求。目前盾构机被广泛应用到地下隧道建设中并取得了良好的经济效益和社会效益，但盾构掘进通过的地质条件复杂，盾构机在某些粘土及粉土含量较大的地层中，掘进的刀盘极易产生泥饼，导致刀盘的切削能力变弱，泥饼还会阻碍渣土的排出，对盾构掘进施工造成了巨大的经济损失。

为了解决上述问题，需要针对刀盘结泥饼现象进行研究，了解泥饼的成形过程及外界条件对其的影响。但由于盾构施工工作环境恶劣，人员难以通行，无法在现场进行试验，因此只能通过室内试验来模拟盾构刀盘泥饼形成的过程，从而对泥饼形成的因素及预防处理方法进行研究。

学者们针对结泥饼现象进行了很多研究，也搭建了许多试验装置，但基本都限于对不同土样进行室内测试从而判别其结泥饼的可能性，或是仅考虑压力对泥饼形成的影响，而没有综合考虑刀盘温度、刀盘转速、刀盘压力及作用时间等参数对泥饼成形的影响。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种模拟盾构刀盘泥饼形成装置，可以模拟盾构刀盘在土体中掘进时泥饼的成形过程，试验装置能调整刀盘的温度、刀盘转速、施加压力大小和刀盘作用时间，直管观察不同掘进情况下泥饼的产生过程，通过金属探针的是否缩回判断泥饼的成形程度，从而为研究泥饼的成形机理、成形原因、预防方法、处理手段等创造试验条件。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种模拟盾构刀盘泥饼形成装置，其包括驱动电机及传感器组、支撑架、进泥管、透明筒壁、底板、千斤顶、加固板、操作平台、驱动主轴、弹簧杆、刀盘、加热装置、金属探针、底座盖，透明筒壁为圆柱形桶状，竖直固定在底板上，其一端设有刀盘，另一端设有可开闭的底座盖，底座盖下端有千斤顶提供反力，刀盘由驱动主轴驱动，驱动主轴上设有传感器组，加热装置对刀盘加热，金属探针上设有预紧力；模拟试验时土体从进泥管加入，刀盘加热后开始向下旋转模拟刀盘掘进，金属探针受力超过预紧力时缩回，证明泥饼已经形成；传感器组监测刀盘温度、压力、挤压时间、土体强度、土体厚度等参数。

进一步的，所述透明筒壁与支架之间固定有加固板，所述透明筒壁在加固板之上，所述底座盖、底板及千斤顶在加固板之下。

更进一步的，所述透明筒壁上刻有高度刻度。

更进一步的，所述刀盘通过刀盘连接螺栓与驱动主轴固定连接。

更进一步的，所述驱动电机安装在模拟刀盘上方的操作平台上。

更进一步的，所述传感器组、计时器固定在模拟刀盘上方的操作平台上，计时器、传感器、驱动电机之间的输入输出相连接。

更进一步的，所述传感器组包括轴力传感器、扭矩传感器、转速传感器、温度传感器和功率传感器。

一种模拟盾构刀盘泥饼形成装置的试验方法，步骤如下：

步骤1：将试验装置竖直放置在水平地面上，打开进泥管根据壁面上尺度指示放入试验土体后关闭进泥管；