[发明专利]评价盾构刀盘与土体交互作用及土体改良效果的装置

说明书

本发明涉及一种评价盾构刀盘与土体交互作用及土体改良效果的装置，包括主体机构、加载机构、刀盘驱动机构、搅拌装置、传感装置和控制器；主体机构包括土箱，土箱的筒壁两端分别是固定连接的密封隔板和滑动连接的加圧板；加载机构与加圧板连接，带动加圧板沿筒壁前后滑动；刀盘驱动机构包括刀盘、传动轴和驱动电机，刀盘设于土箱内，驱动电机通过传动轴用于带动刀盘转动。与现有技术相比，本发明考虑盾构与土体的交互作用，可以更换土体和盾构刀盘、刀具类型，真实的还原盾构刀盘的工作环境，为渣土改良参数和盾构选型的确定提供更合理的依据，更好的指导工程实践，以保证盾构安全平稳的完成掘进工作。

技术领域

本发明涉及隧道工程领域，尤其是涉及一种评价盾构刀盘与土体交互作用及土体改良效果的装置。

背景技术

在隧道施工中，盾构法得到了广泛应用，但是，盾构施工过程中对周围土层存在扰动，不可避免地会引起周围土体的变形，影响安全。为保证土压平衡盾构能够高效平稳的开挖隧道，需要使得土压平衡盾构对其所开挖地层具有很好的适应性，现有技术中，一般从盾构选型与渣土改良两方面着手，通过选择合适的盾构类型以及对渣土进行改良，来提高盾构对土体的适应性。

在实际工程中，通常根据施工人员的经验确定盾构刀盘类型、刀具及搅拌棒布置方式，缺乏理论层面的选型依据，也没有充分考虑施工介质的性质，使得盾构施工时往往会出现刀盘结泥饼、土舱堵塞、刀具磨损过快等现象，盾构刀盘与土体的动态交互作用不够好。

而在渣土改良方面，通常是在施工前开展室内试验来测试改良渣土的性能。目前，渣土改良室内试验以坍落度试验为主，主要存在两个问题，其一，坍落度试验对改良土性能的评价指标相对单一，不能全方面综合的评价渣土改良效果；其二，在实际施工时，渣土的流动性与刀盘及土舱内部结构有很大的关系，通过坍落度试验优化出的改良土虽然具有良好的流动性，但不能保证其能很好的适用于选定的盾构。

现有的盾构选型及渣土改良研究工作是独立的，都忽略了盾构与土体的交互作用，实际上盾构选型与渣土改良是密切相关的，因此，如何找到合适的盾构选型及改良渣土，并使盾构与改良渣土相适应，以保证盾构安全平稳的完成掘进工作是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种评价盾构刀盘与土体交互作用及土体改良效果的装置，考虑盾构与土体的交互作用，可以更换土体和盾构类型，真实的还原盾构刀盘的工作环境，为渣土改良参数和盾构选型的确定提供更合理的依据，更好的指导工程实践，能够在施工前优化渣土改良参数及盾构结构，为盾构选型和渣土改良工作提供参考，以保证盾构安全平稳的完成掘进工作。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种评价盾构刀盘与土体交互作用及土体改良效果的装置，包括主体机构、加载机构、刀盘驱动机构、搅拌装置、传感装置和控制器；

所述主体机构包括土箱，所述土箱的一个端面设有与土箱的筒壁固定连接的密封隔板，土箱的另一个端面设有与土箱的筒壁滑动连接的加圧板；

所述加载机构与加圧板连接，用于带动所述加圧板沿土箱的筒壁前后滑动；

所述刀盘驱动机构包括刀盘、传动轴和驱动电机，所述刀盘设于土箱内，所述传动轴贯穿密封隔板，传动轴分别与刀盘和驱动电机连接，所述驱动电机用于带动刀盘转动，所述刀盘上活动安装有多个刀具；

所述搅拌装置包括主动搅拌机构和被动搅拌机构，主动搅拌机构包括安装在刀盘上的主动搅拌棒，被动搅拌机构包括安装在密封隔板上的被动搅拌棒；

所述传感装置包括扭矩传感器、可视化自感知探测器和土仓压力传感器，所述扭矩传感器用于测量驱动电机的扭矩和转速，所述可视化自感知探测器用于测量刀盘在土箱内的切削扰动范围，所述土仓压力传感器用于测量土箱内部的压力值；

所述控制器分别与加载机构、驱动电机和传感装置通信连接。