[发明专利]盾构刀具对软土中孤石和硬岩凸起可掘性判别装置及方法

权利要求书

1.盾构刀具对软土中孤石和硬岩凸起可掘性判别装置，其特征在于：包括试件箱、顶部反力板、弹簧、压力板、刀具、刀架、顶推机构和刀具动力机构，所述试件箱正面开设有切削口，所述试件箱的内腔中放置有岩石试件、填充介质和低强度素混凝土墙，所述低强度素混凝土墙抵在切削口上，所述岩石试件位于所述低强度素混凝土墙的后方，所述填充介质填充在内腔内壁与岩石试件、低强度素混凝土墙之间，所述内腔上方设置有压力板，所述压力板压在填充介质上，所述压力板通过弹簧与顶部反力板连接，所述顶部反力板与所述试件箱连接，所述试件箱与顶推机构连接，所述刀架设置在刀具动力机构上，所述刀架正对所述切削口，其上设置有刀具；

所述岩石试件模拟孤石时，所述填充介质采用砂料；所述岩石试件模拟硬岩凸起时，所述填充介质采用砂浆。

2.如权利要求1所述的盾构刀具对软土中孤石和硬岩凸起可掘性判别装置，其特征在于：所述刀架上布置有刀间距分别为0.85m、0.95m、1.05m和1.20m的多组所述刀具。

3.如权利要求1所述的盾构刀具对软土中孤石和硬岩凸起可掘性判别装置，其特征在于：所述顶推机构包括顶推系统、反力墙、减阻滚轴和导向杆，所述反力墙成L型，所述试件箱的背面通过顶推系统与反力墙连接，所述试件箱的底面与反力墙间设置有减阻滚轴，所述反力墙上固定有导向杆，所述导向杆贯穿所述试件箱。

4.如权利要求1所述的盾构刀具对软土中孤石和硬岩凸起可掘性判别装置，其特征在于：刀具动力机构包括止推梁柱、扭矩电机和台座，所述台座上固定有止推梁柱、扭矩电机，所述扭矩电机的传动轴贯穿止推梁柱，并与刀架连接。

5.一种使用权利要求1-4中任一所述盾构刀具对软土中孤石和硬岩凸起可掘性判别装置的盾构刀具对软土中孤石可掘性判别方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：在试件箱内腔的底部铺设砂料；将模拟孤石的岩石试件放入砂料上，并靠近试件箱的切削口处；在岩石试件与切削口之间浇筑低强度素混凝土墙；

S2：将试件箱内腔的剩余空间用砂料填充满，盖上压力板；调节顶部反力板的位置，压缩弹簧，模拟孤石所受的上部土压力；

S3：顶推系统顶推试件箱，试件箱朝刀具方向移动；同时启动扭矩电机，带动传动轴使刀架转动，刀具跟随转动，刀具切削岩石试件；

S4：监测岩石试件掘进切削速度、刀具贯入岩石试件的深度、不同间隔的各组刀具受力大小、压力板是否被顶起；当岩石试件掘进切削速度大于6mm/min、刀具贯入岩石试件的深度小于13mm、刀具受力小于自身承载力设计值的85%、压力板未被顶起、切削下来的岩渣厚度以3cm-5cm为主时，判断：刀具布置合理、岩石试件属可掘性孤石。

6.一种使用权利要求1-4中任一所述盾构刀具对软土中孤石和硬岩凸起可掘性判别装置的盾构刀具对软土中硬岩凸起可掘性判别方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：在试件箱内腔的底部铺设砂浆；将模拟硬岩凸起的岩石试件放入砂浆上，并靠近试件箱的切削口处；在岩石试件与切削口之间浇筑低强度素混凝土墙；

S2：将试件箱内腔的剩余空间用砂浆填充满；

S3：顶推系统顶推试件箱，试件箱朝刀具方向移动；同时启动扭矩电机，带动传动轴使刀架转动，刀具跟随转动，刀具切削岩石试件；

S4：监测岩石试件掘进切削速度、刀具贯入岩石试件的深度、不同间隔的各组刀具受力大小；当岩石试件掘进切削速度大于6mm/min、刀具贯入岩石试件的深度小于13mm、刀具受力小于自身承载力设计值的85%、切削下来的岩渣厚度以3cm-5cm为主时，判断：刀具布置合理、岩石试件属可掘性硬岩凸起。