[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

说明书

本发明提供了盾构刀具对软土中孤石和硬岩凸起可掘性判别装置，包括试件箱等，试件箱正面开设有切削口，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，试件箱与顶推机构连接，正对切削口的刀架设置在刀具动力机构上，刀架上设置有刀具。以及可掘性判别方法，在试件箱内腔中放置岩石试件、切削口浇筑低强度素混凝土墙固定岩石试件；将试件箱内腔的剩余空间用填充介质填充满；刀具切削岩石试件；监测岩石试件掘进切削速度等；判断盾构刀具在软弱地层夹杂孤石或硬岩凸起等不利条件下的适应性。本发明能真实反映软土中孤石和硬岩凸起的受力和约束状态，并模拟盾构刀具的掘进切削，准确判别软土中孤石和硬岩凸起是否具有可掘性。

技术领域

本发明属于盾构隧道施工掘进技术领域，特别涉及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。

背景技术

我国山脉、河流、海湾众多，地质条件复杂多变，采用盾构法机械化修建地下隧道是基础设施建设的迫切需求，但是如何在夹杂高强度孤石和硬岩凸起软土探索盾构刀具的适应性，一直是行业的技术难题。目前缺少可行性强的判别装置及方法。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供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，能真实反映软土中孤石和硬岩凸起的受力和约束状态，并模拟盾构刀具对孤石和硬岩凸起的掘进切削，准确判别软土中孤石和硬岩凸起是否具有可掘性，对工程盾构机刀具选择具有指导意义。

本发明采用的技术方案是：盾构刀具对软土中孤石和硬岩凸起可掘性判别装置，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，所述顶部反力板通过螺栓螺母与所述试件箱连接，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。切削口与刀架旋转时外轮廓线匹配。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。刀架后端面紧贴在止推梁柱上。

本发明采用的技术方案还是：盾构刀具对软土中孤石可掘性判别方法，包括以下步骤：

S1：在试件箱内腔的底部铺设砂料；采用工程现场的高强度大块孤石作为岩石试件，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；根据工程现场的孤石埋置深度，确定其上部所受的土压力，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；