泥水盾构模型试验泥皮厚度实时测定装置及测定方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出的是一种泥水盾构模型试验泥皮厚度实时测定装置，其结构包括空压机，A阀门，调压阀，B阀门，泥浆筒，泥浆，C阀门，玻璃筒，D阀门，量筒，滤液，电子天平，电脑，软管，E阀门；其中空压机和泥浆筒通过软管、A阀门、调压阀、B阀门相连，泥浆筒通过软管、C阀门与玻璃筒相连，玻璃筒通过软管、D阀门与盛有滤液的量筒相连，量桶放置在电子天平上，电子天平通过串口数据线与电脑相连，E阀门与玻璃筒相连，泥浆在泥浆筒内。实时测定方法如下：（一）泥浆制备和地层、滤层制备；（二）泥皮厚度的实时测定。优点：泥皮厚度的测定可以通过探针压力实时测定，测试方便、准确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种泥水盾构模型试验泥皮厚度实时测定装置及测定方法，属于岩土工程及隧道工程领域，涉及保障泥水盾构开挖面稳定的泥膜形成过程的测定方法。
技术介绍
泥水盾构广泛应用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程，在复杂地层条件下，盾构机掘进面临巨大的工程风险，容易造成开挖面坍塌、地表沉降和隆起，所以要保证开挖面的稳定，在开挖面上计算形成有效的泥膜是保证开挖面稳定的关键，确定在不同地质条件下泥皮厚度增长规律，确定泥皮质量和形成施加，合理调度工程施工进度，是保证盾构机安全施工的保证。但是传统的泥水盾构模型试验只能在卸压后用刻度尺大概估算出泥皮的厚度，而在卸压后去测量泥皮厚度泥皮会受到扰动产生变形和破坏，造成泥皮厚度与真实值存在差异，且只能得到卸压后那个时刻的泥皮厚度。另外常规厚度测试仪器难以准确确定泥皮边界，只能得到一个估读值，对泥皮较薄的情形，测定误差可能大于泥皮自身的厚度，难以应用于泥皮性质判断和泥浆配比方案优化，因此需要研究泥皮厚度的大小与泥皮压降之间的关系，从而更准确直观地了解泥膜的形成时间以及可以实时测定泥皮的厚度，弥补了传统方法的不足。传统的卸压后测定泥皮厚度有如下不足之处：①卸压后的地层和泥皮将产生变形，泥皮与地层接触处可能产生脱开或裂纹，测定泥皮厚度不准确；②卸压后取土容易扰动地层和泥皮，造成泥皮变形，测定值与真实值差别较大，且传统采用直尺测量泥皮厚度也不够精度，存在人为读数误差；③卸压后抽取泥皮表面的泥浆，抽取过程也会对泥皮产生扰动，造成不同位置测定的值具有较大差异，难以准确判别真实泥皮厚度；④卸压后仅能测定试验结束时刻对应的泥皮厚度，无法获取泥皮厚度在试验过程中的增长规律，也难以获得判定泥皮质量的关键数据。传统采用直接从模型玻璃筒内壁上读取泥皮厚度有如下不足之处：①泥皮与泥浆颜色差异较小，二者界面难以确定；②玻璃筒避免存在毛细作用，从壁面读取的泥皮厚度可能略大于真实泥皮厚度，而这个增加值受到多种因素影响作用而难以确定；③泥皮内部不同位置的泥皮厚度可能不同，这种泥皮厚度差异性规律无法从模型玻璃筒内壁上泥皮厚度来获取；④泥皮厚度难以准确读取，且无法实时测定。
技术实现思路
本专利技术提出的是一种泥水盾构模型试验泥皮厚度实时测定装置及测定方法，其目的旨在弥补现有盾构模型试验泥皮厚度难以测定的不足，对泥水盾构模型试验形成的泥膜进行实时跟踪监测。本专利技术的技术解决方案，泥水盾构模型试验泥皮厚度实时测定装置，其结构包括空压机1，A阀门2，调压阀3，B阀门4，泥浆筒5，泥浆6，C阀门7，玻璃筒11，D阀门15，量筒16，滤液17，电子天平18，电脑19，软管20，E阀门21；其中空压机1和泥浆筒5通过软管20、A阀门2、调压阀3、B阀门4相连，泥浆筒5通过软管20、C阀门7与玻璃筒11相连，玻璃筒通过软管20、D阀门15与盛有滤液17的量筒16相连，量桶16放置在电子天平18上，电子天平通过串口数据线与电脑19相连，E阀门21与玻璃筒11相连，泥浆6在泥浆筒5内。泥水盾构模型试验泥皮厚度实时测定方法如下：（一）泥浆制备和地层、滤层制备；（二）泥皮厚度的实时测定。本专利技术的优点：1）测定泥皮形成过程中不同位置的压降，确定泥皮厚度变化，也可追踪泥浆固液分析和固结排水演化过程，解决泥水盾构模型试验中泥皮厚度和形成时间难以实时测定的困难；为泥浆盾构工程在复杂地层条件下安全掘进，提供合理的泥浆配比方案提供试验和数据支撑；2）在一定的的泥浆配方条件下，对泥浆施加压力使其侵入地层，通过压力实时记录仪记录的数据，得出泥皮厚度的大小与压降之间的关系，探究泥皮厚度的增长规律，提高形成泥皮的质量，进一步完善泥水盾构模型泥膜成形的方法，保证开挖面的稳定，制定合理的泥浆配合比，为泥水盾构的施工安全贡献一份力量；3）泥皮厚度的测定可以通过探针压力实时测定，不必卸压拆开仪器取土来来测定泥皮厚度；4）泥皮厚度的测定可以通过探针压力实时测定，较从模型玻璃筒内壁上泥皮厚度的测定更为准确。附图说明图1是泥水盾构模型试验泥皮厚度实时测定装置连接示意图。图2是探针布置俯视示意图。图3是探针布置立面示意图。图4 是探针所测泥皮压力曲线示意图（压力与时间）。图5是探针所测泥皮压力与滤失量关系曲线示意图（压力与滤失量）。附图中1是空压机，2是A阀门，3是调压阀，4是B阀门，5是泥浆筒，6是泥浆，7是C阀门， 8是泥皮，9是地层，10是滤层，11是玻璃筒，12是探针，13是压力传送器，14是无纸记录仪，15是D阀门，16是量筒，17是滤液，18是电子天平，19是电脑，20是软管，21是E阀门。具体实施方式对照附图，泥水盾构模型试验泥皮厚度实时测定装置，其特征是包括空压机1，A阀门2，调压阀3，B阀门4，泥浆筒5，泥浆6，C阀门7，玻璃筒11，D阀门15，量筒16，滤液17，电子天平18，电脑19，软管20，E阀门21；其中空压机1和泥浆筒5通过软管20、A阀门2、调压阀3、B阀门4相连，泥浆筒5通过软管20、C阀门7与玻璃筒11相连，玻璃筒通过软管20、D阀门15与盛有滤液17的量筒16相连，量桶16放置在电子天平18上，电子天平通过串口数据线与电脑19相连，E阀门21与玻璃筒11相连，泥浆6在泥浆筒5内。所述的玻璃筒11的顶部有通过金属法兰连接的顶板。所述的玻璃筒11顶部的顶板上布置探针12，探针按以下特征分布：①共有24根探针分布在顶板上，其中九根探针分TA组、TB组和TC组3组，用以确定泥皮在3个不同径向上的厚度增长规律，每组3根探针，每组中的每根探针位于不同圆圈上，同在一条直线上，且每组探针中3根探针的长度相同；所述TA组、TB组和TC组3组间的夹角为120°；TA组、TB组和TC组3组探针的探针端部分别距离地层表面高度为h1、h2和h3，且h1< h2< h3；选取h1为0，即测定地层表面泥皮的压力；②另15根探针为n1、n2、...、n15，其长度依次递增，分布在以顶板中心点为三个同心圆圈上，具体为：TA探针组中的TA2与TB探针组中的TB2之间在三等分点处布置2根探针n1、n2；TB探针组中的TB2与TC探针组中的TC2之间在三等分点处布置有2根探针n3、n4；TA探针组中的TA2与TC探针组中的TC2之间在三等分处布置有2根探针n5、n6，在TA探针组中的TA3、TB探针组中的TB3、TC探针组中的TC3所在的圆圈上，TA3与TB3之间在四等分点处布置有3根探针n7、n8、n9；TB3与TC3之间在四等分点处布置有3根探针n10、n11、n12；TA3与TC3之间在四等分处布置有3根探针n13、n14、n15，探针端部与地层表面距离由小到大依次为h1、h1+Δh×1、h1+Δh×2、...、h1+Δh×6、h2、h1+Δh×8、...、h1+Δh×14、h3、h1+Δh×16、h1+Δh×17；Δh根据估计的泥皮最大厚度hmax来定，选取h1为0，即测定地层表面泥皮压力，h2可取为h1+Δh×7、h3可取为h1+Δh×15，探针n14、n15端部的位置略高于估算泥皮表面，最长的探针端部位于地层表面，最短的探针端部高于泥皮最大厚度；③24根探针通过软管20与24个压力传送器相连，24个压力传送器与无纸记录仪的24个通道本文档来自技高网...

【技术保护点】
泥水盾构模型试验泥皮厚度实时测定装置，其特征是包括空压机，A阀门，调压阀，B阀门，泥浆筒，泥浆，C阀门，玻璃筒，D阀门，量筒，滤液，电子天平，电脑，软管，E阀门；其中空压机和泥浆筒通过软管、A阀门、调压阀、B阀门相连，泥浆筒通过软管、C阀门与玻璃筒相连，玻璃筒通过软管、D阀门与盛有滤液的量筒相连，量桶放置在电子天平上，电子天平通过串口数据线与电脑相连，E阀门与玻璃筒相连，泥浆在泥浆筒内。

【技术特征摘要】
1.泥水盾构模型试验泥皮厚度实时测定装置，其特征是包括空压机，A阀门，调压阀，B阀门，泥浆筒，泥浆，C阀门，玻璃筒，D阀门，量筒，滤液，电子天平，电脑，软管，E阀门；其中空压机和泥浆筒通过软管、A阀门、调压阀、B阀门相连，泥浆筒通过软管、C阀门与玻璃筒相连，玻璃筒通过软管、D阀门与盛有滤液的量筒相连，量桶放置在电子天平上，电子天平通过串口数据线与电脑相连，E阀门与玻璃筒相连，泥浆在泥浆筒内。2.根据权利要求1所述的泥水盾构模型试验泥皮厚度实时测定装置，其特征是所述的玻璃筒的顶部有通过金属法兰连接的顶板。3.根据权利要求1所述的泥水盾构模型试验泥皮厚度实时测定装置，其特征是所述的玻璃筒顶部的顶板上布置探针，所述探针按以下特征分布：①共有24根探针分布在顶板上，其中九根探针分TA组、TB组和TC组3组，用以确定泥皮在3个不同径向上的厚度增长规律，每组3根探针，每组中的每根探针位于不同圆圈上，同在一条直线上，且每组探针中3根探针的长度相同；所述TA组、TB组和TC组3组间的夹角为120°；TA组、TB组和TC组3组探针的探针端部分别距离地层表面高度为h1、h2和h3，且h1< h2< h3；选取h1为0，即测定地层表面泥皮的压力；②另15根探针为n1、n2、...、n15，其长度依次递增，分布在以顶板中心点为三个同心圆圈上，具体为：TA探针组中的TA2与TB探针组中的TB2之间在三等分点处布置2根探针n1、n2；TB探针组中的TB2与TC探针组中的TC2之间在三等分点处布置有2根探针n3、n4；TA探针组中的TA2与TC探针组中的TC2之间在三等分处布置有2根探针n5、n6，在TA探针组中的TA3、TB探针组中的TB3、TC探针组中的TC3所在的圆圈上，TA3与TB3之间在四等分点处布置有3根探针n7、n8、n9；TB3与TC3之间在四等分点处布置有3根探针n10、n11、n12；TA3与TC3之间在四等分处布置有3根探针n13、n14、n15，探针端部与地层表面距离由小到大依次为h1、h1+Δh×1、h1+Δh×2、...、h1+Δh×6、h2、h1+Δh×8、...、h1+Δh×14、h3、h1+Δh×16、h1+Δh×17；式中的Δh根据估计泥皮的最大厚度hmax来定，选取h1为0，即测定地层表面泥皮压力，h2取h1+Δh×7、h3取h1+Δh×15，探针n14、n15端部的位置略高于估算泥皮表面，最长的探针端部位于地层表面，最短的探针端部高于泥皮最大厚度；③24根探针通过软管与24个压力传送器相连，24个压力传送器与无纸记录仪的24个通道接口相连，压力数据以1s间隔由无纸记录仪记录并用曲线显示出来。4.根权利要求1所述的泥水盾构模型试验泥皮厚度实时测定装置，其特征是所述的玻璃筒内从上到下依次分布泥皮、地层、滤层。5.根据权利要求1所述的泥水盾构模型试验泥皮厚度实时测定装置，其特征是所述的软管与无纸记录仪、压力变送器串接，该无纸记录仪是将压力变送器的压力信号通过32位ARM微处理器进行数据处理，一方面在大屏幕上液晶显示屏幕上以画面形式显示，另一方面把这些监察信号的数据存放在本机内藏的大容量存储芯片内，以便在本记录仪上直接进行数据和图形查询、翻阅，通过上位机管理软件，了解仪器记录信息，以曲线、图形、列表形式打印。6.如权利要求1所述的泥水盾构模型试验泥皮厚度实时测定方法，其特征是包括如下步骤：（1）泥浆制备和地层、滤层制备；（2）泥皮厚度的实时测定。7.根据权利要求6所述的泥水盾构模型试验泥皮厚度实时测定方法，其特征是所述步骤（1）...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成，汤昕怡，张娅妮，周晓康，陆杨，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32