模拟复合地层泥水盾构开挖面灾变的试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及泥水盾构施工领域，具体来说是一种模拟复合地层泥水盾构开挖面灾变的试验装置及试验方法，包括模型箱、盾构系统、泥浆生成系统以及监测系统；本发明专利技术公开了一种模拟复合地层泥水盾构开挖面灾变的试验装置，本发明专利技术公开的试验装置可以适用于圆砾

【技术实现步骤摘要】
模拟复合地层泥水盾构开挖面灾变的试验装置及试验方法


[0001]本专利技术涉及泥水盾构施工领域，具体来说是一种模拟复合地层泥水盾构开挖面灾变的试验装置及试验方法。

技术介绍

[0002]近二十年来，随着盾构技术的日益成熟，盾构法施工技术在隧道建设中得到了广泛应用。
[0003]泥水盾构在复合地层发生冒浆是开挖面被动破坏的典型后果，城市核心区泥水盾构施工发生冒浆事故不仅会引起人员和财产损失，还会污染环境，造成不良的社会影响。
[0004]当前的泥水盾构开挖面被动破坏机理研究集中于单一地层，以极限支护压力为研究目标；尚无圆砾
‑
泥岩二元差异性复合地层中开挖面被动破坏的研究，缺乏在强波动泥水压力下开挖面被动破坏的触发机理，缺少冒浆过程中泥浆在圆砾地层中的扩散规律和对地面影响的室内试验相关研究。
[0005]同时缺乏考虑典型复合地层的开挖面泥水压力波动特征，不能更为准确的反映圆砾
‑
泥岩复合地层中泥水盾构堵仓导致的开挖面被动破坏过程。
[0006]所以为了更好的解决上述问题，就需要一种新型的模拟试验装置。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够模拟复合地层泥水盾构开挖面灾变的试验装置。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0009]一种模拟复合地层泥水盾构开挖面灾变的试验装置，包括模型箱、盾构系统、泥浆生成系统以及监测系统；
[0010]所述模型箱包括箱体；所述箱体上至少有一面为有机玻璃；所述箱体内填充有复合地层；
[0011]所述盾构系统包括盾构机，所述盾构机包括刀盘，所述刀盘连接有驱动机构；所述刀盘连接有泥水仓；所述泥水仓连接有泥浆生成系统；
[0012]所述泥浆生成系统包括进浆系统和排浆系统，所述进浆系统包括进浆罐，所述进浆罐连接有供压部件；所述进浆罐通过进浆管道与泥水仓相连接；
[0013]所述排浆系统包括与泥水仓相连接的排浆管道，所述排浆管道远离泥水仓一端连接有排浆罐；
[0014]所述监测系统包括布置在复合地层上上的位移计以及3D相机；
[0015]所述泥浆生成系统采用波动式泥浆压力向泥水仓进行供浆操作。
[0016]所述进浆罐内泥浆通过示踪剂进行染色处理。
[0017]所述供压部件包括空压机，所述空压机连接有空压机控制系统。
[0018]所述驱动机构包括螺纹钢轴，所述螺纹钢轴穿过箱体与刀盘相连接；所述螺纹钢
轴连接有驱动电机。
[0019]所述复合地层包括泥岩层，所述泥岩层上铺设有圆砾层。
[0020]所述圆砾层上铺设有黑色粗砂粒。
[0021]所述监测系统还包括多个断面监测部件；每个所述端面监测部件均包括多个检测部，所述检测部包括水压力计和土压力计。
[0022]相邻所述断面监测部件间隔分布；每个断面监测部件中的所述检测部通过钢丝相连接；每个所述检测部中的水压力计和土压力计布置在连接钢片上，所述连接钢片与钢丝相连接。
[0023]一种基于模拟复合地层泥水盾构开挖面灾变的试验装置的试验方法；所述试验方法包括如下步骤：
[0024]步骤1：组装试验装置；要求盾构系统中的盾构机穿过箱体布置在复合地层内；
[0025]步骤2：通过驱动机构带动刀盘进行转动，实现对复合地层的掘进；同时由泥浆生成系统向泥水仓进行供浆操作；通过供压部件向盾构机端部供入不同压力的泥浆液；在上述操作进行过程中，实时通过监测系统和PIV技术监测复合地层各区域的工作状况；并对测得的数据进行记录；
[0026]步骤3：改变盾构机或/和盾构开挖面泥岩高度与刀盘开挖直径的比值后重复步骤2，并记录相关试验数据。
[0027]所述步骤2中泥浆生成系统向泥水仓进行供浆操作时，在前期设置进浆压力为无波动的定值压力，当开挖面产生泥膜并稳定后再改变进浆压力为波动式压力。
[0028]本专利技术的优点在于：
[0029]本专利技术公开了一种模拟复合地层泥水盾构开挖面灾变的试验装置，本专利技术公开的试验装置可以适用于圆砾
‑
泥岩复合地层；同时，本专利技术采用波动式泥浆压力向泥水仓进行供浆操作；可以更好的模拟泥水盾构实际工况，使得本专利技术公开的试验装置可以用于揭示圆砾泥岩复合地层泥水盾构开挖面被动破坏机理，为冒浆预警提供技术支撑；同时可以为类似二元复合地层盾构开挖面破坏过程提供室内试验思路。
附图说明
[0030]下面对本专利技术说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
[0031]图1为本专利技术的结构示意图。
[0032]上述图中的标记均为：
[0033]1、模型箱，2、复合地层，3、盾构系统，4、泥浆生成系统，5、监测系统。
具体实施方式
[0034]下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0035]一种模拟复合地层泥水盾构开挖面灾变的试验装置，包括模型箱1、盾构系统3、泥浆生成系统4以及监测系统5；本专利技术公开了一种模拟复合地层泥水盾构开挖面灾变的试验装置，本专利技术公开的试验装置可以适用于圆砾
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泥岩复合地层2；同时，本专利技术采用波动式泥浆压力向泥水仓进行供浆操作；可以更好的模拟泥水盾构实际工况，使得本专利技术公开的试
验装置可以用于揭示圆砾泥岩复合地层2泥水盾构开挖面被动破坏机理，为冒浆预警提供技术支撑；同时可以为类似二元复合地层2盾构开挖面破坏过程提供室内试验思路。
[0036]具体，本专利技术公开了一种可以模拟复合地层2泥水盾构开挖面灾变的试验装置，主要包括模型箱1，模型箱1为整个试验装置的基础，方便了复合地层2的放置，同时对复合地层2进行束缚定位，方便盾构机的掘进操作，另外，所述模型箱1包括箱体；所述箱体上至少有一面为有机玻璃；所述箱体内填充有复合地层2；在本专利技术中模型箱1上至少有一个面为有机玻璃，设置有机玻璃的目的是为了方便监测部件中的摄像机对复合地层2进行拍摄；同时，在本专利技术中所述盾构系统3包括盾构机，所述盾构机包括刀盘31，所述刀盘31连接有驱动机构；驱动机构用于驱动刀盘转动以及后续的掘进操作，用于模拟盾构机的实际操作状态，同时，在所述刀盘31连接有泥水仓；所述泥水仓连接有泥浆生成系统4；所述泥浆生成系统4包括进浆系统和排浆系统，所述进浆系统包括进浆罐41，所述进浆罐41连接有供压部件；所述进浆罐41通过进浆管道43与泥水仓相连接；通过供压部件，可以实现进浆系统对盾构机的泥水仓输入一定压力的泥浆，模拟盾构机实际工况时端部的泥浆，用于模拟复合地层2开挖面的破坏过程及冒浆灾变过程；而所述排浆系统包括与泥水仓相连接的排浆管道44，所述排浆管道44远离泥水仓一端连接有排浆罐45；排浆系统的设置，方便了对试验产生的泥浆进行收集，避免对试验环境的污染，同时，在本专利技术中所述监测系统5包括布置在复合地层2上上的位移计52以及3D相机51；利用3D DIC相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟复合地层泥水盾构开挖面灾变的试验装置，其特征在于，包括模型箱、盾构系统、泥浆生成系统以及监测系统；所述模型箱包括箱体；所述箱体上至少有一面为有机玻璃；所述箱体内填充有复合地层；所述盾构系统包括盾构机，所述盾构机包括刀盘，所述刀盘连接有驱动机构；所述刀盘连接有泥水仓；所述泥水仓连接有泥浆生成系统；所述泥浆生成系统包括进浆系统和排浆系统，所述进浆系统包括进浆罐，所述进浆罐连接有供压部件；所述进浆罐通过进浆管道与泥水仓相连接；所述排浆系统包括与泥水仓相连接的排浆管道，所述排浆管道远离泥水仓一端连接有排浆罐；所述监测系统包括布置在复合地层上上的位移计以及3D相机；所述泥浆生成系统采用波动式泥浆压力向泥水仓进行供浆操作。2.根据权利要求1所述的一种模拟复合地层泥水盾构开挖面灾变的试验装置，其特征在于，所述进浆罐内泥浆通过示踪剂进行染色处理。3.根据权利要求1所述的一种模拟复合地层泥水盾构开挖面灾变的试验装置，其特征在于，所述供压部件包括空压机，所述空压机连接有空压机控制系统。4.根据权利要求1所述的一种模拟复合地层泥水盾构开挖面灾变的试验装置，其特征在于，所述驱动机构包括螺纹钢轴，所述螺纹钢轴穿过箱体与刀盘相连接；所述螺纹钢轴连接有驱动电机。5.根据权利要求1所述的一种模拟复合地层泥水盾构开挖面灾变的试验装置，其特征在于，所述复合地层包括泥岩层，所述泥岩层上铺设有圆砾层。6.根据权利要求5所述的一种模拟复合地层泥水盾构开挖面灾变的试验装置，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，翟俊莅，陈爱青，章伟康，王皓正，袁岽洋，
申请(专利权)人：浙江省交通运输科学研究院，
类型：发明
国别省市：