本发明专利技术公开了模拟盾构机掘进状态下水压传感器性能测试装置及测试方法，属于水压力测量技术领域。包括：设于装置内的盾壳体，安装在盾壳体内的传感器密封舱，以及传动连接于盾壳体的旋转机构。采用该装置进行测试，可真实的模拟盾构机掘进状态下盾体上水压传感器监测过程；精确测量盾构机掘进状态下盾体上水压传感器监测孔隙水压力的变化规律、摩擦和淤堵情况。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水压力测量，具体涉及模拟盾构机掘进状态下水压传感器性能测试装置及测试方法。
技术介绍
1、随着我国城市地铁、引水隧洞尤其是大型过江过河隧道工程的大规模兴建，泥水盾构隧道技术的应用越来越广泛。泥水盾构隧道施工水压是盾构机开挖仓泥水压力和壁后注浆压力等施工参数的主要设定依据之一。因此，实时探测盾构掘进过程中的施工水压值对于指导盾构隧道施工掘进具有重要意义。
2、现有的研究中，大部分学者只针对盾构隧道管片上的水压进行监测，而且并未对盾构机的外水压力进行监测。目前，现有研究已设计出有布置在盾体上的水压监测装置，用于监测盾体所受外水压力，但水压监测装置在实际盾构工程中的工作和安全性能还有待验证。在盾体结构中，盾构机刀盘比盾构壳体直径稍大，盾构开挖后，盾构机壳体与土体之间有一定的空隙，当盾构壳外部土体强度低于自身所受外力时，土体发生破坏向盾构壳体方向移动，土体坍塌混合泥浆会充填空隙，容易引起水压监测装置淤堵。在不同地质条件下，盾构机外壳上安装传感器所受环境的影响可分为以下两种：1.破碎地层、砾石地层和粗砂地层，不规则的碎石、砾石和粗砂对传感器的摩擦、碰撞冲击和挤压对传感器的磨损；2.岩石粉末、细沙和黏土等细微粉末、开挖仓泥浆黏性微粒包裹在传感器表面的淤堵。因此，需要考虑地层摩擦和粘土淤堵对布设在盾体上的水压监测装置准确度和灵敏性的影响。
技术实现思路
1、本专利技术为解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，提供了模拟盾构机掘进状态下水压传感器性能测试装置及测试方法。
2、本专利技术采用以下技术方案：模拟盾构机掘进状态下水压传感器性能测试装置，包括安装底座；还包括：
3、旋转机构，设于所述安装底座内；
4、外筒体，设置在所述安装底座上；所述外筒体的内部为中空结构，其侧面开设有空压机接口；
5、盾壳体，位于所述中空结构内且传动连接于所述旋转机构；所述盾壳体和外筒体之间留有预定距离形成填充腔室；
6、传感器密封舱，可拆卸安装在所述盾壳体内；所述传感器密封舱内设置有水压传感器；
7、滑环，设于盾壳体的顶部且位于旋转中心；所述滑环用于模拟水压传感器随盾体在地层中的掘进状态。
8、在进一步的实施例中，所述传感器密封舱包括：
9、外壳，其内部为中空结构；所述外壳的两端均为敞口结构，分别为连接端和舱口端；
10、夹层密封板，沿径向固定在所述舱口端；所述夹层密封板被设置为固定所述水压传感器；所述水压传感器的电源线和数据线经连接端导出，所述连接端与盾壳体通过螺纹连接。
11、在进一步的实施例中，所述旋转机构包括：
12、步进电机，安装在所述安装底座内；
13、联轴器，传动连接于所述步进电机的输出轴；所述联轴器传动连接于所述盾壳体。
14、在进一步的实施例中，所述滑环包括：
15、转子，连接于所述盾壳体；
16、定子，沿轴向活动穿过所述转子；所述定子相对转子为固定连接，所述定子与转子之间留有预定空隙形成环形腔，所述环形腔被设置为导出电源线和数据线。
17、在进一步的实施例中，所述夹层密封板包括：两层有机玻璃板和设置在两层有机玻璃板之间的土工布；其中，所述有机玻璃板上打有花孔。
18、模拟盾构机掘进状态下水压传感器性能的测试方法，使用如上所述的模拟盾构机掘进状态下水压传感器性能测试装置，以下步骤均是在转动过程中测试的：
19、步骤一、通过空压机接口将测试装置与空压机连接，空压机连接外筒体，所述外筒体上安装有水压监测装置；安装完成后，首先对接口的气密性和传感器密封舱的密封性进行检查：通过观测接口处是否有液体渗出以判断接口处和传感器密封舱是否漏水，通过观察传感器测得的水压监测数据与空压机数据是否一致以判断传感器性能测试装置是否漏气；
20、步骤二、外筒体内装有纯水，水压监测装置安装在外筒体上处，空压机连接外筒体，设定空压机内的压强初始值，按照压强差值δp的梯度逐级增加至压强阈值p；每增加一次压强差值δp，同步获取水压传感器的反应时间n为压强差值δp增加的次数；当空压机内的压强达到压强阈值后，得到纯水工况下的水压监测数据，记录水压传感器的读数为p1；
21、步骤三、向外筒体中注入泥浆，设定空压机内的压强初始值，按照压强差值δp的梯度逐级增加至压强阈值p；每增加一次压强差值δp，同步获取水压传感器的反应时间n为压强差值δp增加的次数；当空压机内的压强达到压强阈值后，得到泥浆工况下的水压监测数据，记录水压传感器的读数为p2；将相同压力下水压传感器读数p1和p2分别对比分析，以判断水压传感器是否出现淤堵情况；将空压机加压至指定压强后的传感器稳定时间进行对比，以判断水压传感装置的灵敏度性能；
22、步骤四、使用空压机任意加压并得到加压值p’，模拟盾构掘进开挖过程中可能出现的不同水压工况，同时得到水压传感器的当前读数p3；
23、步骤五、分别静置24h和48h后，重复步骤二至步骤三，得到水压传感器读数p4，对相同压力下的水压传感器数据p3和p4进行依次对比分析，以判断水压传感器是否在静置预定时间后发生了淤堵情况；基于所述分析数据得到关于传感器密封舱的检测结果，根据所述检测结果执行对应的改进措施。
24、在进一步的实施例中，所述检测结果的分析流程如下：
25、当装置接口处或传感器密封舱内有液体渗出时，说明传感器性能测试装置接口处或传感器密封舱存在漏水现象；当空压机无法加压至指定压强时，说明传感器性能测试装置出现漏气现象；
26、装置接口处无漏水漏气现象，且当传感器水压监测数据与空压机数据随时间同步改变时，若两者数据相等，说明整个传感器测试装置密封性能、灵敏度良好，精度准确，未被淤堵；若两者数据不相等，则测试装置密封性能、灵敏度良好，精度欠缺，存在淤堵问题；
27、装置接口处无漏水漏气现象，且传感器水压监测数据与空压机数据不随时间同步改变，若两者数据相等，说明整个传感器测试装置密封性能良好，精度准确，但灵敏度欠缺，存在淤堵问题；若两者数据不相等，说明测试装置密封性能、灵敏度良好，精度欠缺，存在淤堵问题；
28、装置接口处无漏水漏气现象，且当传感器无法测得水压监测数据，说明传感器存在问题。
29、在进一步的实施例中，所述改进措施包括：增加装置接口的密封性、更换传感器、更换土工布或者水压传感器工作状态检查。
30、本专利技术的有益效果：a.可真实的模拟盾构机掘进状态下盾体上水压传感器监测过程；
31、b.可精确测量盾构机掘进状态下盾体上水压传感器监测孔隙水压力的变化规律、摩擦和淤堵情况；
32、c.系统设置合理，试验操作方便，成本低，具有较高的可靠性。
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【技术保护点】
1.模拟盾构机掘进状态下水压传感器性能测试装置，包括安装底座；其特征在于，还包括：
2.根据权利要求1所述的模拟盾构机掘进状态下水压传感器性能测试装置，其特征在于，所述传感器密封舱包括：
3.根据权利要求1所述的模拟盾构机掘进状态下水压传感器性能测试装置，其特征在于，所述旋转机构包括：
4.根据权利要求1所述的模拟盾构机掘进状态下水压传感器性能测试装置，其特征在于，所述滑环包括：
5.根据权利要求2所述的模拟盾构机掘进状态下水压传感器性能测试装置，其特征在于，所述夹层密封板包括：两层有机玻璃板和设置在两层有机玻璃板之间的土工布；其中，所述有机玻璃板上打有花孔。
6.模拟盾构机掘进状态下水压传感器性能的测试方法，使用如权利要求1至5中任意一项所述的模拟盾构机掘进状态下水压传感器性能测试装置，其特征在于，以下步骤均是在转动过程中测试的：
7.根据权利要求6所述的模拟盾构机掘进状态下水压传感器性能的测试方法，其特征在于，所述检测结果的分析流程如下：
8.根据权利要求6所述的模拟盾构机掘进状态下水压传感器性能的测试方法，其特征在于，所述改进措施包括：增加装置接口的密封性、更换传感器、更换土工布或者水压传感器工作状态检查。
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【技术特征摘要】
1.模拟盾构机掘进状态下水压传感器性能测试装置，包括安装底座；其特征在于，还包括：
2.根据权利要求1所述的模拟盾构机掘进状态下水压传感器性能测试装置，其特征在于，所述传感器密封舱包括：
3.根据权利要求1所述的模拟盾构机掘进状态下水压传感器性能测试装置，其特征在于，所述旋转机构包括：
4.根据权利要求1所述的模拟盾构机掘进状态下水压传感器性能测试装置，其特征在于，所述滑环包括：
5.根据权利要求2所述的模拟盾构机掘进状态下水压传感器性能测试装置，其特征在于，所述夹层密封板包括：两层有机玻璃板和设置在两...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛峰，王华伟，王媛，刘四进，史林肯，魏英杰，王军，余云翔，刘颂玉，董琪，任杰，
申请(专利权)人：中铁十四局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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