一種軟土盾構(gòu)切削塑料排水板的模擬試驗(yàn)裝置及方法
【專利摘要】一種軟土盾構(gòu)切削塑料排水板的模擬試驗(yàn)裝置及方法，該裝置包括模擬盾構(gòu)機(jī)、泥水循環(huán)管路、進(jìn)泥泵、排泥泵、泥漿池和塑料排水板，其中，模擬盾構(gòu)機(jī)設(shè)有進(jìn)出泥管路，該進(jìn)出泥管路通過進(jìn)泥泵、排泥泵和泥水循環(huán)管路與泥漿池連接，形成試驗(yàn)?zāi)嗨难h(huán)回路，塑料排水板通過半固定夾具設(shè)置于模擬盾構(gòu)機(jī)的挖掘路徑上；所述方法通過進(jìn)泥泵將泥漿池內(nèi)的試驗(yàn)?zāi)酀{送入模擬盾構(gòu)機(jī)的泥水倉，該模擬盾構(gòu)機(jī)的刀盤切削土體和塑料排水板，排泥泵將切削后的含有塑料排水板碎片的泥漿抽送至泥漿池。本發(fā)明很好地模擬了工程中盾構(gòu)機(jī)切削塑料排水板的狀態(tài)，再現(xiàn)了掘進(jìn)遇到的困難，試驗(yàn)過程中能夠采集掘進(jìn)實(shí)況和施工工藝數(shù)據(jù)，為評估施工風(fēng)險(xiǎn)以及改造泥水平衡進(jìn)出泥管路、盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)和掘進(jìn)工藝參數(shù)提供了可靠依據(jù)。
【專利說明】
一種軟土盾構(gòu)切削塑料排水板的模擬試驗(yàn)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及隧道施工的模擬試驗(yàn)，主要涉及一種軟土盾構(gòu)切削塑料排水板的模擬試驗(yàn)裝置及方法，屬于隧道工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]對于地下隧道施工技術(shù)的研究有很多方式，如理論分析等，而試驗(yàn)方法也是一種非常重要的科學(xué)方法，例如通過模擬試驗(yàn)的方法來研究盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)在地下隧道施工過程中的特性、土體的特性以及機(jī)土之間的相互作用關(guān)系。目前國內(nèi)外一些企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)都建立起相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室并建造相應(yīng)的模擬試驗(yàn)臺以進(jìn)行這一特定的工程模擬試驗(yàn)，如建造大型盾構(gòu)掘進(jìn)模擬試驗(yàn)平臺以進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工試驗(yàn)。
[0003]在盾構(gòu)法隧道施工中，往往會遇到含有各種雜質(zhì)或回填物的土層，例如含有塑料排水板的土層，而塑料排水板作為一種軟土地基處理過程中遺留在土體里的副產(chǎn)品，其不易降解、韌性好的特性給盾構(gòu)法施工帶來了諸多風(fēng)險(xiǎn)。
[0004]當(dāng)一些新建筑物進(jìn)行地下空間開發(fā)時，殘留的塑料排水板便會造成極大的障礙。若盾構(gòu)進(jìn)行隧道施工時，盾構(gòu)穿越排水板地層會導(dǎo)致很大風(fēng)險(xiǎn):容易造成泥水吸口堵塞、管路堵塞等事故;塑料排水板受到盾構(gòu)推進(jìn)擾動后可能發(fā)生位移、轉(zhuǎn)動，從而增加對土體的擾動，加大地面沉降；泥水盾構(gòu)穿越塑料排水板時容易造成泥水冒頂;塑料排水板纏繞在盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的刀盤上，會使刀盤切削能力下降。因而，對盾構(gòu)穿越含有塑料排水板的地層的掘進(jìn)過程及其風(fēng)險(xiǎn)，就需要在施工之前進(jìn)行預(yù)先評估，除了理論分析計(jì)算以外，工程模擬試驗(yàn)不失為一種實(shí)用可靠的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種軟土盾構(gòu)切削塑料排水板的模擬試驗(yàn)裝置及方法，對盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)穿越含有塑料排水板的土體的推進(jìn)過程進(jìn)行工程模擬試驗(yàn)，采集掘進(jìn)實(shí)況和施工工藝數(shù)據(jù)，為評估施工風(fēng)險(xiǎn)、預(yù)計(jì)工程可能遇到的困難以及改進(jìn)施工方案和裝備提供依據(jù)。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:
[0007]—種軟土盾構(gòu)切削塑料排水板的模擬試驗(yàn)裝置，包括模擬盾構(gòu)機(jī)、泥水循環(huán)管路、進(jìn)泥栗、排泥栗、泥漿池和塑料排水板，所述模擬盾構(gòu)機(jī)設(shè)有進(jìn)出泥管路，該進(jìn)出泥管路通過所述進(jìn)泥栗、排泥栗和泥水循環(huán)管路與所述泥漿池連接，形成試驗(yàn)?zāi)嗨难h(huán)回路，所述塑料排水板通過半固定夾具設(shè)置于所述模擬盾構(gòu)機(jī)的挖掘路徑上。
[0008]進(jìn)一步地，所述的進(jìn)出泥管路為內(nèi)外套筒式，包括內(nèi)管和套置于該內(nèi)管之外的外管，所述內(nèi)管為出泥管路，其內(nèi)徑不小于150_，所述內(nèi)管與外管之間的空隙為進(jìn)泥管路。
[0009]進(jìn)一步地，所述的模擬盾構(gòu)機(jī)為泥水平衡盾構(gòu)。
[0010]進(jìn)一步地，所述的模擬盾構(gòu)機(jī)的刀盤開口率為40%以上，該模擬盾構(gòu)機(jī)的切削刀為貝殼刀，刀具軌跡間距為100mm-200mm。[0011 ]進(jìn)一步地，所述的塑料排水板的長度為2-3m，寬度為100mm。
[0012]本發(fā)明的另一技術(shù)方案是:
[0013]—種通過上述裝置實(shí)現(xiàn)的軟土盾構(gòu)切削塑料排水板的模擬試驗(yàn)方法，通過所述進(jìn)泥栗將所述泥漿池內(nèi)的試驗(yàn)?zāi)酀{送入所述模擬盾構(gòu)機(jī)的泥水倉，該模擬盾構(gòu)機(jī)的刀盤切削土體和塑料排水板，所述排泥栗將切削后的含有塑料排水板碎片的泥漿抽送至所述泥漿池;所述模擬試驗(yàn)方法包括下列步驟:
[0014]I)安裝所述模擬試驗(yàn)裝置，通過所述半固定夾具將所述塑料排水板固定于所述模擬盾構(gòu)機(jī)的挖掘路徑上；
[0015]2)設(shè)定所述模擬盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度、刀盤的轉(zhuǎn)速以及進(jìn)泥栗和排泥栗的轉(zhuǎn)速；
[0016]3)啟動所述模擬盾構(gòu)機(jī)沿挖掘路徑進(jìn)行掘進(jìn)和切削土體，并切斷所遇到的塑料排水板；
[0017]4)記錄模擬試驗(yàn)中所述模擬盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的全過程，并且采集模擬試驗(yàn)的工藝參數(shù)，作為施工風(fēng)險(xiǎn)困難評估以及施工方案和裝備改進(jìn)的依據(jù)。
[0018]進(jìn)一步地，所述步驟I)中，調(diào)整所述半固定夾具對塑料排水板的夾緊力，以模擬實(shí)際工況中不同長度的塑料排水板與土體之間的摩阻力。
[0019]進(jìn)一步地，所述步驟2)中，所述模擬盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度設(shè)定為2cm/min，刀盤的轉(zhuǎn)速設(shè)定為5_6r/min。
[0020]進(jìn)一步地，所述步驟3)中，所述的泥水循環(huán)管路中的泥水流速大于2m/s，所述模擬盾構(gòu)機(jī)的泥水倉壓力為0.05Mpa。
[0021]進(jìn)一步地，所述步驟4)中，所述模擬試驗(yàn)的工藝參數(shù)包括所述模擬盾構(gòu)機(jī)的泥水倉壓力、模擬盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)推力、模擬盾構(gòu)機(jī)的刀盤扭矩和泥水循環(huán)管路的壓力。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明取得了如下有益的技術(shù)效果:
[0023]1、本發(fā)明能夠很好的模擬工程中盾構(gòu)機(jī)切削塑料排水板的狀態(tài)，再現(xiàn)掘進(jìn)遇到的困難，過程中能夠采集掘進(jìn)實(shí)況和施工工藝數(shù)據(jù)，為評估施工風(fēng)險(xiǎn)、預(yù)計(jì)工程可能遇到的困難以及改造泥水平衡進(jìn)出泥管路、盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)和掘進(jìn)工藝參數(shù)提供了可靠依據(jù)。
[0024]2、本發(fā)明中將塑料排水板采用半固定方式埋設(shè)，即兩端采用可調(diào)的半固定夾具夾住，夾力根據(jù)模擬的不同工況中塑料排水板的埋設(shè)長度而定，即使用2-3m長的塑料排水板和產(chǎn)生不同夾力的半固定夾具來模擬實(shí)際工程中長達(dá)20-30米的塑料排水板與土體之間的摩阻力。
[0025]3、本發(fā)明將模擬盾構(gòu)機(jī)的刀盤開口率增大至40%以上，從而有利于切斷的塑料排水板進(jìn)入泥水倉，同時，在有限的空間內(nèi)，通過內(nèi)外套管型式的進(jìn)出泥管路，保證出泥管路內(nèi)徑不小于150mm，便于塑料排水板順利排出。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡圖。
[0027]圖2是塑料排水板和半固定夾具結(jié)構(gòu)圖。
[0028]圖3是進(jìn)出泥管路的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明提供了一種軟土盾構(gòu)切削塑料排水板的模擬試驗(yàn)裝置及方法，針對軟土中存在塑料排水板的實(shí)際工況，很好的模擬了工程中盾構(gòu)機(jī)切削塑料排水板的狀態(tài)，再現(xiàn)掘進(jìn)遇到的困難，過程中采集掘進(jìn)實(shí)況和施工工藝數(shù)據(jù)，模擬試驗(yàn)結(jié)果為改造泥水平衡進(jìn)出泥管路、盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)和掘進(jìn)工藝參數(shù)提供了可靠依據(jù)。
[0030]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0031 ]請參閱圖1，圖示軟土盾構(gòu)切削塑料排水板的模擬試驗(yàn)裝置包括模擬盾構(gòu)機(jī)1、泥水循環(huán)管路6、進(jìn)泥栗4、排泥栗5、泥漿池7和塑料排水板2。
[0032]所述模擬盾構(gòu)機(jī)I為泥水平衡盾構(gòu)，設(shè)有刀盤11和進(jìn)出泥管路12。將模擬盾構(gòu)機(jī)I的刀盤11開口率增大至40 %以上，以利于切斷的塑料排水板3進(jìn)入泥水倉;并且在模擬盾構(gòu)機(jī)I的刀盤11上增加切削刀，該切削刀為定制的貝殼刀，具有較好的強(qiáng)度，同時使得所述刀盤11的刀具軌跡間距為100臟-2001111]1不等。
[0033]所述模擬盾構(gòu)機(jī)I通過所述進(jìn)泥栗4、排泥栗5和泥水循環(huán)管路6與所述泥漿池7連接，形成試驗(yàn)?zāi)嗨难h(huán)回路。
[0034]由于所述模擬盾構(gòu)機(jī)I尺寸小、功能全，故其內(nèi)部空間緊湊，無法留出足夠的空間安裝大尺寸的進(jìn)出泥管路12，因此所述進(jìn)出泥管路12采用內(nèi)外套筒式，請參閱圖3，所述進(jìn)出泥管路12包括內(nèi)管121和套置于該內(nèi)管121之外的外管122，所述內(nèi)管121為出泥管路，其內(nèi)徑不小于150mm，所述內(nèi)管121與外管122之間的空隙為進(jìn)泥管路。所述內(nèi)管121的內(nèi)徑不小于150mm，使得切斷的塑料排水板3能夠沿著出泥管路順利地排出。所述外管122通過所述進(jìn)泥栗4與所述泥漿池7連接，所述內(nèi)管121通過所述排泥栗5與所述泥漿池7連接。
[0035]在所述內(nèi)管121的出口設(shè)置有沉淀過濾艙，用于攔截切削后排出的塑料排水板3。在所述泥水循環(huán)管路6上設(shè)置有旁路，當(dāng)出泥管路堵塞的時候，可以調(diào)換進(jìn)出泥管路12，用水逆洗沖開堵塞物。
[0036]所述塑料排水板2通過半固定夾具3設(shè)置于所述模擬盾構(gòu)機(jī)I的挖掘路徑上。請參閱圖2，所述的塑料排水板2的長度為2-3m，寬度為100mm，用以模擬實(shí)際工程中長達(dá)20-30米的塑料排水板。由于受到模擬試驗(yàn)的尺寸限制，模擬試驗(yàn)無法完全采用實(shí)際中長達(dá)20-30m的塑料排水板，但是較長的塑料排水板與土體間的摩阻力是不可能忽略不計(jì)的，因此采用一種半固定夾具3對該塑料排水板3的兩端進(jìn)行夾緊，該半固定夾具3通過旋動螺栓能夠調(diào)整夾緊力，用于模擬不同工況中不同長度的塑料排水板與土體間的摩阻力，夾緊力越大，所模擬的摩阻力越大，即所模擬的實(shí)際塑料排水板的長度越長，從而更真實(shí)的模擬出實(shí)際工程中的塑料排水板。
[0037]采用本發(fā)明所述模擬試驗(yàn)裝置的軟土盾構(gòu)切削塑料排水板的模擬試驗(yàn)方法通過所述進(jìn)泥栗4將所述泥漿池7內(nèi)的試驗(yàn)?zāi)酀{送入所述模擬盾構(gòu)機(jī)I的泥水倉，該模擬盾構(gòu)機(jī)I的刀盤11切削土體和塑料排水板2，所述排泥栗5將切削后的含有塑料排水板2碎片的泥漿抽送至所述泥漿池7。
[0038]所述模擬試驗(yàn)方法包括下列步驟:
[0039]I)安裝所述模擬試驗(yàn)裝置，通過所述半固定夾具3將所述塑料排水板2固定于所述模擬盾構(gòu)機(jī)I的挖掘路徑上;調(diào)整所述半固定夾具3對塑料排水板2的夾緊力，以模擬實(shí)際工況中不同長度的塑料排水板與土體之間的摩阻力。
[0040]2)設(shè)定所述模擬盾構(gòu)機(jī)I的推進(jìn)速度、刀盤11的轉(zhuǎn)速以及進(jìn)泥栗4和排泥栗5的轉(zhuǎn)速;所述模擬盾構(gòu)機(jī)I的推進(jìn)速度設(shè)定為2cm/min，刀盤11的轉(zhuǎn)速設(shè)定為5_6r/min。
[0041]3)啟動所述模擬盾構(gòu)機(jī)I沿挖掘路徑進(jìn)行掘進(jìn)和切削土體，并切斷所遇到的塑料排水板2;控制進(jìn)泥栗4和排泥栗5的轉(zhuǎn)速，保持所述的泥水循環(huán)管路6中的泥水流速大于2m/s，保持所述模擬盾構(gòu)機(jī)I的泥水倉壓力為0.05Mpa。
[0042]4)記錄模擬試驗(yàn)中所述模擬盾構(gòu)機(jī)I掘進(jìn)的全過程，并且采集模擬試驗(yàn)的工藝參數(shù)，作為施工風(fēng)險(xiǎn)困難評估以及施工方案和裝備改進(jìn)的依據(jù);所述模擬試驗(yàn)的工藝參數(shù)包括所述模擬盾構(gòu)機(jī)I的泥水倉壓力、模擬盾構(gòu)機(jī)I的推進(jìn)推力、模擬盾構(gòu)機(jī)I的刀盤扭矩和泥水循環(huán)管路6的壓力。
[0043]采用上述模擬盾構(gòu)機(jī)I和施工參數(shù)切削塑料排水板2的結(jié)果顯示，塑料排水板I斷裂為長度為50-100cm的碎片，增大的刀盤開口率使得切斷的塑料排水板2順利進(jìn)入泥水倉，同時，部分塑料排水板2沿著出泥管路排出。本發(fā)明良好的實(shí)現(xiàn)了對軟土盾構(gòu)切削塑料排水板的各種實(shí)際工況的模擬。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種軟土盾構(gòu)切削塑料排水板的模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括模擬盾構(gòu)機(jī)、泥水循環(huán)管路、進(jìn)泥栗、排泥栗、泥漿池和塑料排水板，所述模擬盾構(gòu)機(jī)設(shè)有進(jìn)出泥管路，該進(jìn)出泥管路通過所述進(jìn)泥栗、排泥栗和泥水循環(huán)管路與所述泥漿池連接，形成試驗(yàn)?zāi)嗨难h(huán)回路，所述塑料排水板通過半固定夾具設(shè)置于所述模擬盾構(gòu)機(jī)的挖掘路徑上。2.如權(quán)利要求1所述的軟土盾構(gòu)切削塑料排水板的模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的進(jìn)出泥管路為內(nèi)外套筒式，包括內(nèi)管和套置于該內(nèi)管之外的外管，所述內(nèi)管為出泥管路，其內(nèi)徑不小于150_，所述內(nèi)管與外管之間的空隙為進(jìn)泥管路。3.如權(quán)利要求1所述的軟土盾構(gòu)切削塑料排水板的模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的模擬盾構(gòu)機(jī)為泥水平衡盾構(gòu)。4.如權(quán)利要求1所述的軟土盾構(gòu)切削塑料排水板的模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的模擬盾構(gòu)機(jī)的刀盤開口率為40%以上，該模擬盾構(gòu)機(jī)的切削刀為貝殼刀，刀具軌跡間距為100mm-200mmo5.如權(quán)利要求1所述的軟土盾構(gòu)切削塑料排水板的模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的塑料排水板的長度為2-3m，寬度為100mm。6.—種采用權(quán)利要求1所述裝置實(shí)現(xiàn)的軟土盾構(gòu)切削塑料排水板的模擬試驗(yàn)方法，其特征在于，通過所述進(jìn)泥栗將所述泥漿池內(nèi)的試驗(yàn)?zāi)酀{送入所述模擬盾構(gòu)機(jī)的泥水倉，該模擬盾構(gòu)機(jī)的刀盤切削土體和塑料排水板，所述排泥栗將切削后的含有塑料排水板碎片的泥漿抽送至所述泥漿池;所述模擬試驗(yàn)方法包括下列步驟: 1)安裝所述模擬試驗(yàn)裝置，通過所述半固定夾具將所述塑料排水板固定于所述模擬盾構(gòu)機(jī)的挖掘路徑上； 2)設(shè)定所述模擬盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度、刀盤的轉(zhuǎn)速以及進(jìn)泥栗和排泥栗的轉(zhuǎn)速； 3)啟動所述模擬盾構(gòu)機(jī)沿挖掘路徑進(jìn)行掘進(jìn)和切削土體，并切斷所遇到的塑料排水板； 4)記錄模擬試驗(yàn)中所述模擬盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的全過程，并且采集模擬試驗(yàn)的工藝參數(shù)，作為施工風(fēng)險(xiǎn)困難評估以及施工方案和裝備改進(jìn)的依據(jù)。7.如權(quán)利要求6所述的軟土盾構(gòu)切削塑料排水板的模擬試驗(yàn)方法，其特征在于:所述步驟I)中，調(diào)整所述半固定夾具對塑料排水板的夾緊力，以模擬實(shí)際工況中不同長度的塑料排水板與土體之間的摩阻力。8.如權(quán)利要求6所述的軟土盾構(gòu)切削塑料排水板的模擬試驗(yàn)方法，其特征在于:所述步驟2)中，所述模擬盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度設(shè)定為2cm/min，刀盤的轉(zhuǎn)速設(shè)定為5-6r/min。9.如權(quán)利要求6所述的軟土盾構(gòu)切削塑料排水板的模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述步驟3)中，所述的泥水循環(huán)管路中的泥水流速大于2m/s，所述模擬盾構(gòu)機(jī)的泥水倉壓力為0.05Mpa。10.如權(quán)利要求6所述的軟土盾構(gòu)切削塑料排水板的模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述步驟4)中，所述模擬試驗(yàn)的工藝參數(shù)包括所述模擬盾構(gòu)機(jī)的泥水倉壓力、模擬盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)推力、模擬盾構(gòu)機(jī)的刀盤扭矩和泥水循環(huán)管路的壓力。
【文檔編號】G09B25/00GK105957435SQ201610524044
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月6日
【發(fā)明人】張弛, 何人, 吳惠明, 徐天明, 李欽, 莊欠偉, 楊正, 彭世寶, 陳哲, 陸曉華
【申請人】上海盾構(gòu)設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究中心有限公司, 上海隧道工程有限公司