盾构地层适应性测试仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及盾构地层测试装置，具体涉及一种盾构地层适应性测试仪。
【背景技术】
[0002]盾构法作为一种较为成熟的地铁施工手段已经广泛应用于我国的城市地铁或过江隧道的修建中。随着开挖地层土体的日益复杂，土体性质对于盾构掘进的影响也越来越大，例如在硬塑性粘土地层中掘进时，由于土体塑流性差，土体在土舱内无法及时排出，时常会出现盾构推力、刀盘扭矩异常增大，推进速度缓慢等现象；在石英含量较高的砂土地层或者粒径较大的砂卵石地层中掘进时，刀具和刀盘磨损严重，推进速度减慢甚至需要停机更换刀具。因此需要提前对待开挖土层进行适应性测试，检测盾构切削过程中刀盘和刀具的各项运行参数并作相应调整，以使盾构能够在地层中正常掘进。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种盾构地层适应性测试仪，该测试仪通过在筒形土箱两端设置刀盘和反力顶板以构成密封舱进行土体切削试验，并通过设置于刀盘和反力顶板上的各传感器实时监测测试仪的运行参数。
[0004]本实用新型目的实现由以下技术方案完成:
[0005]一种盾构地层适应性测试仪，其特征在于所述测试仪包括两端具有隔板的筒形土箱，所述筒形土箱内的一端设置有可沿轴向进退的刀盘，所述刀盘由贯穿该端所述隔板的传动轴驱动旋转，所述筒形土箱的另一端设置有可沿轴向进退的反力顶板，所述反力顶板由贯穿该端所述隔板的反力油缸顶推；其中，所述传动轴上设置有扭矩转速传感器，所述刀盘以及所述反力顶板上设置有土压力传感器和孔隙水压力传感器。
[0006]所述筒形土箱上具有进土口、出土口、排水孔以及钢化玻璃观察孔。
[0007]所述筒形土箱的出土口下方设置有流动性测试装置，所述流动性测试装置包括称重传感器以及位于所述称重传感器上的量杯。
[0008]所述传动轴内设置有添加剂注入管，所述添加剂注入管的一端与所述刀盘的中心孔相连通，另一端与外部的土体改良剂泵送装置相连通。
[0009]所述筒形土箱上开设有添加剂注入口。
[0010]所述刀盘为辐条式刀盘，其上设置有应变花。
[0011]本实用新型的优点是，目前现有的测试装置多为模型试验，而本装置为测试仪器，其可以测试的土层条件和埋深范围广泛，实时监测所获取的参数全面且准确度高，适用于测试土压盾构或泥水盾构。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型中测试仪的立体示意图；
[0013]图2为本实用新型中测试仪的剖面图；
[0014]图3为本实用新型中测试仪前端面上的传感器分布示意图；
[0015]图4为本实用新型中测试仪后端面上的传感器分布示意图；
[0016]图5为本实用新型中刀盘的前视图；
[0017]图6为本实用新型中刀盘的后视图。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图通过实施例对本实用新型的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解:
[0019]如图1-6，图中标记1-35分别为:反力油缸1、隔板2、反力顶板3、土箱4、刀盘5、刀具6、传动轴7、顶进导向支架8、变频电动机9、顶进支架10、添加剂注入管11、液压站12、底座支架13、扭矩转速传感器14、推力轴承15、添加剂注入口 16、预留孔17、单向阀18、土压传感器19、孔隙水压力传感器20、进土口 21、出土口 22、量杯23、称重传感器24、万向轮25、顶进油缸26、电控柜27、钢化玻璃观察窗28、面板29、刀具30、内支架31、外支架32、辐条33、搅拌棒34、应变花35。
[0020]实施例:本实施例具体涉及一种盾构地层适应性测试仪，该测试仪用于评价盾构的地层适应性，从而为盾构选型、盾构掘进以及地层改良方法提供良好的借鉴。
[0021]如图1、2所示，本实施例中盾构地层适应性测试仪的主体为土箱4，其前端面和后端面上分别固定设置有隔板2以构成封闭筒状；在土箱4内的前端设置有可沿轴向进退的刀盘5，刀盘5具体是由贯穿前端面隔板2中心的传动轴7驱动旋转的，且在土箱4内的后端设置有可沿轴向进退的反力顶板3，反力顶板3具体是由贯穿后端面隔板2中心的反力油缸I驱动的；前述的刀盘5与反力顶板3共同在土箱4中构成密封舱。
[0022]如图1、2所示，土箱4的上部设置有进土口 21，下部设置有出土口 22，侧壁面上则开设有钢化玻璃观察窗28以供观察。如图3所示，在前部的刀盘5上设置有土压传感器19及孔隙水压力传感器20，同时在隔板2上还设置有添加剂注入口 16以及预留孔17，其中添加剂注入口 16以及预留孔17均为上、下两个孔，预留孔17可接泥浆系统用于评价泥水盾构的地层适应性问题。如图4所示，在反力顶板3上同样设置有土压传感器19以及孔隙水压力传感器20。
[0023]如图1、2所示，传动轴7顶端贯穿前端面隔板2的中心并与刀盘5同轴固定，传动轴7的末端与动力部分相连接以将动力部分的进退和旋转动力传递到与之连接的刀盘5上以驱动刀盘5，在传动轴7内设置有沿其轴向布置的添加剂注入管11，添加剂注入管11的顶端与刀盘5的中心孔相连通，末端与外部的土体改良剂泵送装置相连通，以向密封舱内的土体注入添加剂。动力部分主要包括变频电动机9、扭矩转速传感器14、推力轴承15以及顶进油缸26，变频电动机9经传动轴7向刀盘5提供旋转动力，并通过调节不同的频率来调节变频电动机9的转速，同时通过扭矩转速传感器14测量电动机的扭矩和转速，顶进油缸26提供刀盘5掘进和后退的动力，并通过推力轴承15向前传递，其中，传动轴7经顶进导向支架8支撑，变频电动机9经顶进支架10支撑，液压站12与顶进油缸26相连接并提供液压动力，电控柜27与变频电动机9相连接并对其进行控制。
[0024]如图1、2、5、6所示，刀盘5主要由辐条33、刀具30、面板29、搅拌棒34、内支架31、外支架32以及应变花35组成，工作时可以通过改变六块面板29的大小来调整刀盘5的开口率，通过在辐条33的背部贴应变花35来测量刀盘5的应变，同时通过测量刀具30质量的变化以测量其磨损情况。
[0025]如图1、2所示，反力油缸I贯穿后端面隔板2的中心孔并与反力顶板3同轴固定，反力顶板3由反力油缸I驱动其顶进或后退。
[0026]如图1、2所示，在土箱4的出土口 22下方设置有流动性测试装置，该流动性测试装置包括量杯23和称重传感器24，量杯23设置于称重传感器24上，当刀盘5切削一段距离后，打开出土口 22，记录固定时间内改良土体流出的重量，以此在测定改良后土体的流动性。
[0027]如图1、2所示，上述所有部件均安装固定于底座支架13上，且底座支架13底部具有万向轮25，测试仪可通过万向轮25进行自由走行。
[0028]如图1-6所示，本实施例中盾构地层适应性测试仪的工作测试方法为:
[0029]a.将配好的重塑土从进土口 21加入土箱4中，即刀盘5与反力顶板3之间的空间内，之后关上进土口 21 ；
[0030]b.启动反力油缸1，通过反力油缸I顶进反力顶板3以将土箱4中的土压力加力至所需值，记录这一过程中的反力油缸I的顶力及行程；同时通过反力顶板3上的土压传感器19和孔隙水压力传感器20实时反映土箱4中的土压力值和孔隙水压力值；
[0031]c.启动变频电动机9和顶进油缸26以驱动刀盘5在土体中旋转切削前进，在这一过程中通过扭矩转速传感器14测量变频电动机9的扭矩及转速，以及顶进油缸26的顶力、行程以及速度；
[0032]d.启动添加剂注入系统向土箱4中的土体内注入添加剂，即添加剂注入管11和添加剂注入口 16 ；
[0033]e.切削完成后打开土箱4的出土口 22，并通过量杯23和称重传感器24记录一定时间内土体流出的重量；
[0034]f.最后清理土箱4内土体，并将刀盘5退至初始位置。
[0035]本实施例的优点在于，本装置可以针对不同的地层、不同的埋深进行地层适应性试验；可以测试较多的施工参数；与此同时该装置既可以在工程未开工前，先进行预试验，辅助盾构选型，又可以在工程施工过程中，直接将装置放置盾构车架上，实时检验盾构出土改良状况，以此反馈盾构司机对目前施工参数进行调整；同时，装置前端板上预留两个孔，可接上泥浆系统用于评价泥水盾构的地层适应性问题；此外，目前现有的测试装置多为模型试验，而本装置为测试仪器，其标准化程度和应用推广程度更高；本装置可以测试的土层条件和埋深范围更加广泛；可以测量的参数更全面更精细；本装置既可以测试土压盾构又可以测试泥水盾构；本装置既可以用于前期盾构选型，又可以用于后期施工实时检测反馈；本装置既可以用于室内试验，又可以用于现场试验。
[0036]本装置可以辅助我们前期盾构选型更为恰当、盾构施工参数更为合适、土体改良方法更为有效，提前辅助我们规避风险，对改善盾构施工有突出的效果。
【主权项】
1.一种盾构地层适应性测试仪，其特征在于所述测试仪包括两端具有隔板的筒形土箱，所述筒形土箱内的一端设置有可沿轴向进退的刀盘，所述刀盘由贯穿该端所述隔板的传动轴驱动旋转，所述筒形土箱的另一端设置有可沿轴向进退的反力顶板，所述反力顶板由贯穿该端所述隔板的反力油缸顶推；其中，所述传动轴上设置有扭矩转速传感器，所述刀盘以及所述反力顶板上设置有土压力传感器和孔隙水压力传感器。2.根据权利要求1所述的一种盾构地层适应性测试仪，其特征在于所述筒形土箱上具有进土 口、出土口、排水孔以及钢化玻璃观察孔。3.根据权利要求2所述的一种盾构地层适应性测试仪，其特征在于所述筒形土箱的出土口下方设置有流动性测试装置，所述流动性测试装置包括称重传感器以及位于所述称重传感器上的量杯。4.根据权利要求1所述的一种盾构地层适应性测试仪，其特征在于所述传动轴内设置有添加剂注入管，所述添加剂注入管的一端与所述刀盘的中心孔相连通，另一端与外部的土体改良剂泵送装置相连通。5.根据权利要求1所述的一种盾构地层适应性测试仪，其特征在于所述筒形土箱上开设有添加剂注入口。6.根据权利要求1所述的一种盾构地层适应性测试仪，其特征在于所述刀盘为辐条式刀盘，其上设置有应变花。
【专利摘要】本实用新型公开了一种盾构地层适应性测试仪，其特征在于所述测试仪包括两端具有隔板的筒形土箱，所述筒形土箱内的一端设置有可沿轴向进退的刀盘，所述刀盘由贯穿该端所述隔板的传动轴驱动旋转，所述筒形土箱的另一端设置有可沿轴向进退的反力顶板，所述反力顶板由贯穿该端所述隔板的反力油缸顶推；其中，所述传动轴上设置有扭矩转速传感器，所述刀盘以及所述反力顶板上设置有土压力传感器和孔隙水压力传感器。本实用新型的优点是，目前现有的测试装置多为模型试验，而本装置为测试仪器，其可以测试的土层条件和埋深范围广泛，实时监测所获取的参数全面且准确度高，适用于测试土压盾构或泥水盾构。
【IPC分类】E21B49/00
【公开号】CN204646225
【申请号】CN201520347146
【发明人】陈立生, 赵国强, 龚叶峰, 卢礼顺, 徐伟忠, 陈佳璋
【申请人】上海城建市政工程（集团）有限公司
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年5月26日