一种盾构刀盘泥饼崩解性评价方法和系统

本发明属于盾构施工，尤其涉及一种盾构刀盘泥饼崩解性评价方法和系统。

背景技术：

1、盾构机在粘性地层中施工时刀盘结泥饼现象普遍存在，且会给掘进造成各种困难。泥饼是土体被盾构刀盘切削下来的细小颗粒、碎屑滞留在掌子面与刀盘之间，受到刀盘的不断挤压、摩擦而重新聚集成块并粘附在刀盘或刀具上，进而形成的半固结或固结的块状体。工程中的刀盘结泥饼会造成：刀具贯入度不断降低，刀具切削土体能力下降且易造成偏磨；刀具偏磨导致局部高温，使得刀具周围泥饼进一步固化，形成恶性循环；另外，泥饼的存在易造成刀盘开口及出土装置堵塞，导致盾构扭矩过大、刀盘磨损严重等问题，严重影响施工效率，使得盾构机无法正常掘进。目前泥饼的去除大多需要开仓人工清理，所需成本高，时间长，清理不彻底且安全性难以保证。因此，研究泥水盾构刀盘泥饼的崩解性会给盾构掘进粘性地层时刀盘结泥饼的防治与去除提供参考意见，有利于隧道施工安全高效进行。

2、穿越粘性地层盾构刀盘结泥饼与泥饼清理是困扰工程界难题，它的出现事关掘进的安全性、工程的经济性和施工进度的合理性。目前已有一些国内外学者对泥饼形成机理、泥饼防治措施进行了相关研究，但在盾构刀盘所结泥饼崩解性研究和适应性的泥饼清除方法方面研究较少，未形成能有效的盾构刀盘泥饼崩解性的评价标准与适应性的泥饼清除方法。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，提供一种盾构刀盘泥饼崩解性评价方法和系统，使得能够对盾构掘进时刀盘所结泥饼的崩解性进行定量化评价。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种盾构刀盘泥饼崩解性评价方法，包括以下步骤：

4、步骤s1、获取泥饼式样试验的第一评价参数α、第二评价参数γ、第三评价参数β；

5、步骤s2、根据第一评价参数α、第二评价参数γ、第三评价参数β，得到评价泥饼的崩解性和去除难易程度的综合评价参数θ。

6、作为优选，第一评价参数α的计算公式为：

7、

8、其中，ip为泥饼样本的塑性指数，w为泥饼样本的含水率，p1、p2、p3、p4、p5为常数。

9、作为优选，第二评价参数γ通过泥饼浸泡崩解试验获取，用于表征泥饼在水的浸泡作用下的分解特性。

10、作为优选，第三评价参数β通过泥饼与金属刀盘的界面脱离试验获取，用于表征泥饼与金属刀盘的粘结特性。

11、作为优选，综合评价参数θ通过如下公式计算：

12、

13、本发明还提供一种盾构刀盘泥饼崩解性评价系统，包括：

14、参数获取装置，用于获取泥饼式样试验的第一评价参数α、第二评价参数γ、第三评价参数β；

15、参数评价装置，用于根据第一评价参数α、第二评价参数γ、第三评价参数β，得到评价泥饼的崩解性和去除难易程度的综合评价参数θ。

16、作为优选，第一评价参数α的计算公式为：

17、

18、其中，ip为泥饼样本的塑性指数，w为泥饼样本的含水率，p1、p2、p3、p4、p5为常数。

19、作为优选，第二评价参数γ通过泥饼浸泡崩解试验获取，用于表征泥饼在水的浸泡作用下的分解特性。

20、作为优选，第三评价参数β通过泥饼与金属刀盘的界面脱离试验获取，用于表征泥饼与金属刀盘的粘结特性。

21、作为优选，综合评价参数θ通过如下公式计算：

22、

23、本发明获取泥饼式样试验的第一评价参数α、第二评价参数γ、第三评价参数β；根据第一评价参数α、第二评价参数γ、第三评价参数β，得到评价泥饼的崩解性和去除难易程度的综合评价参数θ；采用本发明技术方案，使得能够对盾构掘进时刀盘所结泥饼的崩解性进行定量化评价，能直观准确反应不同地层、不同工况下刀盘所结泥饼清理的难易程度，为采取适应性的合理有效泥饼清理方法提供参考依据。

技术特征：

1.一种盾构刀盘泥饼崩解性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的盾构刀盘泥饼崩解性评价方法，其特征在于，第一评价参数α的计算公式为：

3.如权利要求2所述的盾构刀盘泥饼崩解性评价方法，其特征在于，第二评价参数γ通过泥饼浸泡崩解试验获取，用于表征泥饼在水的浸泡作用下的分解特性。

4.如权利要求3所述的盾构刀盘泥饼崩解性评价方法，其特征在于，第三评价参数β通过泥饼与金属刀盘的界面脱离试验获取，用于表征泥饼与金属刀盘的粘结特性。

5.如权利要求4所述的盾构刀盘泥饼崩解性评价方法，其特征在于，综合评价参数θ通过如下公式计算：

6.一种盾构刀盘泥饼崩解性评价系统，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的盾构刀盘泥饼崩解性评价系统，其特征在于，第一评价参数α的计算公式为：

8.如权利要求7所述的盾构刀盘泥饼崩解性评价系统，其特征在于，第二评价参数γ通过泥饼浸泡崩解试验获取，用于表征泥饼在水的浸泡作用下的分解特性。

9.如权利要求8所述的盾构刀盘泥饼崩解性评价系统，其特征在于，第三评价参数β通过泥饼与金属刀盘的界面脱离试验获取，用于表征泥饼与金属刀盘的粘结特性。

10.如权利要求9所述的盾构刀盘泥饼崩解性评价系统，其特征在于，综合评价参数θ通过如下公式计算：

技术总结
本发明公开一种盾构刀盘泥饼崩解性评价方法和系统，包括：步骤S1、获取泥饼式样试验的第一评价参数α、第二评价参数γ、第三评价参数β；步骤S2、根据第一评价参数α、第二评价参数γ、第三评价参数β，得到评价泥饼的崩解性和去除难易程度的综合评价参数θ。采用本发明技术方案，使得能够对盾构掘进时刀盘所结泥饼的崩解性进行定量化评价。

技术研发人员：李树忱,李振,彭科峰,王修伟,童里,周慧颖,王曼灵,韩勇,王馨,陈祎
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25