CN110206551A - 可实现泥水平衡式盾构模型机泥水循环的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可实现泥水平衡式盾构模型机泥水循环的装置和方法，属于泥水盾构模型机技术领域。包括泥浆制备单元，用于制备泥浆；所述泥浆制备单元通过泥浆输送单元连通盾构模型机；所述泥浆输送单元，用于将所述泥浆制备单元制备的泥浆输送至所述盾构模型机内；其中，所述盾构模型机内设有进浆挡板和旋转挡板；所述盾构模型机的出浆口连通有泥浆收集单元；所述泥浆收集单元，用于收集由所述盾构模型机产生的泥浆。本发明装置结构简单，造价低廉，方便好用；利用本发明所述的装置实施所述的试验方法，可在小规模的室内模型试验中实现泥水循环功能。
Description
技术领域
本发明涉及泥水平衡式盾构模型机技术领域，具体涉及一种可实现泥水平衡式盾构模型机泥水循环的装置和方法。
背景技术
越江海隧道具有不受气候影响、通行能力稳定、抵抗战争破坏强以及不破坏航运等特点，日益成为城市、地区、甚至国家之间的重要连接手段和交通命脉。英法海底隧道、东京湾海底隧道和以及我国的多条穿越长江、黄河、珠江的隧道都在其所在国家、地区和城市中承担着不可或缺的使命。
我国采用盾构法已建设了多条越江海公路、铁路以及轨道交通隧道，例如：武汉长江隧道、上海长江隧道、南京长江隧道、杭州钱江隧道、珠江狮子洋高铁隧道等。
泥水平衡盾构对于隧道盾构开挖面的稳定性的控制有着其先天的优势，而越江跨海隧道在建设过程中开挖面失稳是最大的风险源，因此，越江跨海隧道的建设多以泥水平衡盾构为主。以琼州海峡隧道为技术背景，盾构隧道建设面临诸多挑战，目前国内许多学者针对盾构机的掘进环境进行过许多模拟试验，有现场试验也有模型试验和数值模拟，但未见在模型盾构机中实现泥水循环这一功能。
泥水循环功能是泥水平衡盾构独有的，没有此功能，无法称之为泥水平衡盾构，这是最根本的问题，然而目前模型盾构机领域，由于尺寸小无法像真实盾构机一样去设置相应的泥水循环的配件。越江海隧道建设多采用泥水平衡盾构。然而随着工程水压逐渐增大，无法找到类似工程进行借鉴，从而模型试验成为了最重要的研究方法。无论是工程应用还是科学研究，在模型盾构机中实现泥水循环这一功能刻不容缓。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可实现泥水平衡式盾构模型机泥水循环的装置，以解决上述背景技术中的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一方面，本发明提供一种可实现泥水平衡式盾构模型机泥水循环的装置，包括：
泥浆制备单元，用于制备泥浆；所述泥浆制备单元通过泥浆输送单元连通盾构模型机；
所述泥浆输送单元，用于将所述泥浆制备单元制备的泥浆输送至所述盾构模型机内；其中，所述盾构模型机的进浆口处设有进浆挡板，所述盾构模型机的出浆口处设有旋转挡板；
所述盾构模型机的出浆口连通有泥浆收集单元；
所述盾构模型机在试验过程中，所述泥浆输送单元输入的泥浆混合开挖土体通过所述旋转挡板将泥浆输入至泥浆收集单元；
所述泥浆收集单元，用于收集由所述盾构模型机的旋转挡板处产生的泥浆。
优选的，所述泥浆制备单元包括：
泥浆桶，所述泥浆桶内设有搅拌桨，所述泥浆桶的上方设有驱动电机，所述驱动电机的驱动轴连接所述搅拌桨；
所述泥浆桶的顶端通过输浆管连接有泥浆泵，所述泥浆泵的输出端通过所述输浆管连通所述盾构模型机的进浆口；
所述泥浆泵和所述盾构模型机间的输浆管上设有控制阀和流量计。
优选的，所述泥浆泵和所述控制阀之间设有蓄能器。
优选的，所述泥浆收集单元包括：
与所述盾构模型机的出浆口连通的出浆管，所述出浆管伸出所述盾构模型机的一端的径向端面上连通有出浆收集桶；所述出浆管内设有弹簧软轴，所述弹簧软轴的一端连接软轴驱动装置。
优选的，所述控制阀为电动球阀。
优选的，所述流量计为电磁流量计。
优选的，所述电动球阀和所述电磁流量计共同连接一PLC控制器。
优选的，所述输浆管由耐高压油管一体制成。
优选的，所述出浆管由耐高压油管一体制成。
另一方面，本发明提供一种利用如上所述的装置实现泥水平衡式盾构模型机泥水循环的方法，包括如下步骤：
步骤S110：将膨润土与水按照1:9的比例进行泥水制备；
步骤S120：将制备好的泥水倒入泥浆桶中，并启动驱动电机带动搅拌桨对泥浆进行搅拌，保证泥浆不沉淀；
步骤S130：分别启动泥浆泵、电磁流量计、软轴驱动装置，并将电动球阀设定一定的开口度；
步骤S140：实时观测泥水循环情况，以及软轴驱动装置的运行状况，并通过对出浆浆液的粘度来了解泥水循环的排土情况。
本发明有益效果：装置结构简单，造价低廉，方便好用；利用本发明所述的装置实施所述的试验方法，可避免泥水循环堵塞，更好的控制泥浆压力，在小规模的室内模型试验中实现泥水循环功能。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所述的可实现泥水平衡式盾构模型机泥水循环的装置的结构示意图。
其中：1-盾构模型机；2-进浆挡板；3-旋转挡板；4-泥浆桶；5-搅拌桨；6-驱动电机；7-输浆管；8-泥浆泵；9-控制阀；10-流量计； 11-出浆管；12-出浆收集桶；13-弹簧软轴；14-软轴驱动装置；15-蓄能器。
具体实施方式
下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语 (包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。
实施例
如图1所示，本发明实施例提供一种可实现泥水平衡式盾构模型机泥水循环的装置，包括：
泥浆制备单元，用于制备泥浆；所述泥浆制备单元通过泥浆输送单元连通盾构模型机；
所述泥浆输送单元，用于将所述泥浆制备单元制备的泥浆输送至所述盾构模型机1内；其中，所述盾构模型机1的进浆口处设有进浆挡板 2，所述盾构模型机1的出浆口处设有旋转挡板3。
其中，进浆挡板和旋转挡板的设置是本领域现有的技术，结构较为简单。
进浆挡板设置于模型盾构机的出浆口，作用是防止输入的泥浆对盾构开挖面进行冲刷。
旋转挡板是一带孔圆形挡板，由于模型尺寸较小，导致出浆管的直径较小，为了防止出口堵塞，故设置旋转挡板。
所述盾构模型机1的出浆口连通有泥浆收集单元；
所述盾构模型机1在试验过程中，所述泥浆输送单元输入的泥浆混合开挖土体通过所述旋转挡板3将泥浆输入至泥浆收集单元；
所述泥浆收集单元，用于收集由所述盾构模型机1的旋转挡板3处产生的泥浆。
所述泥浆制备单元包括：
泥浆桶4，所述泥浆桶4内设有搅拌桨5，所述泥浆桶4的上方设有驱动电机6，所述驱动电机6的驱动轴连接所述搅拌桨5；
所述泥浆桶4的顶端通过输浆管7连接有泥浆泵8，所述泥浆泵8的输出端通过所述输浆管7连通所述盾构模型机1的进浆口；
所述泥浆泵8和所述盾构模型机1间的输浆管7上设有控制阀9和流量计10。
所述泥浆泵8和所述控制阀9之间设有蓄能器15。
所述泥浆收集单元包括：
与所述盾构模型机1的出浆口连通的出浆管11，所述出浆管11伸出所述盾构模型机1的一端的径向端面上连通有出浆收集桶12；所述出浆管12内设有弹簧软轴13，所述弹簧软轴13的一端连接软轴驱动装置14。
所述控制阀9为电动球阀。
所述流量计10为电磁流量计。
所述电动球阀9和所述电磁流量计10共同连接一PLC控制器。
所述输浆管7由耐高压油管一体制成。
所述出浆管12由耐高压油管一体制成。
其中，所述耐高压油管又称高压钢丝缠绕油管，主要由内胶层、中胶层、四层或多层交替缠绕的钢丝增强层和外胶层组成。内胶层具有使输送介质承受压力，保护钢丝不受侵蚀的作用，外胶层保护钢丝不受损伤，钢丝(ф0.3-2.0增强层)层是骨架材料起增强作用。
本发明实施例利用上述的装置实现泥水平衡式盾构模型机泥水循环的方法，包括如下步骤：
步骤S110：将膨润土与水按照1:9的比例进行泥水制备；
步骤S120：将制备好的泥水倒入泥浆桶4中，并启动驱动电机6带动搅拌桨5对泥浆进行搅拌，保证泥浆不沉淀；
步骤S130：分别启动泥浆泵8、电磁流量计、软轴驱动装置14，并将电动球阀设定一定的开口度；
步骤S140：实时观测泥水循环情况，以及软轴驱动装置的运行状况，并通过对出浆浆液的粘度来了解泥水循环的排土情况。
综上所述，本发明实施例所述的装置结构简单，造价低廉，方便好用；利用本发明所述的装置实施所述的试验方法，可避免泥水循环堵塞，更好的控制泥浆压力，在小规模的室内模型试验中实现泥水循环功能。
本领域普通技术人员可以理解：本发明实施例中的装置中的部件可以按照实施例的描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种可实现泥水平衡式盾构模型机泥水循环的装置，其特征在于，包括：
泥浆制备单元，用于制备泥浆；所述泥浆制备单元通过泥浆输送单元连通盾构模型机；
所述泥浆输送单元，用于将所述泥浆制备单元制备的泥浆输送至所述盾构模型机(1)内；其中，所述盾构模型机(1)的进浆口处设有进浆挡板(2)，所述盾构模型机(1)的出浆口处设有旋转挡板(3)；
所述盾构模型机(1)的出浆口连通有泥浆收集单元；
所述盾构模型机(1)在试验过程中，所述泥浆输送单元输入的泥浆混合开挖土体通过所述旋转挡板(3)将泥浆输入至泥浆收集单元；
所述泥浆收集单元，用于收集由所述盾构模型机(1)的旋转挡板(3)处产生的泥浆。
2.根据权利要求1所述的可实现泥水平衡式盾构模型机泥水循环的装置，其特征在于，所述泥浆制备单元包括：
泥浆桶(4)，所述泥浆桶(4)内设有搅拌桨(5)，所述泥浆桶(4)的上方设有驱动电机(6)，所述驱动电机(6)的驱动轴连接所述搅拌桨(5)；
所述泥浆桶(4)的顶端通过输浆管(7)连接有泥浆泵(8)，所述泥浆泵(8)的输出端通过所述输浆管(7)连通所述盾构模型机(1)的进浆口；
所述泥浆泵(8)和所述盾构模型机(1)间的输浆管(7)上设有控制阀(9)和流量计(10)。
3.根据权利要求2所述的可实现泥水平衡式盾构模型机泥水循环的装置，其特征在于：所述泥浆泵(8)和所述控制阀(9)之间设有蓄能器(15)。
4.根据权利要求1所述的可实现泥水平衡式盾构模型机泥水循环的装置，其特征在于，所述泥浆收集单元包括：
与所述盾构模型机(1)的出浆口连通的出浆管(11)，所述出浆管(11)伸出所述盾构模型机(1)的一端的径向端面上连通有出浆收集桶(12)；所述出浆管(12)内设有弹簧软轴(13)，所述弹簧软轴(13)的一端连接软轴驱动装置(14)。
5.根据权利要求2所述的可实现泥水平衡式盾构模型机泥水循环的装置，其特征在于：所述控制阀(9)为电动球阀。
6.根据权利要求5所述的可实现泥水平衡式盾构模型机泥水循环的装置，其特征在于：所述流量计(10)为电磁流量计。
7.根据权利要求6所述的可实现泥水平衡式盾构模型机泥水循环的装置，其特征在于：所述电动球阀(9)和所述电磁流量计(10)共同连接一PLC控制器。
8.根据权利要求2所述的可实现泥水平衡式盾构模型机泥水循环的装置，其特征在于：所述输浆管(7)由耐高压油管一体制成。
9.根据权利要求4所述的可实现泥水平衡式盾构模型机泥水循环的装置，其特征在于：所述出浆管(12)由耐高压油管一体制成。
10.一种利用权利要求1-9任一项所述的装置实现泥水平衡式盾构模型机泥水循环的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S110：将膨润土与水按照1:9的比例进行泥水制备；
步骤S120：将制备好的泥水倒入泥浆桶(4)中，并启动驱动电机(6)带动搅拌桨(5)对泥浆进行搅拌，保证泥浆不沉淀；
步骤S130：分别启动泥浆泵(8)、电磁流量计、软轴驱动装置(14)，并将电动球阀设定一定的开口度；
步骤S140：实时观测泥水循环情况，以及软轴驱动装置的运行状况，并通过对出浆浆液的粘度来了解泥水循环的排土情况。
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