一种用于盾构机盾尾油脂压力检测的试验系统及试验方法与流程

本发明属于盾构，具体涉及一种用于盾构机盾尾油脂压力检测的试验系统及试验方法。

背景技术：

1、盾尾密封防水是确保盾构区间工程施工顺利的重要环节之一，国内外已发生多项事故，因此盾尾密封性能至关重要。其中盾尾油脂密封系统主要是由盾尾刷以及在盾尾刷之间的油脂腔内充填油脂组成，通过油脂腔内的油脂与盾尾的水土保持压力平衡以达到密封效果，但是目前检测油脂腔内油脂压力的压力传感器大部分布置于油脂注入口处，实际施工过程中无法准确得到油脂腔内的油脂压力，进而无法准确控制油脂注入泵的油脂注入压力推荐值，目前油脂注入泵的油脂注入压力推荐值主要根据经验确定，导致无法保证油脂腔内的油脂压力能够满足安全要求。

2、另外，由于地铁施工情况变化多样复杂，不同地层条件对应的水土压力也各不相同，针对不同水土压力的情况，油脂注入泵的油脂注入压力推荐值目前也并无较为准确的方法或经验。同时，隧道管片的材料会根据不同项目作出变化，隧道管片的材料对于盾构过程中油脂腔内油脂压力的影响目前也研究较少。

3、综上，对于盾尾油脂密封系统密封性能的检测缺少定量式的检测方法，目前所检测的油脂腔内油脂压力与油脂腔内的实际油脂压力及盾尾刷实际所受压力存在差异，在实际施工过程中容易出现安全问题。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的缺陷，本发明提供一种用于盾构机盾尾油脂压力检测的试验系统及试验方法，通过该试验系统能模拟实际盾构施工过程中不同水土压力下各油脂腔内的油脂平均压力变化衰减规律，并便于控制不同水土压力下的油脂注入压力推荐值。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种用于盾构机盾尾油脂压力检测的试验系统，包括水平且呈圆筒形的盾壳和隧道管片，所述隧道管片布置于盾壳内，所述盾壳与隧道管片之间的间隙处沿盾构机模拟前进方向依次布置活塞和多道与盾壳固定连接的盾尾刷，相邻两道所述盾尾刷与盾壳以及隧道管片之间围成油脂腔，所述油脂腔内在盾尾刷和盾壳上分别设置有与油脂压力处理器连接的第一油脂压力传感器，所述隧道管片外周面上沿轴向设置多个与油脂压力处理器连接的第二油脂压力传感器，所述活塞与相应盾尾刷、盾壳以及隧道管片之间围成水土压力模拟腔，所述盾壳上在与各油脂腔对应的位置处设有与油脂注入泵连接的盾尾油脂注入孔，并在与所述水土压力模拟腔对应的位置处设有与液压油注入泵连接的液压油注入孔，所述隧道管片通过升降微调部件驱动相对盾壳升降，微调与所述盾壳之间的竖直间距，所述隧道管片通过伸缩驱动部件驱动相对盾壳水平运动，模拟实际盾构过程中盾构机与隧道管片之间的相对运动。

4、进一步地，所述盾壳放置于支撑台上，所述盾壳的两端对称布置有顶紧组件，两个所述顶紧组件配合将盾壳顶紧并固定于支撑台上；所述顶紧组件包括第一缸体和水平的液压伸缩杆，所述第一缸体固定于支撑台上，所述液压伸缩杆的自由端与盾壳的相应一端固定连接。

5、进一步地，所述隧道管片外周面上在各第二油脂压力传感器的位置处均设有与相应第二油脂压力传感器结构尺寸相适配的安装凹槽，各所述第二油脂压力传感器设置于相应的安装凹槽内。

6、进一步地，所述隧道管片的一端伸至盾壳的相应一端外侧，所述隧道管片的另一端伸至盾壳的另一端外侧，所述升降微调部件包括对称布置于盾壳外隧道管片两侧下方的升降微调组件，所述升降微调组件包括第二缸体和液压升降杆，所述第二缸体固定于支撑台上，所述液压升降杆的顶端处固定有与隧道管片轴线平行的轨道，伸至所述盾壳相应一端外侧的隧道管片滑动卡设于轨道上。

7、进一步地，所述轨道包括轨道框架和对称布置于轨道框架两侧且与隧道管片轴线平行的轨道槽，伸至所述盾壳相应一端外侧的隧道管片下端两侧对称布置有滑轮，其中一侧所述滑轮滑动卡设于其中一侧轨道槽内，另一侧所述滑轮滑动卡设于另一侧轨道槽内。

8、进一步地，所述伸缩驱动部件布置于隧道管片的其中一端处，并包括第三缸体和水平的液压伸缩驱动杆，所述第三缸体固定于隧道管片相应侧的轨道框架上，所述液压伸缩驱动杆的自由端与隧道管片的相应一端固定连接。

9、进一步地，所述盾尾刷的外侧包覆有盾尾刷保护层，所述油脂腔内在盾尾刷上设置的第一油脂压力传感器具体分布于盾尾刷保护层上，其中布置于所述盾尾刷保护层上的第一油脂压力传感器依次通过埋设于盾尾刷保护层内和盾壳内的数据采集线与布置于盾壳外的油脂压力处理器连接，其中布置于所述盾壳上的第一油脂压力传感器通过埋设于盾壳内的数据采集线与油脂压力处理器连接，其中布置于所述隧道管片上的第二油脂压力传感器通过埋设于隧道管片内的数据采集线与油脂压力处理器连接；所述盾尾油脂注入孔通过埋设于盾壳内的油脂注入管与布置于盾壳外的油脂注入泵连接，所述液压油注入孔通过埋设于盾壳内的液压油注入管与布置于盾壳外的液压油注入泵连接。

10、进一步地，所述油脂腔内设置的第一油脂压力传感器均分为两组，第一组中的多个所述第一油脂压力传感器均匀分布于油脂腔内的盾壳上，第二组中的多个所述第一油脂压力传感器均匀分布于油脂腔内的其中一道盾尾刷上。

11、一种用于盾构机盾尾油脂压力检测的试验方法，采用上述所述的用于盾构机盾尾油脂压力检测的试验系统进行试验，包括以下步骤：

12、s1、先通过所述油脂注入泵向各油脂腔内注入盾尾油脂，同时通过所述液压油注入泵向水土压力模拟腔内注入液压油，并通过对所述活塞施加压力，使各所述油脂腔内的盾尾油脂与水土压力模拟腔内的液压油保持压力平衡并达到密封效果，模拟实际盾构过程中各所述油脂腔内的盾尾油脂所受到的水土压力，然后所述隧道管片通过伸缩驱动部件驱动相对盾壳水平运动，模拟实际盾构过程中盾构机与隧道管片之间的相对运动，其中所述隧道管片在水平运动的过程中，通过相应所述油脂腔内的各第一油脂压力传感器感应油脂腔内相应位置处的油脂压力并传输至油脂压力处理器，并通过各所述第二油脂压力传感器感应隧道管片上相应位置处的油脂压力并传输至油脂压力处理器，并根据所述隧道管片相对盾壳水平运动的速度和时间，且结合各所述第二油脂压力传感器在隧道管片上的设置位置，以及结合各所述盾尾刷在盾壳上的设置位置，得到所述隧道管片上的部分第二油脂压力传感器处于相应油脂腔内的具体试验时刻，所述油脂压力处理器对具体试验时刻所接收的各压力信号进行处理，得到相应所述油脂腔内的油脂平均压力，以便于控制所述油脂注入泵的油脂注入压力推荐值；

13、s2、通过移动所述活塞以改变水土压力模拟腔内液压油的压力，进而改变各所述油脂腔内的油脂平均压力，得到不同水土压力下各所述油脂腔内的油脂平均压力变化衰减规律，并便于控制不同水土压力下的油脂注入压力推荐值；

14、s3、所述隧道管片通过升降微调部件驱动相对盾壳升降，微调与所述盾壳之间的竖直间距，并改变各所述油脂腔内的油脂平均压力，分析所述隧道管片与盾壳之间竖直间距的微调对油脂平均压力以及油脂注入压力推荐值的影响。

15、进一步地，还包括以下步骤：

16、s4、通过改变所述隧道管片的材料并重复进行步骤s1，得到所述隧道管片的材料改变对油脂平均压力以及油脂注入压力推荐值的影响。

17、相对于现有技术，本发明的有益效果为：

18、本发明中，由于油脂腔内在盾尾刷和盾壳上设置与油脂压力处理器连接的第一油脂压力传感器，隧道管片外周面上沿轴向设置多个与油脂压力处理器连接的第二油脂压力传感器；这样隧道管片在水平运动的过程中，通过相应油脂腔内的各第一油脂压力传感器感应油脂腔内相应位置处的油脂压力并传输至油脂压力处理器，并通过各第二油脂压力传感器感应隧道管片上相应位置处的油脂压力并传输至油脂压力处理器，并根据隧道管片相对盾壳水平运动的速度和时间，且结合各第二油脂压力传感器在隧道管片上的设置位置，以及结合各盾尾刷在盾壳上的设置位置，得到隧道管片上的部分第二油脂压力传感器处于相应油脂腔内的具体试验时刻，油脂压力处理器对具体试验时刻所接收的各压力信号进行处理，得到相应油脂腔内的油脂平均压力，以便于控制油脂注入泵的油脂注入压力推荐值，相比背景技术中在油脂注入口处检测油脂压力而言，本发明所检测的油脂腔内的油脂平均压力更接近油脂腔内的实际油脂压力及盾尾刷实际所受压力，所检测的油脂腔内的油脂平均压力更加准确，在实际施工过程中不容易出现安全问题。

19、本发明中，由于隧道管片通过伸缩驱动部件驱动相对盾壳水平运动；这样能模拟实际盾构过程中盾构机与隧道管片之间的相对运动，进而在检测油脂腔内的油脂平均压力时考虑到实际盾构过程中盾构机与隧道管片之间的相对运动，因此所检测的油脂腔内的油脂平均压力更加准确。

20、本发明中，由于相邻两道盾尾刷与盾壳以及隧道管片之间围成油脂腔，活塞与相应盾尾刷、盾壳以及隧道管片之间围成水土压力模拟腔，盾壳上在与各油脂腔对应的位置处设有与油脂注入泵连接的盾尾油脂注入孔，并在与水土压力模拟腔对应的位置处设有与液压油注入泵连接的液压油注入孔；这样通过油脂注入泵向各油脂腔内注入盾尾油脂，同时通过液压油注入泵向水土压力模拟腔内注入液压油，并通过对所述活塞施加压力，使各油脂腔内的盾尾油脂与水土压力模拟腔内的液压油保持压力平衡并达到密封效果，模拟实际盾构过程中各油脂腔内的盾尾油脂所受到的水土压力，并通过移动活塞以改变水土压力模拟腔内液压油的压力，进而改变各油脂腔内的油脂平均压力，以便于分析不同水土压力下各油脂腔内的油脂平均压力变化衰减规律，并便于控制不同水土压力下的油脂注入压力推荐值。

21、本发明中，由于隧道管片通过升降微调部件驱动相对盾壳升降；这样能微调与盾壳之间的竖直间距，并改变各油脂腔内的油脂平均压力，以便于分析隧道管片与盾壳之间竖直间距的微调对油脂平均压力以及油脂注入压力推荐值的影响。

22、本发明中，通过改变隧道管片的材料并重复进行步骤s1，以便于分析隧道管片的材料改变对油脂平均压力以及油脂注入压力推荐值的影响。

23、综上，通过本发明的试验系统能模拟实际盾构施工过程中不同水土压力下各油脂腔内的油脂平均压力变化衰减规律，并便于控制不同水土压力下的油脂注入压力推荐值，从而便于为实际施工提供经验规律。