一種合理評價巖體TBM施工適宜性的試驗設(shè)備及方法技術(shù)

一種合理評價巖體TBM施工適宜性的試驗設(shè)備及方法，包括底座，底座上設(shè)有研磨承臺，研磨承臺側(cè)方設(shè)有立柱，該立柱頂部設(shè)有機體；該機體側(cè)面設(shè)有電機，該機體頂部設(shè)有與該電機連接的傳動機構(gòu)；該機體位于該研磨承臺上方的一端穿設(shè)有豎向的鉆桿，該鉆桿能在該機體內(nèi)上下移動；該鉆桿底端設(shè)有鉆頭夾具，該鉆頭夾具固定設(shè)有研磨鉆具；該鉆桿頂部與該傳動機構(gòu)連接，能在該電機帶動下轉(zhuǎn)動；該機體上方架設(shè)有下壓架，該下壓架設(shè)有壓力桿，該壓力桿能對下方的鉆桿施加固定的向下壓力。本發(fā)明專利技術(shù)操作簡單，能綜合地評價巖石的可鉆性，為實際工程中的TBM施工參數(shù)的確定以及刀盤的設(shè)計提供重要的基礎(chǔ)與依據(jù)，保證引調(diào)水工程中的隧洞施工的可靠性與安全性。

Test equipment and method for reasonable evaluation of rock mass TBM construction suitability

A reasonable evaluation of rock mass TBM construction suitable test equipment and methods, of which comprises a base, the base is provided with a grinding grinding cap, cap with lateral column, the column is arranged at the top of the body; the body side is provided with a motor, the top of the body is provided with a driving mechanism connected with the motor; one end of the pipe body at the top of the pile cap grinding in a vertical, the drill pipe can move up and down in the body; the bottom end is provided with a pipe clamp drill, the drill jig is fixedly provided with a grinding tool; the drill rod is connected with the transmission mechanism, can rotate in the electric machine driven; under the pressure of the body above the frame, the frame is provided with pressure the pressure rod, the pressure rod can exert downward pressure on the drill pipe below the fixed. The invention has the advantages of simple operation, comprehensive evaluation of rock drillability, provide the foundation and basis for the construction of TBM parameters in practical engineering and the determination of the cutter design, to ensure the water diversion project in the tunnel construction safety and reliability.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及巖土工程設(shè)備
，特別是一種合理評價巖體TBM施工適宜性的試驗設(shè)備及方法。
技術(shù)介紹
TBM(TunnelBoringMachine)即隧道掘進機，是利用回轉(zhuǎn)刀具開挖，同時破碎洞內(nèi)圍巖及掘進，形成整個隧道斷面的一種新型、先進的隧道施工機。目前，隨著我國水資源調(diào)配與高效率用項目的日益增多，引水隧洞的施工逐漸由TBM施工法代替了常規(guī)的鉆爆法，但是在目前的TBM施工中，TBM掘進施工參數(shù)的確定以及刀盤的設(shè)計參數(shù)，這些重要的施工參數(shù)的設(shè)計主要是基于巖體力學(xué)特性、巖體結(jié)構(gòu)以及地應(yīng)力等方面進行綜合確定的。但是巖體結(jié)構(gòu)主要反映巖體中巖塊組合方式，巖體強度單軸抗壓、抗拉強度參數(shù)主要反映的是巖石塊體的強度，間接反映了礦物之間結(jié)合的強度，與礦物本身的關(guān)系并不大。但是在實際的TBM施工中，TBM掘進施工的參數(shù)以及刀盤的磨損等除了與巖體力學(xué)特性、巖體結(jié)構(gòu)以及地應(yīng)力幾個方面的因素有關(guān)之外，還與巖石中的組成礦物有很大的關(guān)系，如巖體中石英含量的多少，可能會在很大程度上要影響到TBM掘進設(shè)備中的刀盤設(shè)計參數(shù)、施工推進壓力、刀盤扭矩等等。但是目前還沒有一種試驗方法能夠比較客觀的評價一種巖石的TBM施工的可鉆性，只能通過巖石單軸抗壓強度、巖石抗拉強度等簡單的試驗結(jié)果評價巖體的TBM施工方法的適應(yīng)程度。因此，亟待研制開發(fā)一種新的巖體可鉆性，也就是巖體TBM施工適宜性的試驗設(shè)備。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種合理評價巖體TBM施工適宜性的試驗設(shè)備，其操作簡單，可以綜合地評價某一類巖石的可鉆性，為實際工程中的TBM施工參數(shù)的確定以及刀盤的設(shè)計提供重要的基礎(chǔ)與依據(jù)，保證引調(diào)水工程中的隧洞施工的可靠性與安全性。本專利技術(shù)的另一目的是提供一種合理評價巖體TBM施工適宜性的試驗方法，其可以綜合地評價某一類巖石的可鉆性，為實際工程中的TBM施工參數(shù)的確定以及刀盤的設(shè)計提供重要的基礎(chǔ)與依據(jù)，保證引調(diào)水工程中的隧洞施工的可靠性與安全性。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采取以下技術(shù)方案：一種合理評價巖體TBM施工適宜性的試驗設(shè)備，它包括底座，該底座上設(shè)有研磨承臺，該研磨承臺側(cè)方設(shè)有立柱，該立柱頂部設(shè)有機體；該機體側(cè)面設(shè)有電機，該機體頂部設(shè)有與該電機連接的傳動機構(gòu)；該機體位于該研磨承臺上方的一端穿設(shè)有豎向的鉆桿，該鉆桿能在該機體內(nèi)上下移動；該鉆桿底端設(shè)有鉆頭夾具，該鉆頭夾具固定設(shè)有研磨鉆具；該鉆桿頂部與該傳動機構(gòu)連接，能在該電機帶動下轉(zhuǎn)動；該機體上方架設(shè)有下壓架，該下壓架設(shè)有壓力桿，該壓力桿能對下方的鉆桿施加固定的向下壓力。進一步的，所述鉆頭夾具側(cè)面設(shè)有轉(zhuǎn)速傳感器，與所述機體側(cè)面的轉(zhuǎn)速表連接；所述壓力桿底部設(shè)有壓力傳感器，與所述機體側(cè)面的壓力表連接。進一步的，所述傳動機構(gòu)為皮帶和皮帶輪。進一步的，所述機體套設(shè)在所述立柱上，并能沿所述立柱上下移動，并通過定位裝置固定位置。進一步的，所述研磨承臺上表面設(shè)有卡具。一種合理評價巖體TBM施工適宜性的試驗方法，利用所述的試驗設(shè)備，包括下列步驟：將待測巖體固定在研磨承臺的卡具中，使待測巖體不能移動；設(shè)置固定的壓力桿的向下壓力及鉆頭夾具的轉(zhuǎn)速，開啟電機；通過傳動機構(gòu)帶動鉆桿轉(zhuǎn)動并通過研磨鉆具向下研磨待測巖體；研磨固定時間后，測量研磨深度。進一步的，開啟電機前，調(diào)節(jié)機體在立柱上的豎直高度，并通過定位裝置固定位置，使所述研磨鉆具的下表面與所述待測巖體的上表面剛接觸。本專利技術(shù)的有益效果是：本專利技術(shù)合理評價巖體TBM施工適宜性的試驗設(shè)備及方法，其操作簡單，可以綜合地評價某一類巖石的可鉆性，為實際工程中的TBM施工參數(shù)的確定以及刀盤的設(shè)計提供重要的基礎(chǔ)與依據(jù)，保證引調(diào)水工程中的隧洞施工的可靠性與安全性。附圖說明圖1是本專利技術(shù)合理評價巖體TBM施工適宜性的試驗設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式以下配合附圖對本專利技術(shù)進行進一步的說明，然而并非用以限制本專利技術(shù)的實施范圍。如圖1所示，本專利技術(shù)提供一種合理評價巖體TBM施工適宜性的試驗設(shè)備，它包括底座1，該底座1上設(shè)有研磨承臺2，在進行巖石研磨性測試時，利用研磨承臺2上的卡具，將待測巖體3緊緊固定在研磨承臺上。該研磨承臺2側(cè)方設(shè)有立柱4，該立柱4頂部設(shè)有機體5。整個設(shè)備的鉆進動力來自于電機6，設(shè)于該機體5側(cè)面，該機體5頂部設(shè)有與該電機6連接的傳動機構(gòu)7。該機體5位于該研磨承臺2上方的一端穿設(shè)有豎向的鉆桿8，該鉆桿8能在該機體5內(nèi)上下移動。該鉆桿8底端設(shè)有鉆頭夾具9，該鉆頭夾具9固定設(shè)有標準的研磨鉆具。該鉆桿8頂部與該傳動機構(gòu)7(例如皮帶和皮帶輪)連接，能在該電機6帶動下轉(zhuǎn)動。該機體5上方架設(shè)有下壓架10，該下壓架10設(shè)有壓力桿11，該壓力桿11能對下方的鉆桿8施加固定的向下壓力，以設(shè)置鉆具的研磨壓力。該鉆頭夾具9側(cè)面設(shè)有轉(zhuǎn)速傳感器12，與該機體5側(cè)面的轉(zhuǎn)速表13連接。鉆頭夾具9轉(zhuǎn)速利用轉(zhuǎn)速傳感器12進行實際轉(zhuǎn)速監(jiān)測，并將轉(zhuǎn)速值顯示在轉(zhuǎn)速表13上。該壓力桿11底部設(shè)有壓力傳感器14，與該機體5側(cè)面的壓力表15連接。研磨鉆具的研磨壓力通過壓力傳感器14進行監(jiān)測，且研磨壓力監(jiān)測值顯示在壓力表15上。優(yōu)選的，該機體5套設(shè)在該立柱4上，并能沿該立柱4上下移動，并通過定位裝置固定位置。本專利技術(shù)還提供一種利用上述試驗設(shè)備合理評價巖體TBM施工適宜性的試驗方法。在進行巖石TBM施工適應(yīng)性的研磨試驗時，設(shè)置一定的研磨壓力(P，單位為kN)以及一定的研磨鉆具轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/秒)，用一定的時間內(nèi)巖石研磨深度(H，單位為mm)來評價該巖石的TBM施工的適應(yīng)性，并對TBM施工中刀具布置、刀具材料以及刀具刃角的設(shè)計提供重要的參考資料。具體來說，該方法包括下列步驟：將待測巖體3固定在研磨承臺2的卡具中，使待測巖體3不能移動；設(shè)置固定的壓力桿11的向下壓力及鉆頭夾具9的轉(zhuǎn)速，開啟電機6；通過傳動機構(gòu)7帶動鉆桿8轉(zhuǎn)動并通過研磨鉆具向下研磨待測巖體3；研磨固定時間后，測量研磨深度。優(yōu)選的，在開啟電機前，調(diào)節(jié)機體5在立柱4上的豎直高度，并通過定位裝置固定位置，使該研磨鉆具的下表面與該待測巖體3的上表面剛接觸。本專利技術(shù)的優(yōu)點在于：(1)利用本專利技術(shù)設(shè)備進行不同巖石的研磨試驗，與巖石的礦物成分、硬度、抗壓強度、抗拉強度、彈性模量等物理力學(xué)特征參數(shù)進行相關(guān)分析，從而能建立不同巖石的研磨可鉆性的分類系統(tǒng)；(2)利用收集到的國內(nèi)外TBM施工中刀盤設(shè)計參數(shù)，并且與實際測試得到的研磨可鉆性分類系統(tǒng)進行類比分析，可以提出實際工程中TBM施工的相關(guān)建議，為工程服務(wù)；(3)本專利技術(shù)利用較為簡單的設(shè)備以及試驗方法，進行巖體TBM施工適應(yīng)性的測試，測試結(jié)果可以為工程設(shè)計提供重要的參考與技術(shù)支撐資料；(4)本專利技術(shù)操作簡單，測試可重復(fù)性較強，可以合理地反應(yīng)巖石的研磨鉆進特性。需要指出的是，上述實施方式僅僅是可能的實施例，是為了清楚地理解本專利技術(shù)的原理而提出的。可以在不背離本專利技術(shù)原理和范圍的情況下對上述本專利技術(shù)的實施方式進行許多變化和修改。所有這些修改和變化都包括在本專利技術(shù)揭示的范圍中，并且受到所附權(quán)利要求的保護。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種合理評價巖體TBM施工適宜性的試驗設(shè)備，其特征在于，它包括底座，該底座上設(shè)有研磨承臺，該研磨承臺側(cè)方設(shè)有立柱，該立柱頂部設(shè)有機體；該機體側(cè)面設(shè)有電機，該機體頂部設(shè)有與該電機連接的傳動機構(gòu)；該機體位于該研磨承臺上方的一端穿設(shè)有豎向的鉆桿，該鉆桿能在該機體內(nèi)上下移動；該鉆桿底端設(shè)有鉆頭夾具，該鉆頭夾具固定設(shè)有研磨鉆具；該鉆桿頂部與該傳動機構(gòu)連接，能在該電機帶動下轉(zhuǎn)動；該機體上方架設(shè)有下壓架，該下壓架設(shè)有壓力桿，該壓力桿能對下方的鉆桿施加固定的向下壓力。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種合理評價巖體TBM施工適宜性的試驗設(shè)備，其特征在于，它包括底座，該底座上設(shè)有研磨承臺，該研磨承臺側(cè)方設(shè)有立柱，該立柱頂部設(shè)有機體；該機體側(cè)面設(shè)有電機，該機體頂部設(shè)有與該電機連接的傳動機構(gòu)；該機體位于該研磨承臺上方的一端穿設(shè)有豎向的鉆桿，該鉆桿能在該機體內(nèi)上下移動；該鉆桿底端設(shè)有鉆頭夾具，該鉆頭夾具固定設(shè)有研磨鉆具；該鉆桿頂部與該傳動機構(gòu)連接，能在該電機帶動下轉(zhuǎn)動；該機體上方架設(shè)有下壓架，該下壓架設(shè)有壓力桿，該壓力桿能對下方的鉆桿施加固定的向下壓力。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合理評價巖體TBM施工適宜性的試驗設(shè)備，其特征在于：所述鉆頭夾具側(cè)面設(shè)有轉(zhuǎn)速傳感器，與所述機體側(cè)面的轉(zhuǎn)速表連接；所述壓力桿底部設(shè)有壓力傳感器，與所述機體側(cè)面的壓力表連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的合理評價巖體TBM施工適宜性的試驗設(shè)備，其特征在于：所述傳動機構(gòu)為皮帶和皮帶輪...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王玉杰，趙宇飛，汪小剛，林興超，曹瑞瑯，劉立鵬，孫平，曾俊強，姜龍，
申請(專利權(quán))人：中國水利水電科學(xué)研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11