阅读说明：本技术 一种泥浆成膜性能现场检测方法 (Slurry film forming performance on-site detection method ) 是由 刘中欣 王东欣 张庆军 杨云 牛得草 吴立朋 赵世永 辛松鹤 焦磊 张玉龙 李桂 于 2021-09-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种泥浆成膜性能现场检测方法,属于隧道施工技术领域。包括以下步骤：首先在泥水盾构的压力舱内固定若干特制的聚波器,再将泥浆注入压力舱并保持特定范围压力,然后进行声发射信号采集。通过频谱分析,选取指定特征范围内的声发射信号进行统计,得到累计撞击数时程曲线,经由分析该曲线的增长趋势,判定泥浆成膜性能的优劣。所需的聚波器制作简单,费用低,试验表明该方法的测试结果和相同配比泥浆的工程现场成膜性能具有很好的一致性。(The invention relates to a field detection method for slurry film-forming performance, and belongs to the technical field of tunnel construction. The method comprises the following steps: firstly, fixing a plurality of specially-made wave collectors in a pressure chamber of a slurry shield, then injecting slurry into the pressure chamber and keeping the pressure in a specific range, and then carrying out acoustic emission signal acquisition. And (3) selecting acoustic emission signals in a specified characteristic range for statistics through spectral analysis to obtain an accumulated impact number time-course curve, and judging the quality of the slurry film-forming performance by analyzing the increasing trend of the curve. The required wave condenser is simple to manufacture and low in cost, and tests show that the test result of the method has good consistency with the engineering site film-forming performance of the slurry with the same proportion.)

一种泥浆成膜性能现场检测方法

技术领域

本发明涉及一种泥浆成膜性能现场检测方法，属于隧道施工技术领域。

背景技术

近二十年来我国交通基础设施和水利工程建设迅速，已成为盾构施工应用最多的国家。盾构因集开挖、支护、排渣等于一体，是目前穿越江河隧道工程的首选施工方式。相对于土压平衡式盾构，泥水盾构更多应用在大断面、穿越水体等复杂地质工况下。泥水盾构工作时，刀具在慢速旋转的刀盘带动下切削前方岩土体，随后岩土体进入泥水舱并与膨润土、水及性能调整材料混合，由排浆泵及管道输运到隧道外部。混杂有岩土体的泥浆经过滤、沉淀、改性等步骤后再次注入泥水舱循环利用。泥水盾构使用泥浆平衡开挖面水土压力。泥浆会在开挖面上形成一层渗透性很低的泥膜，该泥膜性能的优劣直接影响开挖安全及施工进度。目前对泥浆性能进行的测试主要在试验室进行。由于现场情况与试验室情况不同，试验室的测试结果往往不能完全反映其现场性能，所以开发适用于现场的泥浆性能测试方法，特别是泥浆成膜性能测试方法具有重要的实用意义。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明提供了一种泥浆成膜性能现场检测方法，其通过设计、制作对应的聚波器，放大并采集泥膜形成过程中的流体渗漏产生的声发射信号，并对混杂有各种噪声的声发射信号按一定的标准进行筛选统计，经由撞击数时程曲线的增长趋势分析，判断泥浆成膜性能的优劣。

为解决上述问题，本发明采用了如下技术方案：

一种泥浆成膜性能现场检测方法，具体包括如下步骤：

步骤一：在泥水盾构的压力舱内固定声发射仪以及多个聚波器，所述聚波器对称布置在距压力舱中心2/3压力舱半径处的圆周线上；聚波器包括前部设置的聚波罩，所述聚波罩尾部设置有同材质声波导杆；在声波导杆后端固定有宽带型声发射传感器，其频率范围涵盖20kHz～300kHz频段；

步骤二：将压力舱压入泥浆，加压至1.05～1.1倍的工作压力，并保持该压力；以0.5～1.4转/分钟的转速旋转刀盘10～20圈，然后通过声发射传感器开始采集声发射仪发出的声发射信号；

步骤三：对声发射信号的波形进行频谱分析，选取第一峰值频率和第二峰值频率在20～70kHz的声发射信号；在第一次筛选出的信号中，选取波形信号的最大振幅值为30～50dB的信号，并进行计数，得到累计撞击数，即声发射传感器每接收到一个声发射信号，就称一次撞击；

步骤四：做出累计撞击数的时间历程曲线

在测试时间段内等间距选取5～10个时间点，计算各点坐标并按大小依次记为t₁,t₂,……t_n，n为1-10的自然数；连接各点与坐标原点得到相应的直线，若直线斜率持续变小，则表明泥浆成膜性能随时间延长而逐渐改善，否则表明泥浆闭气性能差，需调整配比。

进一步地，在泥水盾构的压力舱内固定的聚波器为4～6个。

进一步地，所述聚波罩形状为圆锥形，其圆锥角为120°～150°，直径为30～40cm，材质为黄铜。

进一步地，所述声波导杆的直径为2～3cm，长度为5～8cm。

进一步地，所述声发射传感器为软岛RS-2w型声发射传感器；所述声发射仪为DS5-8B声发射仪。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

该方法通过测量泥膜形成过程中的流体渗漏产生的声发射信号的经时变化，得到反映所测泥浆成膜性能的斜率变化指标。所需的聚波器制作简单，费用低，试验表明该方法的测试结果和相同配比泥浆的工程现场成膜性能具有很好的一致性。

附图说明

为了更清楚的介绍本发明的方案，下面对本方案的所需要的附图进行简单介绍：

图1是本发明使用的聚波器示意图；

图2是本发明涉及的累计撞击数时间历程曲线及斜率示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的附图1-2，对本发明实施中的技术方案进行清楚、完整的表述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的实施例的限制。

湖北某过江隧道使用泥水加压式盾构施工。试验段采用的泥浆配合比为：水1000g、膨润土126g、粉土85g、羧甲基纤维素0.16g、粒径0.075～0.25mm细砂220g。使用了6个黄铜聚波器，聚波器圆锥角为120°，直径40cm，声波导杆的直径为2cm，长度为5mm。选用了软岛RS-2w型声发射传感器及DS5-8B声发射仪。

如图1-2所示，本实施例的一种泥浆成膜性能现场检测方法，具体包括如下步骤：

步骤一：在泥水盾构的压力舱内固定声发射仪以及6个聚波器，如图1所示，所述聚波器对称布置在距压力舱中心2/3压力舱半径处的圆周线上；聚波器包括前部设置的聚波罩1，聚波罩1形状为圆锥形，所述聚波罩1尾部设置有同材质声波导杆2；在声波导杆2后端固定有宽带型声发射传感器3，其频率范围涵盖20kHz～300kHz频段；

步骤二：将压力舱压入泥浆，加压至1.05倍的工作压力，并保持该压力；以0.6转/分钟的转速旋转刀盘20圈，然后通过声发射传感器3开始采集声发射仪发出的声发射信号；

步骤三：对声发射信号的波形进行频谱分析，选取第一峰值频率和第二峰值频率在20～70kHz的声发射信号；在第一次筛选出的信号中，选取波形信号的最大振幅值为30～50dB的信号，并进行计数，得到累计撞击数，即声发射传感器3每接收到一个声发射信号，就称一次撞击；

步骤四：做出累计撞击数的时间历程曲线(横轴单位：秒；纵轴单位：个)

在测试时间段内等间距选取8个时间点，计算各点坐标并按大小依次记为t₁,t₂,……t₈；连接各点与坐标原点得到相应的直线，斜率见表1所示，可见其斜率持续变小，表明泥浆成膜性能随时间延长而逐渐改善；进一步的，前三个特征点的斜率降低非常快，反映出成膜速度很快，该泥浆在测试地层中具有良好的成膜性能。

表1实测累计撞击数时间历程曲线各特征点的斜率

以上对本发明提供的技术方案进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可对本发明进行若干改进，这些改进也落入本发明权利要求的保护范围内。