一种盾构隧道的同步注浆的试验设备及其试验方法技术

一种盾构隧道的同步注浆的试验设备及其试验方法，主要包括：箱体内从下至上依次置有原型管片支撑座、原型管片、盾壳、挡土板；盾壳及挡土板上方填筑土样；土样上有加载板，土样中有止浆环；箱体上盖固定的千斤顶的顶杆与加载板接触；注水设备通过注水管与上盖上的通孔连接；原型管片支撑座中部的检测通孔内放置地质雷达或超声波探测仪；注浆设备的注浆管横向贯通盾壳；盾壳与小车间通过拉杆连接，箱体与小车间通过顶推油缸连接。该试验设备模拟的工况和环境与实际更接近，更方便模拟出不同土压力、地层、注浆材料及注浆参数等工况下，同步注浆的效果及浆液扩散变化的规律，为盾构隧道的同步注浆设计、施工与机理研究，提供更可靠、准确的依据。确的依据。确的依据。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构隧道的同步注浆的试验设备及其试验方法

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[0001]本专利技术涉及一种盾构隧道的同步注浆的试验设备及其试验方法。

技术介绍
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[0002]盾构隧道为使用盾构机掘进形成的隧道，盾构机在掘进过程中，混凝土管片在盾构机的尾部，环向拼接形成管片环；随后，管片环会脱离盾尾进入土体；然后，进行下一管片环的拼接、脱离盾尾，并进行管片环之间的纵向拼接，实现盾构机的向前掘进。由于盾构机的开挖直径(盾构机机壳的直径)大于管片环的外径，脱离盾尾的管片环和土体之间会出现环状的间隙，该间隙即为盾尾间隙。盾尾间隙若不及时处理，上方的土体及管片本身没有支撑会产生沉降、变形，导致沉降超限，隧道结构受到破坏；如隧道附近有建筑(如位于城市中心区域)，还会对周围建筑造成十分不利的影响。因此，需要在盾构机推进过程中，不间断地从盾尾直接向后注浆，浆液凝固以填充盾构间隙；并且盾构机的推进速度与注浆速度要匹配，推进一环就同时完成一环的注浆，故叫同步注浆。盾构同步注浆能够及时填充环形间隙，使管片与管片外的隧道土层紧密结合，以保证盾构隧道的结构稳固、可靠。
[0003]盾构隧道的同步注浆在隧道的管片环和土体的间隙进行，难以对同步注浆质量进行在线实时监测。同时不同土层，不同注浆浆料及不同注浆参数均会影响浆液的凝固速度和凝固体的强度、性能，进而影响注浆效果。如，浆料的凝固速度过快、注浆压力小、则会导致注浆管堵塞，注浆效果差。因此，需要进行室内试验得出不同土压力环境、不同地层、不同注浆材料及不同注浆参数下的注浆效果及浆液的扩散变化规律，为盾构隧道的同步注浆的设计与施工及同步注浆的机理研究，提供试验依据。
[0004]现有的盾构隧道的同步注浆试验设备及方法，对浆液的流动与外形变化均是用摄像机通过透明的试验箱进行摄像观察，难以对浆液内部的扩散形态和缺陷进行观察，从而无法得到不同工况下浆液的扩散变化规律。并且大多数试验设备均是缩比试验，土样、管片及间隙可以等比例缩小，但浆料配比、水却完全无法按相似理论进行缩小；使其模拟出的注浆工况和环境与真实的注浆工况和环境差别大，不能为盾构隧道的同步注浆的设计与施工，提供可靠的试验依据。

技术实现思路
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[0005]本专利技术的第一专利技术目的是提供一种盾构隧道的同步注浆的试验设备，该试验设备模拟的同步注浆工况和环境与实际工程中的注浆工况和环境更接近，能更方便的模拟出不同土压力环境，不同地层，不同注浆材料及不同注浆参数，从而得出不同注浆工况下，同步注浆的效果及浆液的扩散变化规律，为盾构隧道的同步注浆设计、施工与机理研究，提供更可靠、更准确的试验依据。
[0006]本专利技术为实现上述第一专利技术目的所采用的技术方案是，一种盾构隧道的同步注浆的试验设备，包括箱体、加载板、土样等，其特征在于：
[0007]所述的箱体内从下至上依次放置有原型管片支撑座、原型管片、模拟盾构机机壳
局部的盾壳，盾壳的右侧与箱体的右壁接触，盾壳的左侧与箱体的左壁有间隙，在该间隙的上方设有与箱体的左壁固定连接的隔板；原型管片的前、后侧与箱体壁间有间隙，在所述的间隙上方均设有挡土板；盾壳及挡土板上方填筑有土样；土样上放置有加载板，土样中沿箱体内壁设有止浆环；箱体的上盖上均匀固定有多个千斤顶，千斤顶的顶杆向下穿过上盖与加载板接触；
[0008]所述的箱体的上盖上还设有竖向的注水通孔，注水通孔与注水管的出水端连接，注水管的进水端与注水设备连接；
[0009]所述的原型管片支撑座由碳纤维构成，其中部开有横向的检测通孔，检测通孔内放置地质雷达或超声波探测仪；所述的箱体左侧壁上设有与检测通孔贯穿的通孔；
[0010]所述的盾壳内均匀设置有横向贯通盾壳的注浆管；注浆管的左端穿出盾壳与注浆设备的输出端连接；盾壳的左端面与拉杆的右端铰接，拉杆的左端与小车的立柱连接；
[0011]所述的小车的车轮与底座上的滑轨配合；小车的立柱上固定有顶推油缸，顶推油缸的顶杆与箱体的左侧壁固定连接；
[0012]所述的千斤顶、注水设备、注浆设备、顶推油缸、地质雷达或超声波探测仪均与中央测控系统电连接。
[0013]本专利技术的第二专利技术目的是提供一种使用上述的盾构隧道的同步注浆的试验设备进行盾构隧道的同步注浆的方法。该方法能方便快捷的得出不同含水量、不同土压力和不同土层环境下，不同浆料的同步注浆质量的试验数据；得出不同土压力环境，不同地层，不同注浆材料及不同注浆参数下浆液的扩散变化规律，为盾构隧道的同步注浆研究、设计与施工，提供试验依据。
[0014]本专利技术实现其第二专利技术目的所采用的技术方案是，一种使用上述的盾构隧道的同步注浆的试验设备进行盾构隧道的同步注浆的方法，其步骤为：
[0015]A、中央测控系统控制注水设备经注水管，向土样施加设定的水压；
[0016]B、中央测控系统控制千斤顶的顶杆下压，经加载板向土样施加设定的土压；
[0017]C、中央测控系统控制顶推油缸的顶杆顶出，推动小车在滑轨上以设定的速度向左移动至预设位置；同时小车通过拉杆带动盾壳以同样的速度向左移动，盾壳离开的空间形成盾尾间隙；随即，中央测控系统控制注浆设备经注浆管向盾尾间隙注浆；待注浆量稳定、不再增加时，关闭注浆设备；
[0018]D、在C步的操作过程中，中央测控系统读取地质雷达或超声波探测仪实时测得的浆液的流动、扩散、变化、凝固的图像数据；当图像数据趋于稳定状态、不再变化时；中央测控系统关闭注水设备、千斤顶和地质雷达或超声波探测仪，试验操作结束；即得到试验工况下，浆液的流动、扩散、变化规律；
[0019]E、待盾尾间隙中的浆液凝固成固结体后，打开箱体的上盖、卸掉土样，从箱体里取出固结体；观察并拍摄固结体的凝固形状及状态，并测试固结体的强度，得到箱体中的土样在试验工况下的注浆质量。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0021]一、该试验装置通过控制顶推油缸向左顶推滑轨上的小车，再由小车拉动盾壳向左移动，在盾壳右侧(尾部)形成盾尾间隙，巧妙的实现了对盾构机掘进过程及盾尾间隙形成的动态模拟。在该过程中，同时由注浆设备经注浆管按设定的注浆压力、速度向盾尾间隙
注浆，实现了对同步注浆的动态模拟。千斤顶和注水设备分别实现了土样的土压力和外水压力的模拟。从而简单、方便、准确的模拟出特定的地层、土压力、外水环境，特定的管片、注浆材料及注浆参数的特定工况，准确得到特定工况下同步注浆的效果，为待建(特定)盾构隧道的同步注浆设计、施工与机理研究，提供更可靠、更准确的试验依据。
[0022]二、在整个试验过程中，原型管片支撑座横向的检测通孔内放置的地质雷达或超声波探测仪，实时同步的对浆液内外部的扩散和缺陷进行全方位的探测；碳纤维材质的支撑座既能够有足够的强度支撑盾壳和原型管片，又能够获得最大限度的地质雷达或超声波探测仪的反射回波，形成更清晰、更准确的回波图像。较之现有的用摄像机通过透明的试验箱进行摄像观察，仅能得到浆液临摄像机的观察面的局部表面的流动及形状变化，本专利技术能够得到浆液在同步注浆过程中全方位的扩散本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾构隧道的同步注浆的试验设备，包括箱体(1)、加载板(6)、土样(5)等，其特征在于：所述的箱体(1)内从下至上依次放置有原型管片支撑座(2)、原型管片(3)、模拟盾构机机壳局部的盾壳(4)，盾壳(4)的右侧与箱体(1)的右壁接触，盾壳(4)的左侧与箱体(1)的左壁有间隙，在该间隙的上方设有与箱体(1)的左壁固定连接的隔板(19)；原型管片(3)的前、后侧与箱体(1)壁间有间隙，在所述的间隙上方均设有挡土板(8)；盾壳(4)及挡土板(8)上方填筑有土样(5)；土样(5)上放置有加载板(6)，土样(5)中沿箱体(1)内壁设有止浆环(7)；箱体(1)的上盖(1a)上均匀固定有多个千斤顶(9)，千斤顶(9)的顶杆向下穿过上盖(1a)与加载板(6)接触；所述的箱体(1)的上盖(1a)上还设有竖向的注水通孔，注水通孔与注水管(17)的出水端连接，注水管的进水端与注水设备(18)连接；所述的原型管片支撑座(2)由碳纤维构成，其中部开有横向的检测通孔(10)，检测通孔(10)内放置地质雷达或超声波探测仪(20)；所述的箱体(1)左侧壁上设有与检测通孔(10)贯穿的通孔；所述的盾壳(4)内均匀设置有横向贯通盾壳(4)的注浆管(11)；注浆管(11)的左端穿出盾壳(4)与注浆设备(12)的输出端连接；盾壳(4)的左端面与拉杆(13)的右端铰接，拉杆(13)的左端与小车(14)的立柱(14b)连接；所述的小车(14)的车轮(14a)与底座(15)上的滑轨(15a)配合；小车(14)的立柱(14b)上固定有...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋振雄，肖明清，何川，杨玉冬，赵阳，资谊，王士民，张迪，宋子含，王峻，陈俊伟，涂果，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司西南交通大学，
类型：发明
国别省市：