本发明专利技术公开一种考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置及方法，所述考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置包括试验筒、储水组件、浆液筒、压力施加装置以及检测组件。本发明专利技术中，该装置能够准确模拟出大埋深、高水压环境下的盾构隧道壁后注浆过程，并测定出注浆过程中浆液时变性、流变性和渗透范围的变化对土体渗透系数、强度和弹模等物理力学参数的影响，通过该装置可以解决不同土层应力状态下的浆液固结以及渗透扩散问题，本发明专利技术解决了现有试验装置无法模拟处于大埋深、高水压环境下的盾构隧道壁后注浆过程的问题。境下的盾构隧道壁后注浆过程的问题。境下的盾构隧道壁后注浆过程的问题。
【技术实现步骤摘要】
考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置及方法
[0001]本专利技术涉及注浆试验装置
，特别涉及一种考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置及方法。
技术介绍
[0002]随着地下空间的逐步利用，盾构施工方法因其高效、安全、环保等特点逐渐被用于修建各大城市的地铁和重要过江隧道。在盾构机往土体掘进的过程中，因掘进机主机外径大于管片直径，所以当盾构机脱离管片后，管片和天然土体之间将留下建筑间隙。为防止间隙引起土体坍塌、漏水和管片错台等问题，需要使用浆液及时填充盾尾间隙，尽可能减小间隙对施工的影响，并起到提高周围土体抗渗能力和加固土体的作用。但是因为壁后注浆的填充和渗透过程较为隐蔽，所以周围土体的抗渗能力和强度变化难以直观得知。因此，在浆液渗透过程中，周围土体的渗透系数和强度随时间和空间的变化为盾构隧道壁后注浆研究方向的一个关注热点。
[0003]对于模拟盾构隧道壁后注浆渗透过程，过去的研究对象主要为浅埋隧道，这也导致以往对盾构隧道同步注浆过程中浆液的渗透扩散过程的研究，常常忽略土体应力状态的影响，且实验装置的设计未考虑土体围压及孔隙水压力。但随着穿江越海的大直径盾构隧道的不断修建，如今，对壁后注浆渗透扩散的研究对象开始往长距离越江、湖等水下盾构隧道方向发展，但这些穿江越海的盾构隧道均面临着高水压、大埋深的问题，这导致土体应力状态与一般的浅埋隧道不同。因此，针对大埋深、高水压的实际工程问题，就需要研究不同应力状态下浆液的固结及渗透扩散过程，要求试验装置能够为土体施加不同的应力状态。但现有的试验装置无法满足不同应力状态下的浆液渗透试验，尤其是高应力状态。因此，需要提供一种考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置。
技术实现思路
[0004]本专利技术的主要目的是提出考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置及方法，旨在解决现有试验装置无法模拟处于大埋深、高水压环境下的盾构隧道壁后注浆过程的问题，即无法模拟高水压、不同应力状态下的浆液固结以及渗透扩散。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出的一种考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置，包括：
[0006]试验筒，包括土样筒、围压筒、注浆室以及排水室，所述土样筒内用以填充土样，且所述土样筒的筒壁可形变设置，所述围压筒套设于所述土样筒，且所述围压筒的筒壁与所述土样筒的筒壁之间限定出围压腔，所述注浆室与所述土样筒的下筒口连通，所述排水室与所述土样筒的上筒口连通；
[0007]储水组件，包括第一储水装置和第二储水装置，所述第一储水装置与所述围压腔连通，所述第二储水装置与所述排水室连通；
[0008]浆液筒，与所述注浆室连通，所述浆液筒用以储存浆液；
[0009]压力施加装置，用以分别向所述第一储水装置内、所述第二储水装置内以及所述浆液筒内施加气压；以及，
[0010]检测组件，用以检测所述土样筒内的土样的孔压、以及用以检测所述第二储水装置的重量。
[0011]可选地，所述土样筒包括上下连接的多个子筒体，每一所述子筒体包括橡胶薄膜和固定框架，所述橡胶薄膜围合成筒状，所述固定框架套设在所述橡胶薄膜的外周，多个所述橡胶薄膜构成所述土样筒的筒壁。
[0012]可选地，相邻所述子筒体之间通过法兰连接。
[0013]可选地，所述检测组件包括：
[0014]多个孔压计，多个所述孔压计用以上下间隔地放置在所述土样筒内的土样内，以对应检测土样多个高度处的孔压；以及，
[0015]称重天秤，用以置于所述第二储水装置的下侧，以检测所述第二储水装置的重量。
[0016]可选地，在自上向下的方向上，所述注浆室的内径逐渐递减设置；
[0017]所述浆液筒通过注浆管连通在所述注浆室的下端。
[0018]可选地，所述注浆室的上端与所述土样筒的下筒口通过密封圈密封连接。
[0019]可选地，所述排水室的下端与所述土样筒的上筒口通过密封圈密封连接。
[0020]可选地，所述排水室的上端和下端均设有滤网。
[0021]可选地，所述压力施加装置包括空气压缩机，所述空气压缩机具有第一出气口、第二出气口和第三出气口，所述第一出气口通过气管与所述第一储水装置连通，所述第二出气口通过气管与所述第二储水装置连通，所述第三出气口通过气管与所述浆液筒连通。
[0022]本专利技术还提出一种如上所述的考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置的使用方法，包括以下步骤：
[0023]步骤S10、将土样填充在所述土样筒内；
[0024]步骤S20、在所述第一储水装置内加水，通过所述压力施加装置向所述第一储水装置内施加气压，以驱使所述第一储水装置内的水流向所述土样筒内，以在所述土样筒内的土样内形成孔压；
[0025]步骤S30、在所述第二储水装置内加水，通过所述压力施加装置向所述第二储水装置内施加气压，以驱使所述第二储水装置内的水流向所述围压腔内，以在所述围压腔内形成作用于所述土样筒的筒壁的围压；
[0026]步骤S40、在所述浆液筒内加入浆液，通过所述压力施加装置向所述浆液筒内施加气压，以驱使所述浆液筒内的浆液经所述注浆室排入所述土样筒内；
[0027]步骤S50、使用所述检测组件检测所述土样筒内的土样的孔压以及所述第二储水装置的重量，并使用电脑连接所述检测组件，实时读取孔压数据和重量数据；
[0028]步骤S60、根据电脑读取数据计算渗透系数随时间和空间的变化；
[0029]步骤S70、浆液渗透完成后，使用环刀按不同高度分段取土样进行固结强度测定和渗透深度判断。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0031](1)本专利技术提供的考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置可以通过压力施加装置施加孔隙水压力和注浆压力来模拟实际工程中大埋深、高水压的盾构隧道施工
环境，同时通过压力施加装置施加围压来模拟盾构隧道所处环境的土体应力情况，以此模拟出大埋深、高水压以及不同应力状态下的盾构隧道壁后注浆过程。该装置克服了现有的壁后注浆设备无法考虑土层自身应力以及施加高孔压的问题，使得该试验装置模拟出来的注浆过程更加符合实际穿江越海的大直径盾构隧道的壁后注浆过程。
[0032](2)由于在实际注浆过程中，浆液向外扩散存在分区现象，这就导致土样的渗透系数会随着浆液的渗透在时间和空间上产生差异，需要分区域、分阶段对土体渗透系数进行测定。本专利技术提供的考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置通过上下间隔地放置在所述土样筒内的土样内的多个孔压计以及第二储水装置下的称重天秤，检测土样的孔压数据和所述第二储水装置的重量，从而来计算土样渗透系数随时间和空间的变化。该考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置克服了现有壁后注浆试验设备只能测量土样渗透系数随时间变化的问题。
[0033](3)因浆液的时变性和流变性以及浆液对水的驱替作用，导致浆液的扩散存在分区现象。因此，在水泥浆渗透扩散结束后，不同高度浆液的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置，其特征在于，包括：试验筒，包括土样筒、围压筒、注浆室以及排水室，所述土样筒内用以填充土样，且所述土样筒的筒壁可形变设置，所述围压筒套设于所述土样筒，且所述围压筒的筒壁与所述土样筒的筒壁之间限定出围压腔，所述注浆室与所述土样筒的下筒口连通，所述排水室与所述土样筒的上筒口连通；储水组件，包括第一储水装置和第二储水装置，所述第一储水装置与所述围压腔连通，所述第二储水装置与所述排水室连通；浆液筒，与所述注浆室连通，所述浆液筒用以储存浆液；压力施加装置，用以分别向所述第一储水装置内、所述第二储水装置内以及所述浆液筒内施加气压；以及，检测组件，用以检测所述土样筒内的土样的孔压、以及用以检测所述第二储水装置的重量。2.如权利要求1所述的考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置，其特征在于，所述土样筒包括上下连接的多个子筒体，每一所述子筒体包括橡胶薄膜和固定框架，所述橡胶薄膜围合成筒状，所述固定框架套设在所述橡胶薄膜的外周，多个所述橡胶薄膜构成所述土样筒的筒壁。3.如权利要求2所述的考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置，其特征在于，相邻所述子筒体之间通过法兰连接。4.如权利要求1所述的考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置，其特征在于，所述检测组件包括：多个孔压计，多个所述孔压计用以上下间隔地放置在所述土样筒内的土样内，以对应检测土样多个高度处的孔压；以及，称重天秤，用以置于所述第二储水装置的下侧，以检测所述第二储水装置的重量。5.如权利要求1所述的考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置，其特征在于，在自上向下的方向上，所述注浆室的内径逐渐递减设置；所述浆液筒通过注浆管连通在所述注浆室的下端。6.如权利要求1所述的考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋振雄，王斌，王峻，李洁涛，方若全，
申请(专利权)人：江苏省交通工程建设局，
类型：发明
国别省市：
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