【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及双层井壁注浆，尤其涉及一种用于双层井壁壁间注浆工艺试验和效果检测的装置和方法。
技术介绍
1、我国富水软弱地层中的立井井筒多采用人工冻结法进行开凿，采用双层钢筋混凝土井壁(简称“双层井壁”)进行支护。双层井壁由内、外两层井壁组成，筑壁材料为混凝土，必要时配置钢筋。外层井壁自上而下分段浇筑，上下相邻段井壁间存在施工冷缝。内层井壁自下而上连续浇筑，不存在施工冷缝，整体性较好。现行规范规定在内层井壁施工完成后，需对内层和外层井壁间进行注浆，以使井壁的封水性能满足使用功能要求。为提高壁间注浆效果，技术人员从注浆时机(如cn106837340a和cn115638825a)和注浆方式(如cn101105130a和cn108775241a)等方面尝试改进。
2、最近，cn113202480a公开了一种在内外层井壁间注入微膨胀浆液，从而使内外层井壁能联合承载的冻结井壁技术(双层联合承载井壁)，壁间注浆效果是关系到能否实现联合承载的关键。
3、对于双层井壁和双层联合承载井壁，壁间注浆工艺和参数是否合理直接关系到注浆效果，从而关系到施工完成后的井壁能否满足其使用功能的要求。然而，目前尚没有能在实验室进行壁间注浆工艺试验并检测注浆效果的装置和方法，限制了实际工程中注浆工艺的选择、注浆参数的优化以及注浆效果的评价。
4、本专利技术提供一种用于双层井壁壁间注浆工艺试验和效果检测的装置和方法，能在模拟外层井壁施工冷缝、井壁应力和地下水压作用等实际工况的条件下，按设计的注浆工艺及参数进行壁间注浆试验，通过注浆
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种用于双层井壁壁间注浆工艺试验和效果检测的装置和方法，解决现有技术无法对实际工程中注浆工艺的选择、注浆参数的优化以及注浆效果进行评价的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术一种用于双层井壁壁间注浆工艺试验和效果检测的装置，包括高压试验台、模型系统、压力加载系统、注浆系统及数据采集系统，所述模型系统密封放置在所述高压试验台内，所述模型系统与外部的所述注浆系统相连通，所述压力加载系统位于所述高压试验台与所述模型系统之间，所述数据采集系统的多个零件分别安装在所述模型系统、注浆系统需要采集数据的部位。
4、优选的，所述高压试验台包括上盖、底座、筒体和法兰盘，所述上盖通过第一紧固螺栓组连接在所述筒体的上方，所述筒体的底部通过第二紧固螺栓组连接在所述底座上，所述法兰盘覆盖在所述筒体的顶面上并通过第一紧固螺栓组定位；所述模型系统密封安装在所述筒体的内部。
5、优选的，所述模型系统包括模型内壁、模型外壁和模型地层，所述模型内壁、模型外壁和模型地层由内向外依次排布在所述筒体的内腔中；
6、所述模型内壁的上下两端分别设置上压头和下压头，所述上压头的侧面和所述法兰盘的内孔侧壁密封贴合，所述下压头的底面密封抵接在所述底座的顶面上，所述上压头的顶面和所述上盖的顶面之间安装有所述压力加载系统；
7、所述模型内壁上按设计设置有预埋注浆管，所述预埋注浆管整体贯穿所述模型内壁的厚度且一端与所述模型外壁的第二环形腔体连通，所述预埋注浆管的外露端与所述注浆系统连接；所述模型外壁上按设计需要设置有模型外壁冷缝。
8、优选的，所述下压头与环形的内模板、外模板配合并围成第一环形腔体，连续向所述第一环形腔体内浇筑混凝土至指定高度后压上所述上压头并找平，浇筑形成所述模型内壁，模型内壁的两端与所述上压头、下压头粘合在一起，所述内模板上按设计位置设置有多根预埋注浆管。
9、优选的，所述模型地层与所述筒体之间设有滑动滤层，所述模型外壁、模型地层和滑动滤层的顶部与所述法兰盘之间设有密封垫层；所述筒体与所述底座之间设置有第一密封槽，所述下压头与所述底座之间设置有第二密封槽，所述筒体与所述法兰盘之间设置有第三密封槽，所述上压头的侧面和所述法兰盘的内孔侧壁之间设置有第四密封槽。
10、优选的，所述压力加载系统包括千斤顶组、承压环、上加压管、下加压管，所述承压环放置在所述上压头的上方，所述千斤顶组放置在所述承压环的上方，且位于所述上盖的下方，所述千斤顶组通过所述承压环将竖向应力传递给所述模型内壁；
11、所述上加压管和下加压管上下分布连接在所述筒体上，所述上加压管和下加压管的出水端与所述第二环形腔体连通，上加压管和下加压管的进水端通过高压管路与配套的多通道伺服加压稳压泵站连接，所述上加压管和下加压管向所述模型外壁施加水压。
12、优选的，所述注浆系统包括配套的注浆泵站，所述注浆泵站通过管道与所述预埋注浆管连通，所述注浆泵站通过管道、预埋注浆管向模型内壁和模型外壁之间、模型外壁的模型外壁冷缝和模型地层注入设计浆液材料。
13、优选的，所述数据采集系统包括模型井壁应变传感器组、加载压力传感器组、注浆压力传感器组、数据采集仪和计算机，所述模型井壁应变传感器组布置于所述模型内壁上，用于采集试验过程中模型内壁的应变；所述加载压力传感器组布置于压力加载系统管路上，用于采集试验过程中加载的千斤顶组压力、地层和地下水压力；所述注浆压力传感器组布置于注浆系统管路上，用于采集试验过程中的注浆压力；所述模型井壁应变传感器组、加载压力传感器组、注浆压力传感器组分别与相应的所述数据采集仪连接，所述数据采集仪与所述计算机相连并实现数据传递。
14、一种双层井壁壁间注浆工艺的试验方法，利用如上所述的用于双层井壁壁间注浆工艺试验和效果检测的装置进行操作，具体包括以下步骤：
15、s1：制作模型内壁，装配预先设计制作的内模板、下压头和外模板形成第一环形腔体，采用设计混凝土向第一环形腔体内自下而上连续浇筑形成模型内壁至设计高度，之后压入上压头并找平；浇筑过程中逐段接长外模板，并按设计位置安设预埋注浆管，浇筑完成后养护至设计龄期；最后，在模型内壁的内表面安装模型井壁应变传感器组；
16、s2：静水标定模型内壁，首先完成高压试验台的装配，然后将预制成型的模型内壁吊装并组装到高压试验台的内部，模型内壁与筒体配合形成第二环形腔体，向第二环形腔体内灌水，之后将压力加载系统安装就位并进行竖向压力和水平水压的施加和记录，完成标定作业，最后拆除部分压力加载系统的零件后提出模型内壁；
17、s3：制作安装模型系统，
18、s31：将滑动滤层固定于试验台筒体内表面，将模型地层逐块逐段固定于滑动滤层的内表面；
19、s32：将模型内壁吊装入试验台并找正，利用模型内壁作为内模板，模型地层作为外模板，从上部利用导管自下而上按模型外壁冷缝设计位置逐段浇筑模型外壁；
20、s33：待模型外壁固化后，制作密封垫层，使其上表面稍高出筒体上表面；
21本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于双层井壁壁间注浆工艺试验和效果检测的装置，其特征在于：包括高压试验台、模型系统、压力加载系统、注浆系统及数据采集系统，所述模型系统密封放置在所述高压试验台内，所述模型系统与外部的所述注浆系统相连通，所述压力加载系统位于所述高压试验台与所述模型系统之间，所述数据采集系统的多个零件分别安装在所述模型系统、注浆系统需要采集数据的部位。
2.根据权利要求1所述的用于双层井壁壁间注浆工艺试验和效果检测的装置，其特征在于：所述高压试验台包括上盖(11)、底座(12)、筒体(13)和法兰盘(14)，所述上盖(11)通过第一紧固螺栓组(151)连接在所述筒体(13)的上方，所述筒体(13)的底部通过第二紧固螺栓组(152)连接在所述底座(12)上，所述法兰盘(14)覆盖在所述筒体(13)的顶面上并通过第一紧固螺栓组(151)定位；所述模型系统密封安装在所述筒体(13)的内部。
3.根据权利要求2所述的用于双层井壁壁间注浆工艺试验和效果检测的装置，其特征在于：所述模型系统包括模型内壁(2)、模型外壁(3)和模型地层(4)，所述模型内壁(2)、模型外壁(3)和模型
4.根据权利要求3所述的用于双层井壁壁间注浆工艺试验和效果检测的装置，其特征在于：所述下压头(22)与环形的内模板、外模板配合并围成第一环形腔体，连续向所述第一环形腔体内浇筑混凝土至指定高度后压上所述上压头(21)并找平，浇筑形成所述模型内壁(2)，模型内壁(2)的两端与所述上压头(21)、下压头(22)粘合在一起，所述内模板上按设计位置设置有多根预埋注浆管(23)。
5.根据权利要求3所述的用于双层井壁壁间注浆工艺试验和效果检测的装置，其特征在于：所述模型地层(4)与所述筒体(13)之间设有滑动滤层(5)，所述模型外壁(3)、模型地层(4)和滑动滤层(5)的顶部与所述法兰盘(14)之间设有密封垫层(6)；所述筒体(13)与所述底座(12)之间设置有第一密封槽(121)，所述下压头(22)与所述底座(12)之间设置有第二密封槽(122)，所述筒体(13)与所述法兰盘(14)之间设置有第三密封槽(141)，所述上压头(21)的侧面和所述法兰盘(14)的内孔侧壁之间设置有第四密封槽(142)。
6.根据权利要求3所述的用于双层井壁壁间注浆工艺试验和效果检测的装置，其特征在于：所述压力加载系统包括千斤顶组(8)、承压环(7)、上加压管(131)、下加压管(132)，所述承压环(7)放置在所述上压头(21)的上方，所述千斤顶组(8)放置在所述承压环(7)的上方，且位于所述上盖(11)的下方，所述千斤顶组(8)通过所述承压环(7)将竖向应力传递给所述模型内壁(2)；
7.根据权利要求3所述的用于双层井壁壁间注浆工艺试验和效果检测的装置，其特征在于：所述注浆系统包括配套的注浆泵站，所述注浆泵站通过管道与所述预埋注浆管(23)连通，所述注浆泵站通过管道、预埋注浆管(23)向模型内壁(2)和模型外壁(3)之间、模型外壁(3)的模型外壁冷缝(31)和模型地层(4)注入设计浆液材料。
8.根据权利要求3所述的用于双层井壁壁间注浆工艺试验和效果检测的装置，其特征在于：所述数据采集系统包括模型井壁应变传感器组、加载压力传感器组、注浆压力传感器组、数据采集仪和计算机，所述模型井壁应变传感器组布置于所述模型内壁(2)上，用于采集试验过程中模型内壁的应变；所述加载压力传感器组布置于压力加载系统管路上，用于采集试验过程中加载的千斤顶组压力、地层和地下水压力；所述注浆压力传感器组布置于注浆系统管路上，用于采集试验过程中的注浆压力；所述模型井壁应变传感器组、加载压力传感器组、注浆压力传感器组分别与相应的所述数据采集仪连接，所述数据采集仪与所述计算机相连并实现数据传递。
9.一种双层井壁壁间注浆工艺的试验方法，其特征在于：利用权利要求1-8任意一项所述的用于双层井壁壁间注浆工艺试验和效果检测的装置进行操作，具体包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种双层井壁壁间注浆工艺的试验方法，其特征在于：步骤S2，静水标定模型内壁(2)主要包括以下几步：
...【技术特征摘要】
1.一种用于双层井壁壁间注浆工艺试验和效果检测的装置，其特征在于：包括高压试验台、模型系统、压力加载系统、注浆系统及数据采集系统，所述模型系统密封放置在所述高压试验台内，所述模型系统与外部的所述注浆系统相连通，所述压力加载系统位于所述高压试验台与所述模型系统之间，所述数据采集系统的多个零件分别安装在所述模型系统、注浆系统需要采集数据的部位。
2.根据权利要求1所述的用于双层井壁壁间注浆工艺试验和效果检测的装置，其特征在于：所述高压试验台包括上盖(11)、底座(12)、筒体(13)和法兰盘(14)，所述上盖(11)通过第一紧固螺栓组(151)连接在所述筒体(13)的上方，所述筒体(13)的底部通过第二紧固螺栓组(152)连接在所述底座(12)上，所述法兰盘(14)覆盖在所述筒体(13)的顶面上并通过第一紧固螺栓组(151)定位；所述模型系统密封安装在所述筒体(13)的内部。
3.根据权利要求2所述的用于双层井壁壁间注浆工艺试验和效果检测的装置，其特征在于：所述模型系统包括模型内壁(2)、模型外壁(3)和模型地层(4)，所述模型内壁(2)、模型外壁(3)和模型地层(4)由内向外依次排布在所述筒体(13)的内腔中；
4.根据权利要求3所述的用于双层井壁壁间注浆工艺试验和效果检测的装置，其特征在于：所述下压头(22)与环形的内模板、外模板配合并围成第一环形腔体，连续向所述第一环形腔体内浇筑混凝土至指定高度后压上所述上压头(21)并找平，浇筑形成所述模型内壁(2)，模型内壁(2)的两端与所述上压头(21)、下压头(22)粘合在一起，所述内模板上按设计位置设置有多根预埋注浆管(23)。
5.根据权利要求3所述的用于双层井壁壁间注浆工艺试验和效果检测的装置，其特征在于：所述模型地层(4)与所述筒体(13)之间设有滑动滤层(5)，所述模型外壁(3)、模型地层(4)和滑动滤层(5)的顶部与所述法兰盘(14)之间设有密封垫层(6)；所述筒体(13)与所述底座(12)之间设置有第一密封槽(121)，所述下压头(22)与所述底座(12)之间...
【专利技术属性】
技术研发人员：张雨，杨维好，杨志江，张驰，韩涛，张涛，骆汀汀，黄家会，刘涛，丁莹，杨鑫禹，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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