[发明专利]钢管混凝土拱架灌注试验系统及试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及地下工程支护材料试验领域，特别是一种钢管混凝土拱架灌注试验系统及试验方法。

背景技术

随着我国经济社会的发展，地下矿井、隧道、地铁、水电硐室等修建越来越多，更多的工程处于恶劣地质条件，随之面临的支护问题也越来越突出。在常规锚网喷支护及工字钢、U型钢支护无法满足要求的前提下，钢管混凝土拱架在工程中的应用越来越广泛，尤其是当工程埋深、断面较大，或是处于某些软弱地层之中时，钢管混凝土拱架的优越性体现得愈发明显。

在钢管混凝土拱架的设计施工中，钢管内部核心混凝土的灌注效果直接影响拱架的承载力，并最终决定支护效果。然而，由于缺乏试验研究的积累，目前钢管混凝土拱架的混凝土灌注参数的设计仍以经验为主，灌注工艺、工序存在缺陷，导致现场暴露出很多钢管混凝土拱架中混凝土存在极其不密实、甚至大空洞等现象，拱架承载力无法发挥，且带来安全隐患。

因此，目前亟待开展一系列钢管混凝土拱架灌注试验，通过对比分析，掌握钢管混凝土拱架灌注参数、工艺、工序等对拱架承载力及其支护效果的影响规律，进而优化设计和施工参数，改善灌注效果。然而，目前没有任何试验系统能够满足上述针对性试验要求。

发明内容

本发明的目的是通过该试验系统开展相关灌注试验，深入、直观、准确的分析各种影响因素下灌浆效果的差异，研究不同的混凝土参数、灌浆工艺、工序、方法以及其它因素对灌浆效果的影响规律，进而为钢管混凝土拱架灌注设计和施工提供参考依据。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

钢管混凝土拱架灌注试验系统，包括一个由空心管组成的试验拱架，在所述的试验拱架上设有灌浆孔和用于排气的排气孔，所述的灌浆孔与给空心管进行灌浆的灌浆系统相连；所述的试验拱架的四周设有多个对其实施加荷载的加载系统，所述的加载系统和试验拱架与一个为其提供反作用力的反力系统相连；且在试验拱架上还设有对灌浆进行检测的灌浆监测系统。

进一步的，所述的试验拱架由多节空钢管通过套管连接成圆形、椭圆形或直腿半圆形；

进一步的，所述的空钢管的截面形状为圆形、方形或矩形。

进一步的，所述的加载系统包括液压泵站、输油管、液压油缸和加载控制采集系统；所述的液压泵站通过输油管与液压油缸相连，通过所述的加载控制采集系统实现对所述的液压油缸的控制，实现对所述的试验拱架的加载或卸载，从而获取所述的试验拱架的承载力，进而对浆液灌注效果进行评价。

进一步的，所述的液压油缸固定在所述油缸支座上。

进一步的，所述的灌浆系统包括混凝土输送泵、灌浆管和灌浆接头，所述的混凝土输送泵通过所述的灌浆管和所述的灌浆接头与所述的试验拱架相连接，将不同配合比的混凝土以指定的不同速度泵送至所述的试验拱架中。

进一步的，所述的灌浆系统还包括振动器，所述的振动器通过螺栓固定在所述的试验拱架上，根据研究需要选择在灌浆时是否对拱架提供振动作用或不同的振动参数，用于研究振动及其参数对灌注效果的影响规律。

进一步的，所述的灌浆监测系统包括重量传感器、重量数据采集系统和观测孔；所述的重量传感器放置在所述的试验拱架底部和拱架底座之间，左右各一个，并通过导线与重量数据采集系统相连接，在灌浆过程中实时监测并记录所述的试验拱架重量变化情况；所述的观测孔均匀布置在所述的试验拱架壁上，当混凝土浆灌注至某个所述的观测孔时，可确知混凝土灌注填充位置，从而确定灌注到所述的试验拱架内的混凝土体积；所述的观测孔直径要小，以尽量不影响试验拱架承载力为宜。基于所述的灌浆监测系统，可以从侧面分析和评价所述的试验拱架灌浆密实度。

进一步的，所述的反力系统包括大型直立反力墙、油缸支座及拱架底座；所述的大型直立反力墙为高强钢筋混凝土结构，其上设有螺栓孔，用于固定油缸支座和拱架支座及其他构件；所述的油缸支座通过螺栓固定在所述的反力墙的指定位置，用于为油缸提供反力。

进一步的，所述的拱架底座通过高强螺栓固定在反力墙底端指定位置，左右各一个，用于支撑试验拱架，并在加载时提供对拱架底部的约束力。

所述的钢管混凝土拱架灌注试验系统的试验方法，包括以下步骤：

步骤1、连接好钢管混凝土拱架灌注试验系统；

步骤2、灌浆及监测

2-1开启拱架重量数据采集系统，实时监测并记录试验拱架的重量；

2-2启动混凝土输送泵，向试验拱架内灌注混凝土，灌浆过程中实时测量并记录试验拱架重量变化；同时通过观测孔实时观测并记录不同时刻的混凝土灌注位置，当混凝土超过某观测孔后，及时封堵该观测孔；