[发明专利]模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置及其试验方法

说明书

本发明公开了一种模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置，包括双液注浆系统、模型箱系统、支架系统和数据采集及处理系统。本发明还提供一种模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置的试验方法。该装置具有以下技术效果：1、能够为局部管片注浆模拟，且配套的模型箱尺寸小，试验所需的透明土、水泥浆液和水玻璃浆液也较少，可节约试验成本，并缩短试验周期；2、本发明模型箱的横纵向边长不大，不会因为透视深度过长而影响透明装置的可视化优势的发挥；3、该装置设置有旋转支架，可模拟实际工程的管片环上任何位置注浆孔的注浆情况；4、配套的试验图像测量技术精度高，可测量指定区域范围内土体运动信息，进行较长时间持续测量。

技术领域

本发明涉及一种模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置。

背景技术

当前，城市的隧道建设广泛采用地质条件适应性强、施工速度快的盾构法施工，该法能极大的缓解施工期间带来的城市交通拥堵问题。

在盾构的施工过程中,地表沉降是需要重点检测的数据，该数据受到众多因素的影响。

其中，盾构注浆的施工效果对地表沉降的影响显著。因为在盾构机推进的过程中，盾尾外壳会随之脱离已经拼装完成的管片，盾尾外壳原本所处的位置也会相应形成薄壁环状的间隙，管片也会随之处于一种脱离盾体的悬空状态。即时地同步注浆以及随后的二次注浆的效果对管片周边土体的形变起着决定性作用，进而影响地表沉降。

因此深入研究盾构注浆的填充与渗流机理对实际工程具有重要的指导意义和参考价值。

通过对当前技术的文献检索发现，对于盾构注浆的研究，主要有理论研究、数值模拟与室内试验。其中室内试验的装置有:

重庆大学的发明专利(申请公布号CN108490152A)提供一种新型模拟隧道开挖的透明土模型试验装置及其试验方法。该试验装置包括布置在试验平台上的模型箱，以及模拟隧道结构和成像装置。所述模型箱为透明矩形箱体。所述模型箱在相对的两侧壁面上预制孔洞。模拟隧道结构的两端分别嵌入模型箱两侧壁面上的孔洞内。所述模型箱内填筑透明土。试验时，两台激光发射器在透明土内部形成两个散斑切面。该装置在移动有机玻璃管的过程中，通过读取有机玻璃管表面的刻度值，从而得到每次移动产生的地层损失。该装置通过缩尺缩小模型箱尺寸，减少试验成本并保证了可视化的效果。但盾构壁后注浆浆液扩散具有复杂性和不确定性，影响因素很多，如浆液的颗粒组成、砂样的孔隙率、水的渗流扩散以及浆液和土体的耦合作用等。且涉及到的众多物理量很难通过简单的相似准则满足要求，通过相似变化后浆液的材料、土体材料很难在现实生活中找到相应的物质。且粘滞力、重力、惯性力等物理量也很难同时满足相似。因此要完全采用相似模型非常困难。

西南交通大学的实用新型专利(申请公布号CN209821195U)通过盾构机在模拟了实际工程中土层的级配和分层情况的透明土中进行可视化试验，试验包含了实际工程的多种施工工序(考虑掘进、同步注浆、管片拼装以及二次注浆等工序)，能够对浆液的渗流形态、管片对浆液挤压作用进行相应监测，并通过地层间位移的监测对注浆效果进行评估，力求尽可能逼真地还原实际工况。但其试验成本过高、试验设备复杂、试验周期长且模型箱的尺寸过大，直接影响透明土带来的可视化效果，该试验在实际操作和数据采集时的可实施性有待考察。

郑州大学的发明专利(申请公布号CN108872297A)提供了一种盾尾注浆浆液凝结及管片上浮过程模型试验装置。取管片底部及其影响范围的土体制成模型箱，模拟盾构机掘进过程中同步注浆不当，导致管片上浮的问题。该装置适用于研究盾构底部管片下方的注浆情况。对于不同位置注浆孔的注浆在重力作用下的扩散和渗透情况无法考虑，试验装置研究范围有一定局限性。

综上所述，目前盾构注浆的相关技术与试验装置存在的技术问题有：试验成本高、可视化效果不理想、研究范围有限等问题，还存在无法更加接近实际工程状况地进行工程试验的问题。

发明内容