[发明专利]盾构隧道管片浮力测量模型实验装置

说明书

本发明公开了一种盾构隧道管片浮力测量模型实验装置，其包括模拟隧道管片的内筒、与内筒形成环状间隙的外筒、固定并密封外筒的两侧挡板、测定浮力的力传感器和横梁；所述的横梁穿过两挡板和内筒，横梁两端位置固定；内筒的两端通过密封圈紧贴在两侧挡板上，横梁通过调节装置与内筒连接，所述的力传感器安装在调节装置上，挡板的侧部安装有注浆装置，所述的注浆装置与内外筒之间的环状间隙连通。本发明管片与浆液的动态变化过程与实际工程相符，从而为分析管片上浮机理提供便利，将浮力转换成拉力测量或压力测量，解决了内筒在浆液中难以测量浮力的问题，而且转换成拉力测量或压力测量后更加准确方便。

本申请是申请日为2019年10月18日，申请号为2019109947461，专利名称为盾构隧道管片浮力测量模型实验装置的分案申请。

技术领域

本发明属于盾构施工工程技术领域，尤其涉及一种盾构隧道管片浮力测量模型实验装置。

背景技术

盾构法施工具有多方面优势，在城市地铁隧道修建中获得了广泛应用。盾构法施工时，在盾壳内将管片拼装完成，随着盾构机向前推进，管片脱离盾尾，在管片和地层间形成环形间隙，为了控制地层位移需要向环状间隙内进行同步注浆，注入浆液为水、水泥、粉煤灰、添加剂等拌合物。在浆液凝固前，浆液处于可流动状态，根据阿基米德浮力原理，浆液会对管片产生浮力，导致管片上浮。管片上浮后会出现管片错台，形成错台裂缝，降低管片密封质量，产生管片漏水等现象，因此对于管片上浮问题的研究显得尤为重要。

实际工程中管片被浆液包围，在浆液浮力作用下，管片上浮排开上部浆液，浆液沿着环形间隙向下流动，管片和浆液都处于运动状态。经过查阅相关文献，中国专利CN108872297A公开了“一种盾尾注浆浆液凝结及管片上浮过程模型试验装置”，利用该装置试验时，将模型土置于模型箱中，模型土内预埋压力盒等位移传感器，将固结压缩板置于模型土的上侧，通过压实机构对固结压缩板施压，将模型土压实，以此模拟真实的土层密实度；然后将固结压缩板取出，通过螺栓将钢管片模型固定于模型箱的上端，通过模型箱侧壁和钢管片模型上的注浆口向钢管片模型与模型土之间注浆，施压机构通过加载板对模型土施压，以模拟地层压力，当浆液在凝固过程中，控制加载板的压力模拟管片上浮的过程。

上述专利的实验装置中，钢管片模型是固定不动的，不能模拟管片的上浮过程，也不能模拟浆液沿环状间隙的流动过程，因此并不能模拟实际工程中管片的上浮过程，无法测量管片浮力，研究管片上浮过程中浮力变化规律。

发明内容

基于背景技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种盾构隧道管片浮力测量模型实验装置，在装置内部的管片模型被浆液包围，管片上浮时浆液向下流动，管片与浆液的动态变化过程与实际工程相符，从而测量管片浮力，研究管片上浮过程中浮力变化规律，为研究管片上浮的控制技术打下基础。

为了达到目的，本发明提供的技术方案为：

本发明涉及一种盾构隧道管片浮力测量模型实验装置，其包括模拟隧道管片的内筒、与内筒形成环状间隙的外筒、固定并密封外筒的两侧挡板、测定浮力的力传感器和横梁；所述的横梁穿过两挡板和内筒，横梁两端位置固定；内筒的两端通过密封圈紧贴在两侧挡板上，横梁通过调节装置与内筒连接，所述的力传感器安装在调节装置上，挡板的侧部安装有注浆装置，所述的注浆装置与内外筒之间的环状间隙连通。

优选地，所述的力传感器为拉力传感器，所述的调节装置对称设置在内筒中心的左右两侧，调节装置包括调节螺杆、调节螺母、固端螺母和固定杆，所述的固端螺母内嵌在内筒的内壁，固定杆的顶部与固端螺母连接，调节螺杆的下部穿过横梁，所述的调节螺母连接在横梁下方的调节螺杆上；所述的拉力传感器为中空结构，拉力传感器的中间孔壁上设有内螺纹，拉力传感器分别与上方的固定杆、下方的调节螺杆螺纹连接。