[发明专利]地铁盾构同步注浆料浮力消散特性的测试装置及测试方法

说明书

一种地铁盾构同步注浆料浮力消散特性的测试装置及测试方法，其特征在于：试验机架的上部安装有数据采集及控制系统，一侧竖向固定有滚珠丝杆升降机构，丝杆与步进电机相连，横连接杆的一端与升降螺母固定连接，另一端与悬臂梁传感器固定连接，悬臂梁传感器的自由端与连接筒固定连接；竖连接杆上端插入连接筒内，下端与浮力体固定连接；浮力体位于浆液桶中。该装置能简单、方便、快速的测出同步注浆料的浮力—时间曲线，得到注浆料的浮力随着浆料的凝固而逐渐减小直至消失的消散特性；为盾构隧道的管片抗浮设计与施工的同步注浆料的选择，提供有效、可靠的测试数据，同时为探究和分析同步注浆浆料浮力消散的机理、规律，提供有力的测试手段和依据。

技术领域

本发明属于地铁盾构隧道工程同步注浆材料性能测试技术领域。

背景技术

地铁隧道的修建方法中，由于盾构法具有施工安全性高、对周围环境影响小及掘进速度快等特点，已成为地铁隧道修建的首选方法。盾构法在用盾构机掘进隧道的过程中，由脱离盾构机盾尾的管片，环向拼接形成管片环；管片环再纵向(隧道掘进方向)拼接形成隧道衬砌结构。因管片的外径小于盾构机的刀盘直径(盾壳的外径)，在管片脱出盾尾后，管片外侧(管片环外周)与地层之间存在一环形空隙，该环形空隙如果不能及时有效地填充，上方的土体及管片本身会因没有支撑，产生下沉、变形，导致沉降超限，隧道结构受到破坏；因此，需要在盾构机推进过程中，不间断地从盾尾直接向后注浆，以填充盾构间隙；边推进边注浆，且盾构机的推进速度与注浆速度匹配，推进一环就同时完成一环的注浆(盾构间隙实际上并未出现)，故叫同步注浆。

目前，地铁盾构隧道同步注浆浆料为单浆液和双浆液两种，其中单浆液的物理胶凝(完全固化成固结体)时间普遍在8-10小时左右，双浆液的物理胶凝时间在两小时以上。对于小直径的地铁盾构管片脱出盾尾仅需1小时左右，而大直径的盾构管片脱出盾尾时间略长。但脱出盾尾的管片外周充满的同步注浆料均未完成物理胶凝(尤其是单浆液浆料更是远未完成)；加之，浆料的密度大于管片的密度，管片初期受到的浮力大于管片重力，脱出盾尾的管片可能会上浮，而注浆料会下沉。

脱离盾壳后的管片在同步注浆的浆液的上浮现象，不仅会使隧道偏离设计路线，还会造成管片的局部损伤和接头渗漏等问题，严重时甚至导致管片错台、开裂及渗漏水等问题，从而使隧道结构的安全性和使用性能下降，大大影响盾构隧道的工程质量。

但管片的上浮现象并不一定会发生，这是因为：注浆液浆料在物理凝胶过程中，浆料逐渐由液态转化为固态，浆料的浮力逐渐减小直至消失，即浆料具有浮力消散特性；且浆料浮力消散的速度大于物理凝胶的速度，管片上浮时还需要克服摩擦力等阻力，其上浮过程较为缓慢。如浮力消散时间短、速度快，则管片的上浮现象可以忽略，或者可以通过管片预先下沉一小段距离，抵消管片的上浮。

总之，注浆料的浮力消散特性直接影响管片的上浮，进而影响盾构隧道结构的工程质量。因此，亟需开发出地铁盾构同步注浆料浮力消散特性的测试装置及测试方法，以快速、准确的测出注浆料的浮力消散特性，进而减小甚至避免管片在同步注浆浆料中的上浮现象，保证盾构隧道的工程质量。

发明内容

本发明的第一发明目的是提供一种地铁盾构同步注浆料浮力消散特性的测试装置，该装置能简单、方便、快速的测出同步注浆的浆料的浮力—时间曲线，得到注浆料的浮力随着浆料的凝固而逐渐减小直至消失的消散特性；为盾构隧道的管片抗浮设计与施工的同步注浆浆料的选择，提供有效、可靠的测试数据，以保证盾构隧道的工程质量；同时为探究和分析同步注浆浆料浮力消散的机理、规律，提供有力的测试手段和依据，促进浮力消散好的同步注浆浆料的研发和应用。

本发明实现其第一发明目的所采用的技术方案是，一种地铁盾构同步注浆料浮力消散特性的测试装置，其特征在于：