CN105628335A - 类矩形盾构同步注浆试验设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种类矩形盾构同步注浆试验设备，其包括：模拟管片、模拟盾壳以及模拟盾尾，所述模拟盾壳的第一端和所述模拟管片的第二端之间设置有千斤顶回拉装置；所述模拟盾尾连接于所述模拟盾壳的第二端；所述模拟盾尾的末端设置有注浆孔；所述模拟管片的外表面设置有土压传感器，其内部设置有摄像头；土压传感器以及摄像头用于检测模拟盾尾注浆过程中浆液的流动以及压力传导过程。模拟盾壳以及模拟盾尾的截面为类矩形，因此本发明的试验设备可以有效的模拟类矩形盾构的注浆过程。注浆管设置于模拟盾壳内部，这样可以避免将注浆管设置于模拟盾壳外侧造成模拟盾尾以及模拟盾壳产生异形突起，进而防止异形突起对注浆试验的结果产生影响。

Description

类矩形盾构同步注浆试验设备

技术领域

本发明属于隧道施工领域，尤其涉及一种类矩形盾构同步注浆试验设备。

背景技术

对于地下隧道施工技术的研究有很多方式，如理论分析等，而试验方法也是一种非常重要的科学方法，例如通过模拟试验的方法来研究盾构掘进机在地下隧道施工过程中的特性、土体的特性以及机土之间的相互作用关系。目前国内外一些企业、科研机构和大学都建立相关的实验室以设计建造相应模拟试验台来进行这一特定的工程模拟试验，如上海隧道工程股份有限公司就研制了大型盾构掘进模拟试验平台以进行盾构掘进机施工试验。

在采用盾构掘进机掘进法进行地下隧道的施工过程中，一边盾构掘进机的头部向前方土层掘进，一边在盾构掘进机尾部之内用成型管片完成隧道的砌衬，当盾构掘进机向前推进时，盾尾就同时前进而在土体与管片砌衬之间留下了建筑间隙。为了有效地控制周围土体的变形和地面沉降，保证隧道的稳定，这时就要采用浆液按照预定压力和注浆量同步均匀地注入管片壁后，充填盾构掘进机推进在盾尾后侧产生的建筑间隙，即进行同步注浆。同步注浆是隧道盾构掘进机施工中的一道重要工序，它是降低管片偏移、防止土体变形、控制地面沉降和减少隧道后期变形的重要手段，因此同步注浆应达到及时、均匀、足量的要求。同步注浆的质量受到浆液种类、注浆压力、注浆流量等诸多因素影响，如何采用合适的工艺参数以达到最佳的同步注浆效果，是隧道盾构施工技术领域中的重要课题，这一课题的研究只单纯地通过理论分析方法进行是不够的，试验研究是解决这一技术课题的必不可少的重要方法。

现有试验装置均为针对圆形盾构设计，未考虑到异形盾构如类矩形盾构。对于注浆模拟装置我们找到了中国专利ZL200810162251.4《一种新型注浆模拟装置》，该专利所述注浆模拟装置主要包括空气压缩机、调压阀、压力容器、试验模具等，注浆浆液放置在压力容器内，压力容器顶部与空气压缩机连接，通过空气压缩机向压力容器内压入空气而将浆液压出并注入试验模具，模拟试验过程可以通过调压阀来调节注浆压力，该注浆模拟装置只能模拟室内各种土体的压密注浆和劈裂注浆过程。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种类矩形盾构同步注浆试验设备，该类矩形盾构同步注浆试验设备可以解决现有技术中存在的问题。

本发明的类矩形盾构同步注浆试验设备包括：

土箱，其内部填充有试验土体；

模拟管片，所述模拟管片是截面为类矩形的透明筒形构件；所述模拟管片插设于所述土箱内部，其第一端连接于所述土箱的第一侧壁；所述模拟管片的外表面设置有土压传感器，所述模拟管片的内部还设置有摄像头；

模拟盾壳，套设于所述模拟管片外侧；所述模拟盾壳为截面为类矩形的筒形构件，所述模拟盾壳的壳体内部设置有注浆管；所述模拟盾壳的第一端和所述模拟管片的第二端之间设置有千斤顶回拉装置；以及

模拟盾尾，所述模拟盾尾套设于所述模拟管片外侧且连接于所述模拟盾壳的第二端；所述模拟盾尾的末端设置有注浆孔，该注浆孔连接于所述模拟盾壳的所述注浆管，所述模拟盾尾的末端和所述模拟管片的外侧之间设置有盾尾刷；

所述模拟盾壳的内壁设置有多根注浆管，两根所述注浆管为一组，在一组所述注浆管中，两根所述注浆管的末端通过一桥接球阀连通，此外每根所述注浆管的末端还通过一注浆球阀连接于所述模拟盾尾的注浆管。

本发明的类矩形盾构同步注浆试验设备的进一步改进在于：所述千斤顶回拉装置包括千斤顶后座、抱箍、顶块以及千斤顶油缸；所述千斤顶后座以及所述抱箍将所述千斤顶油缸固定安装于所述模拟管片的内壁，所述顶块安装于所述模拟盾壳的内壁，所述千斤顶油缸的一端顶撑于所述千斤顶后座，其另一端从所述模拟管片的第二端伸出并顶撑于所述顶块。

本发明的类矩形盾构同步注浆试验设备的进一步改进在于：所述千斤顶回拉装置的数目为二，两个所述千斤顶回拉装置对称分布于所述模拟管片的两侧。

本发明的类矩形盾构同步注浆试验设备的进一步改进在于：所述模拟管片的内壁设置有多个管片开窗，所述管片开窗的位置和所述桥接球阀以及注浆球阀的位置相对应。

本发明的类矩形盾构同步注浆试验设备的进一步改进在于：所述注浆管连接于注浆泵，所述注浆泵通过所述注浆管将注浆浆液输送至所述注浆孔；每个注浆管中的注浆浆液分别包含不同颜色的颜料。

本发明的类矩形盾构同步注浆试验设备的进一步改进在于：所述模拟管片的第二端以及所述模拟盾壳的第一端穿过和所述第一侧壁相对的第二侧壁的开口延伸至所述土箱的外侧；所述模拟盾壳和所述第二侧壁的开口之间设置有密封装置。

本发明的类矩形盾构同步注浆试验设备的进一步改进在于：所述盾尾刷内部填充有油脂。

本发明的类矩形盾构同步注浆试验设备的进一步改进在于：模拟管片由透明的有机玻璃制成。

本发明的类矩形盾构同步注浆试验设备具有以下有益的技术效果：模拟盾壳以及模拟盾尾的截面为类矩形，因此本发明的试验设备可以有效的模拟类矩形盾构的注浆过程。在本发明中注浆管设置于模拟盾壳内部，这样可以避免将注浆管设置于模拟盾壳外侧造成模拟盾尾以及模拟盾壳产生异形突起，进而防止异形突起对注浆试验的结果产生影响。注浆管配合桥接球阀以及注浆球阀可以实现对注浆管的旁路冲洗，通过旁路冲洗可以避免注浆管中残留的注浆浆液发生凝结造成注浆管堵塞。

附图说明

图1为本发明的类矩形盾构同步注浆试验设备的剖面图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为图1中B处的局部放大图；

图4为模拟盾尾处模拟管片的截面视图；

图5为两根通过桥接球阀连接的注浆管的局部视图；以及

图6为千斤顶回拉装置推动模拟盾壳过程中的示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

下面结合附图对本发明的类矩形盾构同步注浆试验设备进行介绍：

如图1所示，本发明的类矩形盾构同步注浆试验设备主要包括土箱10、模拟管片20、模拟盾壳30以及模拟盾尾40。

如图1和图4所示，土箱10为箱体构件，其内部装有装有试验土体11。模拟管片20是截面为类矩形的透明筒形构件。模拟管片20沿水平方向插设于土箱10内部，其第一端连接于土箱10的第一侧壁12。模拟管片20的外表面设置有多个土压传感器，模拟管片20的内部还设置有多个摄像头。模拟管片20采用透明的有机玻璃制成。

如图1和图3所示，模拟盾壳30同轴套设于模拟管片20外侧。模拟盾壳30同样为截面为类矩形的筒形构件。模拟盾壳30的壳体内部设置有注浆管31。模拟盾壳30的第一端和模拟管片20的第二端之间设置有千斤顶回拉装置50。千斤顶回拉装置50可以推动模拟盾壳30向模拟管片20的第二端的方向滑动，通过千斤顶回拉装置50可以模拟盾构机在地下顶进过程中的运动状况。模拟管片20的第二端以及模拟盾壳30的第一端穿过土箱10的第二侧壁13的开口并延伸至土箱10的外侧。土箱10的第二侧壁13和第一侧壁12相对设置。在模拟盾壳30和第二侧壁13的开口之间设置有密封装置。

如图1至图3所示，模拟盾尾40套设于模拟管片外侧且连接于模拟盾壳30的第二端。模拟盾尾40和模拟盾壳30的连接处设置有密封条。模拟盾尾40的末端设置有多个注浆孔41，注浆孔41沿模拟盾尾40的尾部边沿均匀分布。每个注浆孔41连接于模拟盾壳30的注浆管31。在本发明中注浆管31设置于模拟盾壳30内部，这样可以避免将注浆管设置于模拟盾壳外侧造成模拟盾尾以及模拟盾壳产生异形突起，进而防止异形突起对注浆试验的结果产生影响。模拟盾尾40的末端和模拟管片20的外侧之间设置有盾尾刷42。盾尾刷42安装于模拟盾尾40的内壁，且环绕于模拟盾壳30的外侧。盾尾刷42内部填充有油脂。

如图1至图3所示，在模拟注浆的过程中千斤顶回拉装置50推动模拟盾壳30以及模拟盾尾40沿模拟管片20的轴向运动，与此同时模拟盾壳30尾部边缘的注浆孔41向模拟管片20和试验土体11之间的空隙进行注浆。位于模拟管片20外侧的土压传感器可以实时监控注浆压力以及注浆压力的传导过程。由于模拟管片20为透明构件，设置于模拟管片20内部的摄像头可以监控注浆浆液的注浆效果以及流动路径。

如图1和图2所示，模拟管片20以及模拟盾壳30都是有多节构件拼装而成。在每节模拟盾壳30内部都设置有多跟注浆管31，注浆管31安装于模拟盾壳30的内壁，当多节模拟盾壳30拼装时，相邻模拟盾壳管节内部的注浆管31也相互连接。模拟盾壳30的第一端的位置设置有注浆泵(图中未显示)，注浆泵连接于模拟盾壳30内部的注浆管31。注浆泵通过注浆管31将注浆浆液输送至各个注浆孔41。每个注浆管31中的注浆浆液分别包含不同颜色的颜料。结合模拟管片20内部的摄像头，混有颜料的浆液使得模拟注浆过程中浆液的流动状况更加清晰。

如图2、图4以及图5所示，模拟盾壳30的内壁设置有多根注浆管31。在模拟盾壳30内部，相邻的两根注浆管31为一组。在一组注浆管31中，两根注浆管31的末端通过一桥接球阀32连通。此外每根注浆管31的末端还通过一注浆球阀33连接于模拟盾尾40的注浆管31。上述的分组和连接方式使得注浆管31可以采用旁路冲洗的方式清洗其内部的水泥浆液。在注浆过程中，关闭桥接球阀32，打开注浆球阀33，注浆管31中的注浆浆液从注浆孔41中排出。当停止注浆时，注浆管31内部还残留有部分注浆浆液，这部分浆液长时间残留会发生凝固进而堵塞注浆管31。为了避免堵塞，在注浆结束后对注浆管31进行旁路冲洗。旁路冲洗的具体步骤为：打开桥接球阀32，关闭注浆球阀33，向一组注浆管31中的一根注浆管31中注水，水会流经桥接球阀32从另一根注浆管31中排出，水在排出的过程中会带走注浆管31内部残留的注浆浆液。

为了便于操作桥接球阀32以及注浆球阀33。模拟管片20的内壁设置有多个管片开窗21。管片开窗21的位置和桥接球阀以及注浆球阀的位置相对应。操作桥接球阀32以及注浆球阀33时，可以将对应的管片开窗21打开，以便对球阀进行操作。

如图3和图6所示，在本实施例中，千斤顶回拉装置50的数目为二，两个千斤顶回拉装置50对称分布于模拟管片20的两侧。

千斤顶回拉装置50包括千斤顶后座51、抱箍52、顶块53以及千斤顶油缸54。千斤顶后座51以及抱箍52将千斤顶油缸固定安装于模拟管片20的内壁，顶块53通过螺栓安装于模拟盾壳30的内壁。千斤顶油缸54的一端顶撑于千斤顶后座51，其另一端从模拟管片20的第二端伸出并顶撑于顶块53。

顶块53通过螺栓安装于模拟盾壳30的内壁。在模拟盾壳30的每个管节内部都设置有供顶块53安装的支座。千斤顶回拉装置50每次将模拟盾壳30推动一个管节的距离(如图6所示)，推动完成后将模拟盾壳30第二端最末端的管节拆下，并将顶块53安装至模拟盾壳30的新第二端最末端的管节。顶块53安装完成后继续通过千斤顶回拉装置50推动模拟盾壳30，与此同时模拟盾尾40继续进行注浆测试。

本发明的类矩形盾构同步注浆试验设备具有以下有益的技术效果：模拟盾壳以及模拟盾尾的截面为类矩形，因此本发明的试验设备可以有效的模拟类矩形盾构的注浆过程。在本发明中注浆管31设置于模拟盾壳30内部，这样可以避免将注浆管设置于模拟盾壳外侧造成模拟盾尾以及模拟盾壳产生异形突起，进而防止异形突起对注浆试验的结果产生影响。注浆管31配合桥接球阀32以及注浆球阀33可以实现对注浆管31的旁路冲洗，通过旁路冲洗可以避免注浆管31中残留的注浆浆液发生凝结造成注浆管31堵塞。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种类矩形盾构同步注浆试验设备，其特征在于包括：

土箱，其内部填充有试验土体；

模拟管片，所述模拟管片是截面为类矩形的透明筒形构件；所述模拟管片插设于所述土箱内部，其第一端连接于所述土箱的第一侧壁；所述模拟管片的外表面设置有土压传感器，所述模拟管片的内部还设置有摄像头；

模拟盾壳，套设于所述模拟管片外侧；所述模拟盾壳为截面为类矩形的筒形构件，所述模拟盾壳的壳体内部设置有注浆管；所述模拟盾壳的第一端和所述模拟管片的第二端之间设置有千斤顶回拉装置；以及

模拟盾尾，所述模拟盾尾套设于所述模拟管片外侧且连接于所述模拟盾壳的第二端；所述模拟盾尾的末端设置有注浆孔，该注浆孔连接于所述模拟盾壳的所述注浆管，所述模拟盾尾的末端和所述模拟管片的外侧之间设置有盾尾刷；

所述模拟盾壳的内壁设置有多根注浆管，两根所述注浆管为一组，在一组所述注浆管中，两根所述注浆管的末端通过一桥接球阀连通，此外每根所述注浆管的末端还通过一注浆球阀连接于所述模拟盾尾的注浆管。

2.如权利要求1所述的类矩形盾构同步注浆试验设备，其特征在于：所述千斤顶回拉装置包括千斤顶后座、抱箍、顶块以及千斤顶油缸；所述千斤顶后座以及所述抱箍将所述千斤顶油缸固定安装于所述模拟管片的内壁，所述顶块安装于所述模拟盾壳的内壁，所述千斤顶油缸的一端顶撑于所述千斤顶后座，其另一端从所述模拟管片的第二端伸出并顶撑于所述顶块。

3.如权利要求1所述的类矩形盾构同步注浆试验设备，其特征在于：所述千斤顶回拉装置的数目为二，两个所述千斤顶回拉装置对称分布于所述模拟管片的两侧。

4.如权利要求1所述的类矩形盾构同步注浆试验设备，其特征在于：所述模拟管片的内壁设置有多个管片开窗，所述管片开窗的位置和所述桥接球阀以及注浆球阀的位置相对应。

5.如权利要求1所述的类矩形盾构同步注浆试验设备，其特征在于：所述注浆管连接于注浆泵，所述注浆泵通过所述注浆管将注浆浆液输送至所述注浆孔；每个注浆管中的注浆浆液分别包含不同颜色的颜料。

6.如权利要求1所述的类矩形盾构同步注浆试验设备，其特征在于：所述模拟管片的第二端以及所述模拟盾壳的第一端穿过和所述第一侧壁相对的第二侧壁的开口延伸至所述土箱的外侧；所述模拟盾壳和所述第二侧壁的开口之间设置有密封装置。

7.如权利要求1所述的类矩形盾构同步注浆试验设备，其特征在于：所述盾尾刷内部填充有油脂。

8.如权利要求1所述的类矩形盾构同步注浆试验设备，其特征在于：模拟管片由透明的有机玻璃制成。