CN107462694A - 一种豆砾石回填灌浆模拟装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及TBM施工隧洞施工技术领域，具体而言，涉及一种豆砾石回填灌浆模拟装置及系统。本发明公开了一种豆砾石回填灌浆模拟装置，包括两端开口的桶体，桶体具备透明部；设置在桶体的两端用于封闭桶体的封口件；灌浆装置，灌浆装置用于向桶体内注入浆液，灌浆装置包括搅拌机以及注浆管，注浆管的一端与搅拌机连通，注浆管的另一端与桶体的桶内空间连通；并且灌浆装置还包括加压结构。该装置结构简单，能够模拟豆砾石回填灌浆的过程，也可模拟细石混凝土等类似材料的形成过程。

Description

一种豆砾石回填灌浆模拟装置及系统

技术领域

本发明涉及TBM施工隧洞施工技术领域，具体而言，涉及一种豆砾石回填灌浆模拟装置及系统。

背景技术

豆砾石回填灌浆是用水泥浆液充填管片衬砌后豆砾石的空隙及豆砾石层与围岩的空隙，形成豆砾石回填灌浆体，使管片、豆砾石回填灌浆体与围岩形成联合受力体系，共同承担内外荷载作用。

目前实际工程应用中，豆砾石回填灌浆在施工中有较多技术难题需要解决，如不易填满、底部易积聚岩粉、灌浆体强度及防渗不合格、现场灌浆压力达不到设计要求等。

上述问题可以借助室内试验开展研究工作，因此需研发一种室内模拟试验装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种豆砾石回填灌浆模拟装置，该装置结构简单，使用方便，不仅能够制得豆砾石与浆液混合凝固后的试样，还能够观察在桶体内水泥浆液在豆砾石中的渗透过程，便于对豆砾石与浆液混合的过程进行分析以及开展研究工作。

本发明的实施例是这样实现的：

一种豆砾石回填灌浆模拟装置，包括：

两端开口的桶体，桶体具备透明部；

设置在桶体的两端用于封闭桶体的封口件；

灌浆装置，灌浆装置用于向桶体内注入浆液，灌浆装置包括搅拌机以及注浆管，注浆管的一端与搅拌机连通，注浆管的另一端与桶体的桶内空间连通；并且灌浆装置还包括加压结构。

目前实际工程应用中，豆砾石回填灌浆在施工中有较多技术难题需要解决，如不易填满、底部易积聚岩粉、灌浆体强度及防渗不合格、现场灌浆压力达不到设计要求等。

故基于上述原因，本发明公开了一种豆砾石回填灌浆模拟装置，该装置能够模拟豆砾石回填灌浆的工作过程。其中，该装置的桶体为两端开口，并且在桶体的底部设有用于封闭桶体的封口件，通过封口件与桶体的配合，使得在桶体的内部形成了一端封闭的容纳空间，通过灌浆装置向桶体内部的容纳空间内灌注水泥浆液，使得浆液在桶体内与豆砾石混合。在浆液在桶体内与豆砾石混合的过程中，通过桶体上的透明部能够观察到桶体内的混合情况，可以制得豆砾石与浆液混合凝固后的试样，便于进行相关的实验及分析。

在本发明的一种实施例中：

加压结构包括压力泵，压力泵的进口与搅拌机连通，压力泵的出口与注浆管连通。

在本发明的一种实施例中：

豆砾石回填灌浆模拟装置还包括设置在注浆管上的灌浆记录仪。

在本发明的一种实施例中：

在桶体的外壁上设有标尺。

在本发明的一种实施例中：

注浆管上还设有流速流量仪。

在本发明的一种实施例中：

豆砾石回填灌浆模拟装置还包括用于测量灌浆时间的计时装置。

在本发明的一种实施例中：

桶体的内壁上附有可拆卸的透明膜层。

在本发明的一种实施例中：

桶体由钢化玻璃材料或有机玻璃材料制成。

在本发明的一种实施例中：

注浆管上还设有至少一处截止阀。

一种豆砾石回填灌浆模拟系统，包括上述的豆砾石回填灌浆模拟装置。

本发明的技术方案至少具有如下有益效果：

本发明提供的豆砾石回填灌浆模拟装置，该装置结构简单，使用方便，不仅能够制得豆砾石与浆液混合凝固后的试样，还能够观察在桶体内的豆砾石与浆液混合的过程，便于对豆砾石与浆液混合的过程进行分析以及开展研究工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中豆砾石回填灌浆模拟装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中桶体的结构示意图；

图3为本发明实施例中桶体的结构示意图；

图4为图3中Ⅳ处的放大示意图。

图标：200-豆砾石回填灌浆模拟装置；210-桶体；220-封口件；230-灌浆装置；240-加压结构；250-灌浆记录仪；270-排气管；211-板材；212-十字型角钢；213-丝杆；221-固定条；231-搅拌机；232-注浆管；241-压力泵；261-第一截止阀；262-压力计；263-密度仪；264-第一流速流量仪；267-第二截止阀；268-第二流速流量仪；269-第三截止阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施方式的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请参考图1。

图1示出了实施例中提供的豆砾石回填灌浆模拟装置200的具体结构。

从图中1可以看出，该豆砾石回填灌浆模拟装置200包括桶体210、封口件220以及灌浆装置230。

其中，请参照图2，桶体210为两端开口，并且在桶体210上具备透明部。需要说明的是，桶体210上的透明部可以是将部分桶体210的外周设置为透明状，并通过该透明部观察桶体210内的情况。其外，也可以将该豆砾石回填灌浆模拟装置200的桶体210由透明的材料制成，使得该桶体210整体呈透明状。

由于桶体210为两端开口，故在桶体210的两端设置有封口件220，封口件220上设有密封条，通过封口件220能够对桶体210的开口进行封闭，并且通过封口件220与桶体210的配合，使得桶体210的内部空间与封口件220共同形成用于容纳实验所需的浆液和豆砾石的空间。需要说明的，在本发明的实施例中，该豆砾石回填灌浆模拟装置200可以包括多个上述的桶体210，并且每个桶体210均对应安装有用于封闭桶体210的开口的封口件220。另外，多个桶体210均连有灌浆装置230。

请再次参照图1，灌浆装置230包括搅拌机231以及注浆管232，注浆管232的一端与搅拌机231连通，注浆管232的另一端与桶体210的桶内空间连通，并且灌浆装置230还包括加压结构240。

该装置能够模拟豆砾石回填灌浆的工作过程。其中，该装置的桶体210为两端开口，并且在桶体210的开口处设有用于封闭开口封口件220，通过封口件220与桶体210的配合，使得在桶体210的内部形成了相对于外界封闭的容纳空间，通过灌浆装置230向桶体210内部的容纳空间内灌注水泥浆液，使得浆液在桶体210内与豆砾石混合。在浆液在桶体210内与豆砾石混合的过程中，通过桶体210上的透明部能够观察到桶体210内的混合情况，同时可以制得豆砾石与浆液混合凝固后的试样，便于后期进行相关的实验及分析。

具体的，在本发明的实施例中，桶体210有多种的实施例方式，而在本实施例中，请参照图3及图4，桶体210是由4块板材211围成，板材211均可采用透明钢化玻璃材料或有机玻璃制造，在相邻的板材211的连接处均设有十字型角钢212，同时相邻的两根十字型角钢212之间通过丝杆213连接，在丝杆213与十字型角钢212的连接处设有垫片和螺帽进行固定。其外，沿十字型角钢212的轴线方向可以依次设置多个板材211，并在板材211与板材211之间设置密封垫。进一步地，封口件220设置在桶体210的开口处设，用于与桶体210形成封闭的浆液与豆砾石的容纳空间，封口件220有多种的制造方式，在本实施例中，可以选用钢化玻璃或不锈钢材料等制造。需要说明的是，封口件220具备与桶体210的开口相配合的轮廓，并且在封口件220与桶体210的开口配合时，可以通过固定条221横跨封口件220与十字型角钢212可拆卸地连接，将封口件220相对固定在桶体210的开口处。

其外，在桶体210两端的封口件220上均设置有开孔，两个开孔分别与灌浆装置230的注浆管232及排气管270连通。并且需要说明的是，与排气管270和注浆管232连接的封口件220在桶体210上的位置可以互换，故可以将排气管270与下方的封口件220连接，将注浆管232与上方的封口件220连接；或是将排气管270与上方的封口件220连接，将注浆管232与下方的封口件220连接。另外，在本发明的其他实施例中，当注浆管232从上方的开口与桶体210内部导通时，该装置可以选择不设置上方的封口件220。

另外，由于在桶体210下方的封口件220需要与注浆管232或是排气管270连接，故在安装的过程中，桶体210的下部可以设置支架，增加桶体210的离地高度，留出一定的安装操作空间，便于安装注浆管232或是排气管270。

灌浆装置230的作用在于向桶体210内注入浆液。其中，搅拌机231用于拌制混合水泥浆液，并且通过加压结构240将搅拌机231内的水泥浆液注入桶体210内。而在本发明的实施例中，加压结构240具备多种的实施方式，在本实施例中，加压结构240可以包括压力泵241，压力泵241的进口与搅拌机231连通，压力泵241的出口与注浆管232连通。而在本发明的其他实施例中，加压结构240还可以包括支架，以及设置在支架上的提升装置，并且提升装置与搅拌机231连接，通过提升装置能够提升搅拌机231相对于地面的高度，由此改变搅拌机231相对于桶体210的高度，使得搅拌机231的出口与在桶体210上的浆液入口存在高度差，并且使得搅拌机231的出口明显高于在桶体210上的浆液入口，所以能够在通过提升装置提升搅拌机231后，其内部的水泥浆液能够进入到桶体210中。

在向桶体210内注入浆液的过程中，需要对桶体210内的水泥浆液的注入情况进行观察记录。其外，还需要对灌浆装置230的水泥浆液的流速进行统计。最后还需对记录所得的数据结合工作的时间进行综合的分析。故在本实施例中，豆砾石回填灌浆模拟装置200还包括设置在注浆管232上的灌浆记录仪250，并且在注浆管232上设有压力计262、密度仪263以及第一流速流量仪264。压力计262、密度仪263、第一流速流量仪264以及第二流速流量仪268均与灌浆记录仪250电连接。通过设置在注浆管232上的压力计262、密度仪263、第一流速流量仪264以及第二流速流量仪268能够测出在注浆管232以及排气管270内的水泥浆液的流量、密度、流速以及压力等数据，并且以上数据可以由灌浆记录仪250统一收集。随后，由灌浆记录仪250收集的数据可以上传至计算机，由计算机进行后续的数据处理及分析。

豆砾石回填灌浆模拟装置200还包括以下装置。

在本实施例中，在桶体210的外壁上还设有标尺，目的是通过标尺观察桶体210内部的液位，并进行相应的记录。此外，通过标尺和时钟，可计算浆液的渗流速度。

进一步地，在本实施例中，排气管270上可以设置第三截止阀269以及第二流速流量仪268，目的是通过第三截止阀269排气管270上的通断，以及通过第二流速流量仪268测量排气管270内的水泥浆液的流速。

其次，在本实施例中，该豆砾石回填灌浆模拟装置200还可以包括用于测量灌浆时间的计时装置。通过计时装置统计水泥浆液的注入时间。

另外，为方便豆砾石与浆液混合凝固后能够易于与桶体210的内壁脱离，故在本实施例中，桶体210的内壁上附有可拆卸的透明膜层。

需要说明的是，在本实施例中，为了提高桶体210的强度，并且使得桶体210透明，故桶体210采用钢化玻璃或有机玻璃材料制成。而且，注浆管232由有机玻璃材料制成，注浆管232与桶体210和浆液泵均通过软套管连接，并且连接处设有抱箍。

基于上述的豆砾石回填灌浆模拟装置200，本发明还公开了一种采用上述豆砾石回填灌浆模拟装置200的豆砾石回填灌浆模拟系统。

该豆砾石回填灌浆模拟装置200的工作原理是：

该装置能够模拟豆砾石回填灌浆的工作过程。

具体的，将板材211、十字型角钢212以及丝杆213组装成桶体210，并且将封口件220安装在桶体210的两端。通过封口件220与桶体210的配合，使得在桶体210的内部形成了封闭的容纳空间。

需要说明的是，为制作出混合时间分别为3天、7天和28天的水泥浆液与豆砾石混合体的凝固试样，在本实施例中，选用的是制作三个桶体210，三个桶体210均连接同一个灌浆装置230，以保证实验的环境相同，提高数据的可对比性和可靠性。

随后将灌浆装置230组装完毕，将灌浆装置230的注浆管232与封口件220连接并与桶体210内部导通，并且将排气管270连接在封口件220上，同时使得在注浆管232以及排气管270上的第一截止阀261、第二截止阀267以及第三截止阀269处于关闭状态。

待装置组装完成之后，需要对灌浆记录仪250和压力计262、密度仪263以及第一流速流量仪264等用于进行测量的设备进行测试。待确认准备工作完成之后，关闭第一截止阀261、第二截止阀267以及第三截止阀269。

通过将灌浆装置230制作水泥浆液，打开第一截止阀261、第二截止阀267以及第三截止阀269，通过加压结构240，向桶体210内部的容纳空间内灌注水泥浆液，使得浆液在桶体210内与豆砾石混合。

待混合完毕，可以先将第三截止阀269断开，或是直接断开灌浆装置230与桶体210的连接，待浆液在桶体210内与豆砾石混合并凝固后，根据等待的时间，对应拆除达到混合时间的桶体210，所以能够得到3天、7天和28天的水泥浆液与豆砾石混合体的凝固试样。

随后可以制作下一批试样，并且该装置可以重复利用，仅需制作对应的桶体210即可。

在浆液在桶体210内与豆砾石混合的过程中，需要说明的是，豆砾石预先放置在桶体210内，并且在水泥浆液注入桶体210内与豆砾石混合的过程中，需要对在桶体210的外壁上设置的标尺、注浆管232上设置的灌浆记录仪250以及测量灌浆时间的计时装置所收集的数据进行统计。

再结合桶体210上的透明部观察到桶体210内的混合情况，与收集的液位、流速以及时间数据进行分析，得到相对可靠的结论。

另外，在水泥浆液与豆砾石混合体凝固后，需要对凝固后的混合物进行制作试样步骤，并对试样进行实验及分析。

需要说明的是，在制作试样的过程中，有多种的制作试样的方式，需要根据所得到的豆砾石与水泥浆液的混合凝固体的尺寸而制定试样的制取方案。其中，当该桶体210的高为1000mm、宽为300mm以及长为350mm时，试样为外径50mm长度100mm的柱体时，可制作7层试样层，并且每个试样层均可水平钻取12个试样。当该桶体210的高度为1000mm、长和宽分别为240mm时，试样为外径50mm长度100mm的圆柱体时，可制作7层试样层，并且每个试样层均可水平钻取6个试样。

综上，该装置结构简单，使用方便，不仅能够制得豆砾石与浆液混合凝固后的试样，还能够观察在桶体210内的豆砾石与浆液混合的过程，便于对豆砾石与浆液混合的过程进行模拟分析以及开展研究工作。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种豆砾石回填灌浆模拟装置，其特征在于，包括：

两端开口的桶体，所述桶体具备透明部；

设置在所述桶体的两端用于封闭所述桶体的封口件；

灌浆装置，所述灌浆装置用于向所述桶体内注入浆液，所述灌浆装置包括搅拌机以及注浆管，所述注浆管的一端与所述搅拌机连通，所述注浆管的另一端与所述桶体的桶内空间连通；并且所述灌浆装置还包括加压结构。

2.根据权利要求1所述的豆砾石回填灌浆模拟装置，其特征在于：

所述加压结构包括压力泵，所述压力泵的进口与所述搅拌机连通，所述压力泵的出口与所述注浆管连通。

3.根据权利要求1所述的豆砾石回填灌浆模拟装置，其特征在于：

所述豆砾石回填灌浆模拟装置还包括设置在所述注浆管上的灌浆记录仪。

4.根据权利要求1所述的豆砾石回填灌浆模拟装置，其特征在于：

在所述桶体的外壁上设有标尺。

5.根据权利要求1所述的豆砾石回填灌浆模拟装置，其特征在于：

所述注浆管上还设有流速流量仪。

6.根据权利要求1所述的豆砾石回填灌浆模拟装置，其特征在于：

所述豆砾石回填灌浆模拟装置还包括用于测量灌浆时间的计时装置。

7.根据权利要求1所述的豆砾石回填灌浆模拟装置，其特征在于：

所述桶体的内壁上附有可拆卸的透明膜层。

8.根据权利要求1所述的豆砾石回填灌浆模拟装置，其特征在于：

所述桶体由钢化玻璃材料或有机玻璃材料制成。

9.根据权利要求1所述的豆砾石回填灌浆模拟装置，其特征在于：

所述注浆管上还设有至少一处截止阀。

10.一种豆砾石回填灌浆模拟系统，其特征在于：

所述豆砾石回填灌浆模拟系统包括权利要求1-9中任意一项所述的豆砾石回填灌浆模拟装置。