CN109781968A - 一种模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，首先配置模型相似材料；然后组装试验系统；再模拟隧道超挖，测量土体的变化情况；然后模拟补偿注浆，测量注浆的扩张形态和土体变化情况；最后进行数据分析，得出补偿注浆扩张形态的扩张轮廓计算模型。本发明提供的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，通过在隧道模型外表面加刻导流槽的方式解决了排水孔易被外覆薄膜堵塞的问题，也解决了流动性相对较差的浆液的注入与不均匀分布的问题。通过注入能够自硬化的浆液材料，不仅能够描述注浆补偿率与地表及土体内部竖向位移的关系，而且可以获得盾构隧道补偿注浆的扩张形态。对盾构隧道补偿注浆的实际运用具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明属于地下工程试验技术领域，具体涉及一种模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法。
背景技术
随着城市化进程的加快，发展城市地下轨道交通已是大势所趋。地下轨道交通最常用的施工方式是盾构法施工。盾构法施工的室内模型试验装置一般采用水囊法，在隧道模型外覆橡胶膜，通过排水和注水的方式模拟隧道超挖及补偿注浆对地层变形及地表沉降的影响，并不能得出补偿注浆过程中隧道周围土体的压力、变形及扩张形态。隧道模型材料因为受到周围土层的压力作用，极易导致隧道模型的排水口处的橡胶膜吸附现象从而造成排水口处的严重堵塞，不利于正常工行排水。而且现有的盾构隧道试验模拟系统或方法均无法得到补偿注浆时的真实的浆液扩张形态，只能统一简化为圆孔扩张，造成较大的计算偏差。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法以至少解决目前盾构隧道试验模拟系统排水孔易堵塞、浆液注入分布不均匀、补偿注浆的扩张形态不准确等问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，包括如下步骤：
S1，配置模型相似材料作为试验用的土体；
S2，组装试验系统；
S3，模拟隧道超挖，测量土体变化情况；
S4，模拟补偿注浆，测量注浆的扩张形态和土体变化情况；
S5，数据分析，将步骤S3和步骤S4中测得的数据进行分析整理，得出补偿注浆扩张形态的扩张轮廓计算模型。
如上所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，作为优选的，所述步骤S1具体包括如下步骤：
S11，确定试验方案及其相似参数；
根据工程情况和地质勘查报告确定试验方案；依据相似理论确定相似参数，包括几何相似常数、时间相似常数、粘聚力相似常数、内摩擦角相似常数、压缩模量相似常数和重度相似常数；
S12，配制模型相似材料；
根据实际工程情况及步骤S11中确定的相似参数，计算出模型相似材料的物理力学指标，包括几何尺寸、粘聚力、摩擦角、压缩模量、重度等；选择合适的相似材料并进行配合比设计与试验，配制出模型相似材料作为试验用的土体。
如上所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，作为优选的，所述试验系统包括：
模型试验箱，所述模型试验箱包括箱体和铺设在所述箱体内的土体；所述箱体为顶部开口的刚性箱体；
隧道模拟装置，所述隧道模拟装置放置在所述模型试验箱的土体内，所述隧道模拟装置包括隧道模型、外覆薄膜、导流槽和密封环，所述隧道模型为筒状结构，所述隧道模型的外表面设置有内凹的导流槽，所述外覆薄膜将所述隧道模型环向紧密包裹，所述密封环位于所述隧道模型的两端，将所述隧道模型和所述外覆薄膜紧密连接在一起，使所述隧道模型的外表面和所述外覆薄膜之间形成密闭结构；所述隧道模型的两端面分别设置有进液口和出液口，所述进液口和所述出液口将隧道模型外表面和外覆薄膜之间形成的腔体与外界连通；
补偿注浆模拟装置，所述补偿注浆模拟装置包括注液装置、进液管、进液阀、排液管和排液阀；所述注液装置通过所述进液管连接至所述进液口，所述进液管中部设置有所述进液阀；所述排液管连接所述出液口，所述排液管中部设置有所述排液阀；
土体沉降信息采集装置，所述土体沉降信息采集装置包括处理器、机械式位移传感器、光电式位移传感器、位移导杆和传感器支架；所述传感器支架将所述机械式位移传感器和所述光电式位移传感器分别固定在所述模型试验箱的上方，所述位移导杆的一端与所述机械式位移传感器连接，所述位移导杆的另一端探入所述土体中；所述光电式位移传感器和所述机械式位移传感器分别与所述处理器连接，便于读取测量的位移数值；
土体应力信息采集装置，所述土体应力信息采集装置包括压力传感器，所述压力传感器分布在所述外覆薄膜的外表面，所述压力传感器与所述处理器连接，便于读取压力传感器测量的压力数值；
优选地，所述传感器支架采用测量横梁，所述测量横梁横架在所述模型试验箱的侧壁上部，所述测量横梁的上表面保持水平；
再优选地，所述机械式位移传感器和所述光电式位移传感器分别与所述测量横梁的上表面保持垂直。
如上所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，作为优选的，所述步骤S2具体包括如下步骤：
S21，组合符合尺寸要求的模型试验箱，使模型试验箱保持水平；
S22，在所述模型试验箱的上部垂直于所述隧道模型的轴线安装所述测量横梁，所述测量横梁的中点处安装光电式位移传感器，并以所述测量横梁的中点为中心依次向两端对称排布光电式位移传感器；在另一个所述测量横梁上安装机械式位移传感器，所述机械式位移传感器的排布方式与所述光电式位移传感器的排布方式相同；
S23，将步骤S1中配置好的土体依次分层填入模型箱内并铺平，当土体填充至设计标高时，打开位于所述测量横梁中点处的所述光电式位移传感器，根据激光点的位置放置隧道模型，使所述隧道模型的顶点与所述述测量横梁中点位于同一铅垂面；
S24，打开所述排液阀和所述进液阀，通过注液装置开始注液，待所述排液管的出口处不再有气泡溢出且所述导流槽内充满水而所述外覆薄膜仍紧贴所述隧道模型的外表面时关闭排液阀门，计算出进液管、导流槽和排液管内水的体积为V1；
S25，打开进液阀，根据试验方案注入相应超挖体积为V2的水量；沿隧道模型径向截面的周向在外覆薄膜的外表均布多个压力传感器；继续填充所述土体至试验要求的标高处并进行平整；待所述土体稳定后调试所述土体沉降信息采集装置和所述土体应力信息采集装置。
如上所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，作为优选的，所述步骤S3具体包括如下操作步骤：
S31，模拟超挖，打开排液阀，缓慢的从排液阀中抽出体积为V2的水量；
S32，测量，通过所述光电式位移传感器和所述机械式位移传感器记录模拟超挖后地表及地层的沉降量，通过压力传感器记录抽水后土体的应力变化情况。
如上所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，作为优选的，所述步骤S4具体包括如下操作步骤：
S41，配置注浆浆液；
选取800-1300目的超细水泥作为灌浆料，水灰比1.45-0.6，加入
0.3％-0.4％的减水剂进行均匀搅拌，制得注浆浆液；
S42，模拟补偿注浆，测量注浆的扩张形态和土体变化情况。
如上所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，作为优选的，所述步骤S42具体包括如下操作步骤：
S421，打开所述进液阀和所述排液阀，从所述进液口处缓慢注入体积为V1的所述注浆浆液，同步从所述排液管的出口处缓慢抽出体积为V1的水后关闭所述排液阀；
S422，根据试验设计分步每次注入体积为V1/100的所述注浆浆液并记录每次注入所述注浆浆液后所述光电式位移传感器、所述机械式位移传感器及所述压力传感器的数值，直至所述隧道模拟装置上方的土体表面中心点抬升至超挖前的标高，关闭所述进液阀；
S423，待注浆浆液硬化凝固后，通过所述光电式位移传感器和所述机械式位移传感器测量地表以及土体内部的位移情况，通过所述压力传感器测量隧道模拟装置周围土体的应力变化；
S424，取出所述隧道模拟装置，沿所述隧道模拟装置的径向切割截取横断面，建立极坐标系，在截取的隧道模拟装置横断面上，测量圆环各处的的壁厚，即可获得补偿注浆后注浆浆液沿隧道模型周围的厚度即隧道补偿注浆的扩张形态。
如上所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，作为优选的，所述步骤S5具体包括如下操作步骤：
S51，绘制地表与土体内部竖向位移s与注浆补偿率q之间的s-q曲线；
S52，绘制隧道管壁周围土体应力p与注浆补偿率q之间的p-q曲线；
S53，绘制隧道周围浆液厚度h在隧道周围沿圆心角θ之间的h-θ数据表，并根据数据表作出坐标散点图，再选取合适的函数进行拟合得出补偿注浆扩张轮廓，用于优化计算模型。
如上所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统，作为优选的，所述补偿注浆模拟装置还包括压力表，所述压力表设置在进液阀与进液口之间的进液管上。
如上所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统，作为优选的，所述导流槽包括环向螺旋导流槽和纵向导流槽，所述环向螺旋导流槽螺旋设置在所述隧道模型的外表面，所述纵向导流槽与所述隧道模型的轴线平行；
优选地，所述环向螺旋导流槽的横截面为开口宽度3mm、深度为3mm的V形结构；所述纵向导流槽的横截面为开口宽度4mm、深度为3mm的U形截面。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：
本发明提供的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，通过在隧道模型外表面加刻导流槽的方式解决了排水孔易被外覆薄膜堵塞的问题，也解决了流动性相对较差的浆液的注入与不均匀分布的问题。通过注入能够自硬化的浆液材料，不仅能够描述注浆补偿率与地表及土体内部竖向位移的关系，而且可以获得盾构隧道补偿注浆的扩张形态。本发明在隧道补偿注浆对地表影响的计算时，初期采用数值分析软件计算。然后对实际测量的数值进行分析，并根据分析结果对计算模型进行优化，从而使计算更加精准。对盾构隧道补偿注浆的实际运用具有重要的意义。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
其中：
图1为本发明实施例的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统的结构主视图；
图2为本发明实施例的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统的结构左视图；
图3为本发明实施例的隧道模拟装置和补偿注浆模拟装置的装置示意图；
图4为本发明实施例的隧道周围浆液厚度h在隧道周围沿圆心角θ之间的h-θ数据表；
图5为图4中的隧道补偿注浆的扩张形态的外轮廓坐标散点图。
图中：1、模型试验箱；11、土体；12、刚性边框；13、钢化玻璃侧板；14、加载横梁；15、可调支脚；151、万向轮；16、测量横梁；17、T型滑槽；18、高度刻度尺；19、长度刻度尺；21、隧道模型；22、外覆薄膜；23、密封环；24、进液口；25、出液口；26、环向螺旋导流槽；27、纵向导流槽；31、注液装置；32、进液管；33、进液阀；34、排液管；35、排液阀；36、压力表；41、机械式位移传感器；42、光电式位移传感器；43、位移导杆。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须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。本发明中使用的术语“相连”、“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；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
根据本发明的具体实施例，如图1-图5所示，本发明提供一种模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，包括如下步骤：
S1，配置模型相似材料作为试验用的土体11；该步骤具体包括如下步骤：
S11，确定试验方案及其相似参数；
根据工程情况和地质勘查报告确定试验方案；依据相似理论确定相似参数，包括几何相似常数、时间相似常数、粘聚力相似常数、内摩擦角相似常数、压缩模量相似常数和重度相似常数。
S12，配制模型相似材料；
根据实际工程情况及步骤S11中确定的相似参数，计算出模型相似材料的物理力学指标，包括几何尺寸、粘聚力、摩擦角、压缩模量、重度等；选择合适的相似材料并进行配合比设计与试验，配制出模型相似材料作为试验用的土体11。
S2，组装试验系统；在本发明的实施例中，试验系统包括：
模型试验箱1，模型试验箱1包括箱体和铺设在箱体内的土体11；箱体为顶部开口的刚性箱体；为了加强模型试验箱1的强度，箱体的边框处设置有刚性边框12，为了便于观察箱体内土体11的铺设情况，采用刚性的透明板作为箱体的侧壁，例如厚度为16mm的钢化玻璃侧板13。为了在铺设土体11后便于层层压实，在模型试验箱1的上方设置有与刚性边框12连接的加载横梁14，需要压实土体11时，将油压机安装在加载横梁14上，便于实现土层的压实。为了便于转运，在模型试验箱1的底部设置有万向轮151。为了方便模型试验箱1的水平调整，模型试验箱1的底部设置有可调支脚15。在使用时，当模型试验箱1放置在合理的位置后，调整可调支脚15，使万向轮151离开地面，并使模型箱保持水平。为了便于观察箱体内的土体11变化情况，本发明在箱体的竖直刚性边框12和上部水平刚性边框12处分别设置高度刻度尺18和长度刻度尺19。
隧道模拟装置，隧道模拟装置放置在模型试验箱1的土体11内，隧道模拟装置包括隧道模型21、外覆薄膜22、导流槽和密封环23，隧道模型21为筒状结构，在本发明的实施例中，隧道模型21采用聚氯乙烯材料，隧道模型21的外表面设置有内凹的导流槽。外覆薄膜22将隧道模型21环向紧密包裹，外覆薄膜22采用橡胶材质，既保证了弹性需求，也使外覆薄膜22的强度满足需求，避免了压力导致的破裂。密封环23位于隧道模型21的两端，将隧道模型21和外覆薄膜22紧密连接在一起，使隧道模型21的外表面和外覆薄膜22之间形成密闭结构；隧道模型21的两端面分别设置有进液口24和出液口25，进液口24和出液口25将隧道模型21外表面和外覆薄膜22之间形成的腔体与外界连通；为了防止进液口24和出液口25被外覆薄膜22吸附堵塞，在本发明的实施例中，进液口24和出液口25分别连接导流槽。优选地，导流槽包括环向螺旋导流槽26和纵向导流槽27，环向螺旋导流槽26螺旋设置在隧道模型21的外表面，纵向导流槽27与隧道模型21的轴线平行。进一步地，环向螺旋导流槽26的横截面为开口宽度3mm、深度为3mm的V形结构；纵向导流槽27的横截面为开口宽度4mm、深度为3mm的U形截面。
补偿注浆模拟装置，补偿注浆模拟装置包括注液装置31、进液管32、进液阀33、排液管34和排液阀35；注液装置31通过进液管32连接至进液口24，进液管32中部设置有进液阀33；排液管34连接出液口25，排液管34中部设置有排液阀35；优选地，补偿注浆模拟装置还包括压力表36，压力表36设置在进液阀33与进液口24之间的进液管32上。
土体11沉降信息采集装置，土体11沉降信息采集装置包括处理器、机械式位移传感器41、光电式位移传感器42、位移导杆43和传感器支架；传感器支架将机械式位移传感器41和光电式位移传感器42分别固定在模型试验箱1的上方，位移导杆43的一端与机械式位移传感器41连接，位移导杆43的另一端探入土体11中；光电式位移传感器42和机械式位移传感器41分别与处理器连接，便于读取测量数值。优选地，传感器支架采用测量横梁16，测量横梁16横架在模型试验箱1的侧壁上部，测量横梁16的上表面保持水平；为了便于测量横梁16的安装，在模型试验箱1的侧壁上方的刚性边框12上表面设置有定位滑槽例如T型滑槽17。再优选地，机械式位移传感器41和光电式位移传感器42分别与测量横梁16的上表面保持垂直。
土体11应力信息采集装置，土体11应力信息采集装置包括压力传感器，压力传感器分布在外覆薄膜22的外表面，压力传感器与处理器连接，便于读取压力传感器测量的压力数值。
该步骤具体包括如下步骤：
S21，组合符合尺寸要求的模型试验箱1，调整模型试验箱1底部的可调支脚15使模型试验箱1保持水平。
S22，在模型试验箱1的上部垂直于隧道模型21的轴线安装测量横梁16，测量横梁16安装在T型滑槽17上，便于实时调整位置，测量横梁16的中点处安装光电式位移传感器42，并以测量横梁16的中点为中心依次向两端对称排布光电式位移传感器42；在另一个测量横梁16上安装机械式位移传感器41，机械式位移传感器41的排布方式与光电式位移传感器42的排布方式相同；
S23，将步骤S1中配置好的土体11依次分层填入模型箱内并铺平，当土体11填充至设计标高时，打开位于测量横梁16中点处的光电式位移传感器42，根据激光点的位置放置隧道模型21，使隧道模型21的顶点与述测量横梁16中点位于同一铅垂面；
S24，打开排液阀35和进液阀33，通过注液装置31开始注液，待排液管34的出口处不再有气泡溢出且导流槽内充满水而外覆薄膜22仍紧贴隧道模型21的外表面时关闭排液阀35门，计算出进液管32、导流槽和排液管34内水的体积为V1；在本发明的实施例中，注液装置31采用带有刻度的注液器，便于实时统计注液体积；在排液管34出口处设置有量筒，便于测量排液体积。
S25，打开进液阀33，根据试验方案注入相应超挖体积为V2的水量；沿隧道模型21径向截面的周向在外覆薄膜22的外表均布8个压力传感器；继续填充土体11至试验要求的标高处并进行平整；待土体11稳定后调试土体11沉降信息采集装置和土体11应力信息采集装置，使光电式位移传感器42、机械式位移传感器41和压力传感器正常工作且测量数值在有效测量区间中间范围，便于后续的准确有效测量。
S3，模拟隧道超挖，测量土体11变化情况；该步骤具体包括如下步骤：
S31，模拟超挖，打开排液阀35，缓慢的从排液阀35中抽出体积为V2的水量。
S32，测量，通过光电式位移传感器42和机械式位移传感器41记录模拟超挖后地表及地层的沉降量，通过压力传感器记录抽水后土体11的应力变化情况。
S4，模拟补偿注浆，测量注浆的扩张形态和土体11变化情况；该步骤具体包括如下操作步骤：
S41，配置注浆浆液；
注浆浆液要求具有如下特性：(1)较好的流动性；(2)不泌水；(3)体积收缩率小于0.1％；(4)在一定时间后能够自硬化且具有一定的强度。为了达到要求的浆液特性，选取800目的超细水泥灌浆料，以水灰比0.5，加入质量分数为0.3％的三聚氰胺减水剂进行均匀搅拌，制得注浆浆液，该浆液配比简单，操作方便，满足注浆浆液的使用需求。在本实施例中，减水剂为高效减水剂，减水剂可以是密胺系减水剂(例如本例中的三聚氰胺减水剂)、粉末羧酸酯类减水剂、聚羧酸系高性能减水剂。此类减水剂可以满足注浆料的减水率高、流动性能好、离析泌水等性能好的要求。
S42，模拟补偿注浆，测量注浆的扩张形态和土体11变化情况；该步骤具体包括如下操作步骤：
S421，打开进液阀33和排液阀35，从进液口24处缓慢注入体积为V1的注浆浆液，同步从排液管34的出口处缓慢抽出体积为V1的水后关闭排液阀35。
S422，根据试验设计分步每次注入体积为V1/100的注浆浆液并记录每次注入注浆浆液后光电式位移传感器42、机械式位移传感器41及压力传感器的数值，直至隧道模拟装置上方的土体11表面中心点抬升至超挖前的标高，关闭进液阀33。
S423，待注浆浆液硬化凝固后，通过光电式位移传感器42和机械式位移传感器41测量地表以及土体11内部的位移情况，通过压力传感器测量隧道模拟装置周围土体11的应力p的变化；
S424，取出隧道模拟装置，沿隧道模拟装置的径向切割截取横断面，建立平面直角坐标系，在截取的隧道模拟装置横断面上，测量圆环各处的的壁厚，即可获得补偿注浆后注浆浆液沿隧道模型21周围的厚度即隧道补偿注浆的扩张形态。圆环的壁厚可以采用采用投影的方式进行测量统计，也可以在圆环上面均布多个测点进行壁厚的测量统计。在本实施例中，在圆环周向均布16个测点，测量这16个测点处的壁厚，将圆环的中心与坐标系的坐标原点重合，以坐标原点为圆心，以位于第一、四象限的横坐标轴为起始边沿逆时针方向测量每隔22.5°圆心角的圆环外轮廓的坐标。
S5，数据分析，将步骤S3和步骤S4中测得的数据进行分析整理，得出补偿注浆扩张形态的扩张轮廓计算模型；该步骤具体包括如下操作步骤：
S51，绘制地表与土体11内部竖向位移s与注浆补偿率q之间的s-q曲线；在本实施例中，注浆补偿率q等于超挖量V2与隧道圆柱体的体积的比值；S-q曲线是为了获得注浆后地表抬升的值，整个曲线分梯度注浆，地表也会相应抬升，这个曲线就是每个梯度的注浆量与地表抬升数值在一个图中的散点拟合的曲线，这样就得到了注浆量与地表抬升的规律。
S52，绘制隧道管壁周围土体11应力p与注浆补偿率q之间的p-q曲线；以得出注浆施工过程中对周围土体11的扰动情况。
S53，绘制隧道周围浆液厚度h在隧道周围沿圆心角θ之间的h-θ数据表，在表中附加该测量点处的外轮廓半径r，并根据数据表作出外轮廓的坐标散点图，再选取合适的函数进行拟合得出补偿注浆扩张轮廓，用于优化计算模型。
本试验在隧道补偿注浆对地表影响的计算时，初期采用数值分析软件计算得出扩张轮廓计算模型。待步骤S51-步骤S53中的测量数值出来后，将测量数值进行分析整理，对扩张轮廓计算模型进行优化，从而使计算更加精准。
综上所述，本发明提供的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，通过在隧道模型外表面加刻导流槽的方式解决了排水孔易被外覆薄膜堵塞的问题，也解决了流动性相对较差的浆液的注入与不均匀分布的问题。通过注入能够自硬化的浆液材料，不仅能够描述注浆补偿率与地表及土体内部竖向位移的关系，而且可以获得盾构隧道补偿注浆的扩张形态。本发明在隧道补偿注浆对地表影响的计算时，初期采用数值分析软件计算。然后对实际测量的数值进行分析，并根据分析结果对计算模型进行优化，从而使计算更加精准。对盾构隧道补偿注浆的实际运用具有重要的意义。
以上所述仅为本发明的优选实施例，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)
1.一种模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，其特征在于，所述试验方法包括如下步骤：
S1，配置模型相似材料作为试验用的土体；
S2，组装试验系统；
S3，模拟隧道超挖，测量土体变化情况；
S4，模拟补偿注浆，测量注浆的扩张形态和土体变化情况；
S5，数据分析，将步骤S3和步骤S4中测得的数据进行分析整理，得出补偿注浆扩张形态的扩张轮廓计算模型。
2.如权利要求1所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括如下步骤：
S11，确定试验方案及其相似参数；
根据工程情况和地质勘查报告确定试验方案；依据相似理论确定相似参数，包括几何相似常数、时间相似常数、粘聚力相似常数、内摩擦角相似常数、压缩模量相似常数和重度相似常数；
S12，配制模型相似材料；
根据实际工程情况及步骤S11中确定的相似参数，计算出模型相似材料的物理力学指标，包括几何尺寸、粘聚力、摩擦角、压缩模量、重度；选择合适的相似材料并进行配合比设计与试验，配制出模型相似材料作为试验用的土体。
3.如权利要求1所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，其特征在于，所述试验系统包括：
模型试验箱，所述模型试验箱包括箱体和铺设在所述箱体内的土体；所述箱体为顶部开口的刚性箱体；
隧道模拟装置，所述隧道模拟装置放置在所述模型试验箱的土体内，所述隧道模拟装置包括隧道模型、外覆薄膜、导流槽和密封环，所述隧道模型为筒状结构，所述隧道模型的外表面设置有内凹的导流槽，所述外覆薄膜将所述隧道模型环向紧密包裹，所述密封环位于所述隧道模型的两端，将所述隧道模型和所述外覆薄膜紧密连接在一起，使所述隧道模型的外表面和所述外覆薄膜之间形成密闭结构；所述隧道模型的两端面分别设置有进液口和出液口，所述进液口和所述出液口将隧道模型外表面和外覆薄膜之间形成的腔体与外界连通；
补偿注浆模拟装置，所述补偿注浆模拟装置包括注液装置、进液管、进液阀、排液管和排液阀；所述注液装置通过所述进液管连接至所述进液口，所述进液管中部设置有所述进液阀；所述排液管连接所述出液口，所述排液管中部设置有所述排液阀；
土体沉降信息采集装置，所述土体沉降信息采集装置包括处理器、机械式位移传感器、光电式位移传感器、位移导杆和传感器支架；所述传感器支架将所述机械式位移传感器和所述光电式位移传感器分别固定在所述模型试验箱的上方，所述位移导杆的一端与所述机械式位移传感器连接，所述位移导杆的另一端探入所述土体中；所述光电式位移传感器和所述机械式位移传感器分别与所述处理器连接，便于读取测量的位移数值；
土体应力信息采集装置，所述土体应力信息采集装置包括压力传感器，所述压力传感器分布在所述外覆薄膜的外表面，所述压力传感器与所述处理器连接，便于读取压力传感器测量的压力数值；
优选地，所述传感器支架采用测量横梁，所述测量横梁横架在所述模型试验箱的侧壁上部，所述测量横梁的上表面保持水平；
再优选地，所述机械式位移传感器和所述光电式位移传感器分别与所述测量横梁的上表面保持垂直。
4.如权利要求3所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下步骤：
S21，组合符合尺寸要求的模型试验箱，使模型试验箱保持水平；
S22，在所述模型试验箱的上部垂直于所述隧道模型的轴线安装所述测量横梁，所述测量横梁的中点处安装光电式位移传感器，并以所述测量横梁的中点为中心依次向两端对称排布光电式位移传感器；在所述测量横梁上安装机械式位移传感器，所述机械式位移传感器的排布方式与所述光电式位移传感器的排布方式相同；
S23，将步骤S1中配置好的土体依次分层填入模型箱内并铺平，当土体填充至设计标高时，打开位于所述测量横梁中点处的所述光电式位移传感器，根据激光点的位置放置隧道模型，使所述隧道模型的顶点与所述述测量横梁中点位于同一铅垂面；
S24，打开所述排液阀和所述进液阀，通过注液装置开始注液，待所述排液管的出口处不再有气泡溢出且所述导流槽内充满水而所述外覆薄膜仍紧贴所述隧道模型的外表面时关闭排液阀门，计算出进液管、导流槽和排液管内水的体积为V1；
S25，打开进液阀，根据试验方案注入相应超挖体积为V2的水量；沿隧道模型径向截面的周向在外覆薄膜的外表均布多个压力传感器；继续填充所述土体至试验要求的标高处并进行平整；待所述土体稳定后调试所述土体沉降信息采集装置和所述土体应力信息采集装置。
5.如权利要求4所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括如下操作步骤：
S31，模拟超挖，打开排液阀，缓慢的从排液阀中抽出体积为V2的水量；
S32，测量，通过所述光电式位移传感器和所述机械式位移传感器记录模拟超挖后地表及地层的沉降量，通过压力传感器记录抽水后土体的应力变化情况。
6.如权利要求5所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括如下操作步骤：
S41，配置注浆浆液；
选取800-1300目的超细水泥作为灌浆料，水灰比1.45-0.6，加入0.3％-0.4％的减水剂进行均匀搅拌，制得注浆浆液；
S42，模拟补偿注浆，测量注浆的扩张形态和土体变化情况。
7.如权利要求6所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，其特征在于，所述步骤S42具体包括如下操作步骤：
S421，打开所述进液阀和所述排液阀，从所述进液口处缓慢注入体积为V1的所述注浆浆液，同步从所述排液管的出口处缓慢抽出体积为V1的水后关闭所述排液阀；
S422，根据试验设计分步每次注入体积为V1/100的所述注浆浆液并记录每次注入所述注浆浆液后所述光电式位移传感器、所述机械式位移传感器及所述压力传感器的数值，直至所述隧道模拟装置上方的土体表面中心点抬升至超挖前的标高，关闭所述进液阀；
S423，待注浆浆液硬化凝固后，通过所述光电式位移传感器和所述机械式位移传感器测量地表以及土体内部的位移情况，通过所述压力传感器测量隧道模拟装置周围土体的应力变化；
S424，取出所述隧道模拟装置，沿所述隧道模拟装置的径向切割截取横断面，建立极坐标系，在截取的隧道模拟装置横断面上，测量圆环各处的的壁厚，即可获得补偿注浆后注浆浆液沿隧道模型周围的厚度即隧道补偿注浆的扩张形态。
8.如权利要求1所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括如下操作步骤：
S51，绘制地表与土体内部竖向位移s与注浆补偿率q之间的s-q曲线；
S52，绘制隧道管壁周围土体应力p与注浆补偿率q之间的p-q曲线；
S53，绘制隧道周围浆液厚度h在隧道周围沿圆心角θ之间的h-θ数据表，并根据数据表作出坐标散点图，再选取合适的函数进行拟合得出补偿注浆扩张轮廓，用于优化所述扩张轮廓计算模型。
9.如权利要求3所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统，其特征在于，所述补偿注浆模拟装置还包括压力表，所述压力表设置在进液阀与进液口之间的进液管上。
10.如权利要求3所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统，其特征在于，所述导流槽包括环向螺旋导流槽和纵向导流槽，所述环向螺旋导流槽螺旋设置在所述隧道模型的外表面，所述纵向导流槽与所述隧道模型的轴线平行；
优选地，所述环向螺旋导流槽的横截面为开口宽度3mm、深度为3mm的V形结构；所述纵向导流槽的横截面为开口宽度4mm、深度为3mm的U形截面。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114526081A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-24 | 西南交通大学 | 富水地层盾构隧道同步注浆浆料性能的试验装置及方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202578708U (zh) * | 2012-03-13 | 2012-12-05 | 湖北省产品质量监督检验研究院 | 一种软基动水地层盾构隧道同步注浆效果评价模拟装置 |
| CN103206229A (zh) * | 2013-04-23 | 2013-07-17 | 上海盾构设计试验研究中心有限公司 | 无工作井盾构掘进机同步注浆模拟试验平台 |
| CN103913289A (zh) * | 2012-12-31 | 2014-07-09 | 同济大学 | 盾构隧道同步注浆试验用模拟系统及其试验方法 |
| CN104897527A (zh) * | 2015-06-11 | 2015-09-09 | 同济大学 | 可视化类矩形盾构同步注浆浆液扩散模式研究平台及应用 |
| CN106226497A (zh) * | 2016-08-17 | 2016-12-14 | 上海交通大学 | 模拟盾构隧道同步注浆对地层沉降影响的试验装置和方法 |
| CN207730761U (zh) * | 2018-01-05 | 2018-08-14 | 上海工程技术大学 | 一种模拟盾构隧道施工的试验装置 |
| CN209624532U (zh) * | 2019-01-23 | 2019-11-12 | 安徽建筑大学 | 一种模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统 |
-
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202578708U (zh) * | 2012-03-13 | 2012-12-05 | 湖北省产品质量监督检验研究院 | 一种软基动水地层盾构隧道同步注浆效果评价模拟装置 |
| CN103913289A (zh) * | 2012-12-31 | 2014-07-09 | 同济大学 | 盾构隧道同步注浆试验用模拟系统及其试验方法 |
| CN103206229A (zh) * | 2013-04-23 | 2013-07-17 | 上海盾构设计试验研究中心有限公司 | 无工作井盾构掘进机同步注浆模拟试验平台 |
| CN104897527A (zh) * | 2015-06-11 | 2015-09-09 | 同济大学 | 可视化类矩形盾构同步注浆浆液扩散模式研究平台及应用 |
| CN106226497A (zh) * | 2016-08-17 | 2016-12-14 | 上海交通大学 | 模拟盾构隧道同步注浆对地层沉降影响的试验装置和方法 |
| CN207730761U (zh) * | 2018-01-05 | 2018-08-14 | 上海工程技术大学 | 一种模拟盾构隧道施工的试验装置 |
| CN209624532U (zh) * | 2019-01-23 | 2019-11-12 | 安徽建筑大学 | 一种模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114526081A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-24 | 西南交通大学 | 富水地层盾构隧道同步注浆浆料性能的试验装置及方法 |
| CN114526081B (zh) * | 2022-01-26 | 2023-09-01 | 西南交通大学 | 富水地层盾构隧道同步注浆浆料性能的试验方法 |
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