CN111272559A - 一种二衬防脱空带模注浆的内力模拟测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二衬防脱空带模注浆的内力模拟测试方法，属于隧道工程技术领域。本发明将隧道按比例缩小，采用对应的相似材料建造隧道相似模型的各个部件，并最终在实验室形成隧道相似模型，模拟隧道的受力变化，并通过应变片测量各个位置的应变，计算出结构受力变化，得到隧道衬砌结构的弯矩和轴力随注浆压力的变化规律以及衬砌结构的受力变化情况，分析注浆过程中的隧道结构受力变化规律和最不利位置，提出注浆施工工艺参数控制范围，提出二衬空洞影响下隧道结构安全性评价的重点部位，为水泥基充填材料的工程应用提供技术指导。

Description

一种二衬防脱空带模注浆的内力模拟测试方法
技术领域
本发明涉及隧道工程技术领域，具体涉及一种二衬防脱空带模注浆的内力模拟测试方法。
背景技术
二次衬砌空洞成为隧道施工中的质量通病，严重影响了隧道整个结构的安全，避免隧道二衬背后脱空是隧道施工中的当务之急，是隧道安全运营的重要保证。二次衬砌带模注浆工艺是解决隧道衬砌质量问题最有效的措施之一，现阶段施工中，多采用水泥基充填材料进行空洞填充，且均为事后处理。为了及时避免衬砌脱空，重要的是在施工过程中采取更为先进的技术措施以避免衬砌脱空，其中最为关键的就是充填材料和注浆施工工艺的选择。
注浆方式和充填材料的不同均会影响隧道结构的受力情况，尤其是在注浆过程中充填材料对隧道结构受力影响的最不利位置，了解这些对现场施工具有最为明显和直接的指导意义。在室内模拟现场隧道二衬注浆模型试验是研究注浆技术及充填材料并指导现场施工最为有效的方式，但现有隧道室内模型试验对注浆全过程的模拟及结构的受力监测研究较少，不能有效地为水泥基充填材料的工程应用提供技术指导。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二衬防脱空带模注浆的内力模拟测试方法，以解决现有隧道室内模型试验对注浆全过程的模拟及结构的受力监测研究较少，不能有效地为水泥基充填材料的工程应用提供技术指导的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种二衬防脱空带模注浆的内力模拟测试方法，包括以下步骤：
S1：建造隧道相似模型，并在隧道相似模型的初期支护和二次衬砌的两侧贴多个应变片；
S2：向初期支护和二次衬砌之间的间隙中注浆，注浆过程中，采集各应变片的应变；
S3：通过各应变片的应变变化，计算隧道相似模型的受力变化，得到隧道衬砌结构的弯矩和轴力随注浆压力的变化规律以及衬砌结构的受力变化情况。
本发明将隧道按比例缩小，采用对应的相似材料建造隧道相似模型的各个部件，并最终在实验室形成隧道相似模型，模拟隧道的受力变化，并通过应变片测量各个位置的应变，计算出结构受力变化，得到隧道衬砌结构的弯矩和轴力随注浆压力的变化规律以及衬砌结构的受力变化情况，分析注浆过程中的隧道结构受力变化规律和最不利位置，提出注浆施工工艺参数控制范围，提出二衬空洞影响下隧道结构安全性评价的重点部位，为水泥基充填材料的工程应用提供技术指导。
本发明采用相似模拟的方法，在实验室内按相似原理制作与原型相似的模型，借助测试仪表观测模型内力学参数及其分布规律，利用在模型上研究的结果，借以推断原型中可能发生的力学现象以及岩体压力分布的规律，从而解决岩体工程生产中的实际问题。这种研究方法具有直观、简便、经济、快速以及实验周期短等优点。而且能够根据需要，通过固定某些参数，改变另一些参数来研究巷(隧)道围岩应力和工作面附近支撑压力在空间与时间上的分布规律和变化情况以及某些参数对岩体压力的影响，这在现场条件下是难以实现的。
进一步地，上述步骤S1中，建造隧道相似模型的具体过程包括：预制初期支护和二次衬砌，然后在模型槽的下方铺设围岩相似材料，再把初期支护和二次衬砌依次放入模型槽中，最后将模型槽的上部空间填满围岩相似材料。
本发明的初期支护和二次衬砌均为预制结构，不但便于隧道相似模型的构建，还能便于应变片的设置。
进一步地，在预制初期支护和二次衬砌时，在初期支护和二次衬砌的两侧贴多个应变片，并且所有应变片位于隧道的同一个纵向断面上。
进一步地，在隧道同一断面上设置多个测试点，在与每一个测试点相对应的初期支护和二次衬砌的两侧均贴应变片。
进一步地，测试点的数量为8，8个测试点均匀分布，并且其中一个测试点位于隧道的顶部。
本发明8个均匀分布的测试点，可以分布在隧道的拱顶、左拱肩、左边墙、左拱脚、拱底、右拱脚、右边墙和右拱肩，能够覆盖隧道的各个部位，特别是孔洞可能出现的拱顶、左拱肩和右拱肩三个位置。
进一步地，在预制二次衬砌时，在二次衬砌位于隧道左拱肩位置预留注浆孔，在二次衬砌位于隧道右拱肩位置预留排气孔。
进一步地，上述步骤S2中，注浆的具体过程包括：将注浆机的塑料皮管插在注浆孔中，并对注浆孔进行密封，注浆机以恒定压力进行注浆，直到排气孔流出浆体，然后堵住排气孔继续保持注浆，直到注浆机压力表示数从0增长至设定压力时停止注浆，最后剪断注浆管并通过打结的方式密封。
进一步地，上述恒定压力为1.0MPa，设定压力为0.33MPa。
进一步地，上述隧道相似模型包括由对应相似材料形成的围岩、初期支护以及二次衬砌；
围岩相似材料采用干河沙与机油质量比为1:0.03的混合物；
初期支护相似材料采用水膏比为1.86的石膏水混合物；
初期支护中的钢筋网相似材料为钢丝；
二次衬砌相似材料采用水膏比为1.82的石膏水混合物；
注浆料为水:石膏:膨胀剂质量比为1:1:0.015的混合物。
进一步地，隧道相似模型距模型槽边界的距离为隧道横截面宽度的3倍。
本发明隧道相似模型距模型槽边界的距离为隧道横截面宽度的3倍，可以消除边界应力，避免边界应力对测量结果产生误差。
本发明具有以下有益效果：
本发明将隧道按比例缩小，采用对应的相似材料建造隧道相似模型的各个部件，并最终在实验室形成隧道相似模型，模拟隧道的受力变化，并通过应变片测量各个位置的应变，计算出结构受力变化，得到隧道衬砌结构的弯矩和轴力随注浆压力的变化规律以及衬砌结构的受力变化情况，分析注浆过程中的隧道结构受力变化规律和最不利位置，提出注浆施工工艺参数控制范围，提出二衬空洞影响下隧道结构安全性评价的重点部位，为水泥基充填材料的工程应用提供技术指导。
附图说明
图1为本发明的隧道相似模型的建造示意图；
图2为本发明的隧道相似模型的结构示意图；
图3为本发明的应变片的粘接位置示意图。
图中：10-围岩；20-初期支护；30-二次衬砌；40-注浆孔；50-排气孔；60-应变片；70-台架。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例
一种二衬防脱空带模注浆的内力模拟测试方法，包括以下步骤：
S1：构建隧道相似模型(参照图1和图2)，其包括以下步骤：
S11：根据隧道的具体形状和尺寸，按比例采用对应的相似材料预制初期支护20和二次衬砌30，初期支护相似材料采用水膏比为1.86的石膏水混合物，初期支护中的钢筋网相似材料采用A1mm钢丝按照1cm间距布置，二次衬砌相似材料采用水膏比为1.82的石膏水混合物。在制作二次衬砌30时，在二次衬砌30位于隧道左拱肩位置预留注浆孔40，在二次衬砌30位于隧道右拱肩位置预留排气孔50。采用石膏水混合物预制初期支护20和二次衬砌30，可以快速成型，缩短实验时间，提高实验效率。
S12：在隧道同一断面上设置8个均匀分布的测试点(请参照图2)，并且其中一个测试点位于隧道的顶部，即8个测试点分别位于隧道的拱顶、左拱肩、左边墙、左拱脚、拱底、右拱脚、右边墙和右拱肩，在与每一个测试点相对应的初期支护20和二次衬砌30的两侧均贴应变片60。
S13：在台架70的模型槽的下方铺设围岩相似材料，再把带有应变片60的初期支护20和二次衬砌30依次放入模型槽中，最后将模型槽的上部空间填满围岩相似材料，形成围岩10，围岩相似材料采用干河沙与机油质量比为1:0.03的混合物，隧道相似模型距模型槽边界均保持为3倍于隧道横截面宽度，以消除边界效应，隧道相似模型顶部围岩相似材料厚度取最不利埋深，即深浅埋临界值。
S2：进行注浆并测试，其包括以下步骤：
S21：在ZY-999高压注浆机接塑料皮管，将皮管插在注浆孔40中，并对注浆孔40进行密封，注浆机以1.0MP恒定压力进行注浆，直到排气孔50中流出浆体，然后堵住排气孔50继续保持注浆，直到注浆机压力表示数从0增长至0.33MPa时停止注浆，最后剪断注浆管并通过打结的方式密封。注浆料采用水:石膏:膨胀剂质量比为1:1:0.015的混合物。
S22：应变片60采集注浆过程中各测试点的应变，计算出结构受力变化，得到隧道衬砌结构的弯矩和轴力随注浆压力的变化规律以及衬砌结构的受力变化情况，分析注浆过程中的隧道结构受力变化规律和最不利位置，提出注浆施工工艺参数控制范围，提出二衬空洞影响下隧道结构安全性评价的重点部位，为水泥基充填材料的工程应用提供技术指导。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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)

1.一种二衬防脱空带模注浆的内力模拟测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：建造隧道相似模型，并在隧道相似模型的初期支护和二次衬砌的两侧贴多个应变片；
S2：向初期支护和二次衬砌之间的间隙中注浆，注浆过程中，采集各应变片的应变参数；
S3：通过各应变片的应变参数变化，计算隧道相似模型的受力变化，得到隧道衬砌结构的弯矩和轴力随注浆压力的变化规律以及衬砌结构的受力变化情况。
2.根据权利要求1所述的二衬防脱空带模注浆的内力模拟测试方法，其特征在于，步骤S1中，建造隧道相似模型的具体过程包括：先预制初期支护和二次衬砌，然后在模型槽的下方铺设围岩相似材料，再把初期支护和二次衬砌依次放入模型槽中，最后将模型槽的上部空间填满围岩相似材料。
3.根据权利要求2所述的二衬防脱空带模注浆的内力模拟测试方法，其特征在于，在预制初期支护和二次衬砌时，在初期支护和二次衬砌的两侧贴多个应变片，并且所有应变片位于隧道的同一个纵向断面上。
4.根据权利要求3所述的二衬防脱空带模注浆的内力模拟测试方法，其特征在于，在隧道同一断面上设置多个测试点，在与每一个测试点相对应的初期支护和二次衬砌的两侧均贴应变片。
5.根据权利要求4所述的二衬防脱空带模注浆的内力模拟测试方法，其特征在于，测试点的数量为8，8个测试点均匀分布，并且其中一个测试点位于隧道的顶部。
6.根据权利要求5所述的二衬防脱空带模注浆的内力模拟测试方法，其特征在于，在预制二次衬砌时，在二次衬砌位于隧道左拱肩位置预留注浆孔，在二次衬砌位于隧道右拱肩位置预留排气孔。
7.根据权利要求6所述的二衬防脱空带模注浆的内力模拟测试方法，其特征在于，步骤S2中，注浆的具体过程包括：将注浆机的塑料皮管插在注浆孔中，并对注浆孔进行密封，注浆机以恒定压力进行注浆，直到排气孔流出浆体，然后堵住排气孔继续保持注浆，直到注浆机压力表示数从0增长至设定压力时停止注浆，最后剪断注浆管并通过打结的方式密封。
8.根据权利要求7所述的二衬防脱空带模注浆的内力模拟测试方法，其特征在于，恒定压力为1.0MPa，设定压力为0.33MPa。
9.根据权利要求1至8任一项所述的二衬防脱空带模注浆的内力模拟测试方法，其特征在于，隧道相似模型包括由对应相似材料形成的围岩、初期支护以及二次衬砌；
围岩相似材料采用干河沙与机油质量比为1:0.03的混合物；
初期支护相似材料采用水膏比为1.86的石膏水混合物；
初期支护中的钢筋网相似材料为钢丝；
二次衬砌相似材料采用水膏比为1.82的石膏水混合物；
注浆料为水:石膏:膨胀剂质量比为1:1:0.015的混合物。
10.根据权利要求9所述的二衬防脱空带模注浆的内力模拟测试方法，其特征在于，隧道相似模型距模型槽边界的距离为隧道横截面宽度的3倍。
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