CN112435572A - 注浆加固下既有隧道受下穿隧道影响的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种注浆加固下既有隧道受下穿隧道影响的试验装置及方法，包括模型箱，所述模型箱内填充有土体，所述土体中埋设有既有盾构隧道模型、新建盾构隧道模型，所述新建盾构隧道模型在既有盾构隧道模型下方，所述既有盾构隧道模型内部设有注浆管路，且内外表面均设有监测装置，其下表面附有注浆环模型，用于保护既有盾构隧道模型。

Description

注浆加固下既有隧道受下穿隧道影响的试验装置及方法

技术领域

本发明属于盾构隧道下穿模型试验技术领域，特别涉及一种注浆加固下既有隧道受下穿隧道影响的试验装置及方法，适用于盾构隧道下穿既有隧道工况的，尤其是既有隧道采用注浆环模型加固的情况特别适用。

背景技术

随着城市地铁建设的发展，在有限的浅地层空间中出现了越来越多的地铁管线，不可避免地会出现新建盾构隧道模型近距离穿越既有隧道的工况。盾构隧道的近距离穿越会引起周围土体变形及土层应力重分布从而影响既有隧道的结构安全，实际工程中需要采取一定的保护措施来减小对既有隧道的扰动影响。现有大量工程采用管片注浆孔插入注浆管进行环向壁后注浆的洞内注浆技术对盾构下穿工程中的既有隧道进行注浆环加固，并且取得了良好的效果。

目前，国内对采用注浆环加固既有隧道的方法还处于初级阶段，对注浆环的厚度、长度以及注浆环的注浆角度等缺少研究。

通过室内模型试验的方法，不仅可以解决软件当中存在的诸多问题，如注浆环注浆不均匀等问题，同时也为注浆环加固既有隧道的完善与发展提供可靠的数据资料，为注浆环的结构设计及结构模型优化提供数据保障。

综上所述，注浆环加固作为一种新型加固手段还有诸多内容需要研究，亟需通过室内模型试验获取数据资料，以进一步优化、改进注浆环加固保护技术。

发明内容

本发明实施例的目的是注浆加固下既有隧道受下穿隧道影响的试验装置及方法，以解决现有存在的盾构下穿既有盾构隧道模型产生损害问题。

为实现上述技术目的，本发明实施例采用了以下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种注浆加固下既有隧道受下穿隧道影响的试验装置，包括模型箱，所述模型箱内填充有土体，所述土体中埋设有既有盾构隧道模型、新建盾构隧道模型，所述新建盾构隧道模型在既有盾构隧道模型下方，所述既有盾构隧道模型内部设有注浆管路，且内外表面均设有监测装置，其下表面附有注浆环模型，用于保护既有盾构隧道模型。

进一步地，所述既有盾构隧道模型和新建盾构隧道模型均由注浆段和非注浆段组成，所述注浆段分布有注浆孔，用于所述注浆环模型模拟施工。

进一步地，所述注浆环模型通过所述既有盾构隧道模型注浆环段的注浆孔向所述既有盾构隧道模型下部注水泥浆后固结形成。

进一步地，所述监测装置主要由位移计、微型土压力计、应变片、拉线式传感器构成。

进一步地，所述位移计用于测定既有盾构隧道模型的结构绝对变形，通过读取前后读数的变化，收集所述既有盾构隧道模型结构的绝对变形程度。

进一步地，所述微型土压力计设置在既有盾构隧道模型外壁的两侧拱腰、拱顶以及拱底位置，通过读取过程中微型土压力计的读数，收集既有盾构隧道模型周围的土体压力分布情况。

进一步地，所述拉线式位移传感器设置在既有盾构隧道模型底部，通过读取新建盾构隧道模型开挖过程中既有盾构隧道模型的竖向位移，收集既有盾构隧道模型不同位置的竖向位移情况。

进一步地，所述应变片设置在既有盾构隧道模型下表面，通过读取应变片读数，收集既有盾构隧道模型底部的弯矩变化情况。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种注浆加固下既有隧道受下穿隧道影响的试验方法，该方法在第一方面所述的装置中实现，包括以下步骤：

(1)通过砂雨法，向模型箱内分层填筑试验土体；

(2)在既有盾构隧道模型外侧拱腰、拱顶、拱底位置均设置微型土压力计，拱底轴线位置设置拉线式位移传感器；在既有盾构隧道模型注浆段布设注浆管路；安装既有盾构隧道模型，使其底面与土体紧密结合，既有盾构隧道模型两端与模型箱左右两侧洞口无缝连接；将既有盾构隧道模型和新建盾构隧道模型埋入土体；

(3)继续通过砂雨法分层填筑试验土体至要求高度；

(4)根据研究需求进行注浆环模型施工，向注浆孔内注入适量水泥浆，在既有盾构隧道模型表面形成不同厚度、宽度、以及角度的注浆环模型；

(5)待水泥浆与土体充分混合，进行新建盾构隧道模型模拟施工，读取各传感器读数，对既有盾构隧道模型的绝对变形、竖向位移、土压力分布以及底部弯矩情况。

根据以上技术方案，本发明实施例的有益效果是：

(1)真实模拟实际工况，装置结构简单

在既有盾构隧道模型内部的管片表面设置注浆孔，真实得模拟了既有盾构隧道模型注浆环模型的施工。在真实模拟实际工况的条件下，将装置结构简单化，制作简便化，试验操作简单。

(2)针对布置测量装置，精确反映试验结果

在既有盾构隧道模型底部设置拉线式位移传感器，能测量既有盾构隧道模型的竖直位移；在既有盾构隧道模型外部四个方向设置的微型土压力计能够测量既有盾构隧道模型外侧土压力分布情况；在既有盾构隧道模型内部拱顶、拱底及两侧拱腰设置四个方向的位移计，能测量既有盾构隧道模型的结构收敛变形情况；上述对既有盾构隧道模型的变形情况进行监控量测，充分反映试验过程中既有盾构隧道模型的受力及变形情况。

附图说明

构成本发明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。在附图中：

图1是本发明实施例提供的试验装置整体结构示意图；

图2是本发明实施例中既有盾构隧道模型横断面平面图；

图3是本发明实施例中既有盾构隧道模型纵断面平面图；

图4是本发明实施例中既有盾构隧道模型监测布置示意图；

图5是本发明实施例中拉线式位移传感器布置图；

图6是本发明实施例中新建盾构隧道模型横断面图。

附图标记说明：模型箱1；圆形导向孔一1-1；圆形导向孔二1-2；土体2；既有盾构隧道模型3；注浆孔3-1；新建隧道模型4；外环4-1；内环4-2；钢珠4-3；注浆环模型5；横梁6；拉线式位移传感器7-1；细钢线7-2；数据采集仪8；注浆管路9；位移计10；微型土压力计11；可拆卸盖板12；应变片13。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

需要说明，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

如图1-6所示，本发明实施例提供一种注浆加固下既有隧道受下穿隧道影响的试验装置，包括模型箱1，所述模型箱1内填充有土体2，所述土体2中埋设有既有盾构隧道模型3、新建盾构隧道模型4，所述新建盾构隧道模型4在既有盾构隧道模型3下方，所述既有盾构隧道3模型3内部设有注浆管路9，且内外表面均设有监测装置，其下表面附有注浆环模型5，用于保护既有盾构隧道模型3。通过模型箱试验模拟新建盾构隧道模型4在既有隧道模型3下方穿越，模拟实际工程中存在的盾构隧道穿越，通过分析监测结果得出注浆加固下既有隧道受下穿隧道的影响，用于指导既有下穿工程中对既有盾构隧道的保护。

本实施例中，所述模型箱1表面开有圆形导向孔一1-1、圆形导向孔二1-2，圆形导向孔一1-1用于固定既有盾构隧道模型3，通过热熔胶将既有盾构隧道模型3两端粘贴在模型箱1侧壁内表面指定位置；圆形导向孔二1-2用于控制新建盾构隧道模型4模拟施工的位置，同时其孔位限制让新建盾构隧道模型4施工平直。具体地，如图1所示，为真实模拟工况，模型箱1以20:1的比例缩小，长宽高分别为4m×3m×4m，内部包括既有盾构隧道模型3，置于3.5m厚土体2中，上覆层土体2厚度800mm；既有盾构隧道模型3的直径为310mm，注浆段与非注浆段模型均为15mm、宽度60mm的环形有机玻璃，真实模拟盾构隧道实际施工。新建盾构隧道模型4的直径310mm、厚度15mm、宽度60mm。具体的再模型箱1上中部设置有20cm*20cm的横梁6，通过注浆孔3-1对既有盾构隧道模型3中部进行注浆环模型5的施工，形成一个7.5mm厚度、1.5m长度的注浆环，紧贴在既有盾构隧道模型3底部。上述缩尺寸模型箱1，真实的模拟了实际下穿工程中的工况，通过注浆孔3-1向土体2中注入水泥浆，模拟实际工程中注浆环的施工，在既有盾构隧道表面生成环向注浆环，用于保护既有盾构隧道。

本实施例中，所述既有盾构隧道模型3和新建盾构隧道模型4均由注浆段和非注浆段组成，所述注浆段分布有注浆孔3-1，用于所述注浆环模型5模拟施工。注浆管路9安装在既有盾构隧道模型3内部，与各注浆孔3-1连接。注浆管路9模拟真实工况，布置在既有盾构隧道内部，通过注浆孔3-1向既有盾构隧道模型3外部进行注浆加固。进一步地，所述注浆环模型5通过所述既有盾构隧道模型3注浆环段的注浆孔3-1向所述既有盾构隧道模型3下部注水泥浆后固结形成。

本实施例中，所述监测装置主要由位移计10、微型土压力计11、应变片13、拉线式传感器7-1构成。具体地，所述位移计10用于测定既有盾构隧道模型3的结构绝对变形，通过读取前后读数的变化，收集所述既有盾构隧道模型3结构的绝对变形程度。所述微型土压力计11设置在既有盾构隧道模型3外壁的两侧拱腰、拱顶以及拱底位置，通过读取过程中微型土压力计11的读数，收集既有盾构隧道模型3周围的土体2压力分布情况。所述拉线式位移传感器7-1设置在既有盾构隧道模型3底部，通过读取新建盾构隧道模型4开挖过程中既有盾构隧道模型3的竖向位移，收集既有盾构隧道模型3不同位置的竖向位移情况。所述应变片13设置在既有盾构隧道模型3下表面，通过读取应变片13读数，收集既有盾构隧道模型3底部的弯矩变化情况。通过对既有盾构隧道模型3的监测数据分析，可以得到注浆加固下既有隧道受下穿隧道影响，通过数据分析，得出既有盾构隧道保护方案，用于指导实际工程施工。

具体的，如图2所示所述既有盾构隧道模型3由注浆段与非注浆段两部分组成，注浆段模型5为圆环结构，横断面为圆环形，设有均匀的注浆孔3-1，用于注入水泥浆，形成半圆环形注浆环；非注浆段为圆环结构，横断面为圆形，整个环装结构封闭。所述既有盾构隧道模型3外壁的两侧拱腰、拱顶以及拱底位置布置微型土压力计11。通过读取过程中微型土压力计11的读数，收集既有盾构隧道模型3周围的土体2压力分布情况；位移计10安装在既有盾构隧道模型3内，即一端固定于管片内部，一端固定于注浆管路9上，通过读取位移计10的前后变化，收集既有盾构隧道模型3的拱顶、及两拱腰处的结构收敛变形位移情况，通过收敛变形可以分析注浆管模型5对既有盾构隧道模型3的保护作用，用于指导实际工程中注浆环施工。

如图3和图4所示，所述既有盾构隧道模型3两端设置可拆卸盖板9，注浆管路9的两端分别穿过两端的可拆卸盖板12后通过热熔胶固定在既有盾构隧道3内，便于内部进行注浆环模型5施工以及位移计10的安装。两端可拆卸盖板12的设置便于既有盾构隧道模型3内部的注浆管路9、监测线缆的布置，同时拆卸盖板12即可直观的检查模拟施工过程中既有盾构隧道模型3的监测布置及监测装置情况。

如图5所示，所述拉线式位移传感器7-1底部通过热熔胶粘贴在模型箱1顶部横梁6底面，细钢线7-2穿过既有盾构隧道模型3的底部，拉紧，最后两段固定在拉线式位移传感器7-1表面，并将传感器清零。通过拉线式位移传感器7-1的监测，可以得出既有盾构隧道模型3在模拟实验过程中底部的位移变化情况，通过不同位置的底部位移情况，指导实际工程中注浆环施工，控制注浆量，以避免既有盾构隧道错台问题出现。

如图6所示，新建盾构隧道模型4由两个直径相似的圆形套管组成，内环4-2与外环4-1底部接触，顶部通过若干钢珠4-3起到减小阻力作用，外环4-1外部设有润滑材料，在抽出时减与土体2之间的摩擦。上述新建隧道模拟方法，可以简单而又准确得模拟实际中新建盾构隧道施工，可调节得模拟真实情况下盾构隧道开挖所产生的土体2损失、以及盾壳摩擦力的作用

本发明实施例提供一种注浆加固下既有隧道受下穿隧道影响的试验方法在上述的装置中实现，该方法包括以下步骤：

(1)通过砂雨法，向模型箱1内分层填筑试验土体2；

(2)在既有盾构隧道模型3外侧拱腰、拱顶、拱底位置均设置微型土压力计11，拱底轴线位置设置拉线式位移传感器7-1；在既有盾构隧道模型3注浆段布设注浆管路9；安装既有盾构隧道模型3，使其底面与土体2紧密结合，既有盾构隧道模型3两端与模型箱1左右两侧洞口无缝连接；将既有盾构隧道模型3和新建盾构隧道模型4埋入土体2；

(3)继续通过砂雨法分层填筑试验土体2至要求高度；

(4)根据研究需求进行注浆环模型5施工，向注浆孔3-1内注入适量水泥浆，在既有盾构隧道模型3表面形成不同厚度、宽度、以及角度的注浆环模型5；

(5)待水泥浆与土体2充分混合，进行新建盾构隧道模型4模拟施工，读取各传感器读数，对既有盾构隧道模型3的绝对变形、竖向位移、土压力分布以及底部弯矩情况。

本发明在既有盾构隧道模型3内部的管片表面设置注浆孔3-1，真实得模拟了既有盾构隧道模型3表面的注浆环模型5的施工。在真实模拟实际工况的条件下，将装置结构简单化，制作简便化，试验操作简单。在既有盾构隧道模型3底部设置拉线式位移传感器7-1，能测量既有盾构隧道模型3的竖直位移；在既有盾构隧道模型3外部四个方向设置的微型土压力计11能够测量既有盾构隧道模型3外侧土压力分布情况；在既有盾构隧道模型3内部拱顶、拱底及两侧拱腰设置四个方向的位移计10，能测量既有盾构隧道模型3的结构收敛变形情况；上述对既有盾构隧道模型3的变形情况进行监控量测，充分反映试验过程中既有盾构隧道模型3的受力及变形情况。

本发明实施例提供注浆加固下既有隧道受下穿隧道影响的试验装置的使用方法如下：

(1)整平场地，放置无缝安装模型箱1清理对圆形导槽1-1/1-2进行封堵，在模型箱1内壁除观测面板外均贴一层特氟龙薄膜，在其内表面内侧涂上一层硅油，以减少模型箱1内壁与试验土体2之间的摩擦力；

(2)将试验所用标准砂灌入沙雨漏斗，通过砂雨法，以50cm为一层，分层填筑试验土体2至新建盾构隧道模型4底面的设计高度，并保证每次填筑时砂雨落距相同，从而控制每层土体2的密实度及表观重度相同，将土体2填筑至既有盾构隧道模型3底部高度；

(3)进行新建盾构隧道模型4模拟施工装置的组装，将外环4-1中放入直径略小于外环4-1的内环4-2放入内环4-2中，底部相接触，顶部通过钢珠4-3与外环4-1相连接，后将新建盾构隧道模型4放入土体2，重复上述(2)，分层填筑试验土体2至既有盾构隧道模型3底面的设计高度

(3)在既有盾构隧道模型3外侧拱腰、拱顶、拱底位置均设置微型土压力计11，拱底轴线位置设置拉线式位移传感器7-1与细钢线7-2；在既有盾构隧道模型3注浆段布设注浆管路9；安装既有盾构隧道模型3，使其底面与土体2紧密结合，既有盾构隧道模型3两端与模型箱1左右两侧洞口无缝连接；通过热熔胶将既有盾构隧道模型3两端粘贴在模型箱1侧壁内表面指定位置；

(4)继续通过砂雨法分层填筑试验土体2至既有盾构隧道模型3底部；

(5)通过既有盾构隧道模型注2浆段上注浆孔3-1，根据研究需求进行注浆环模型5施工，向注浆孔3-1内注入适量水泥浆，在既有盾构隧道模型3表面形成不同厚度、宽度、以及角度的注浆环模型5；

(6)待水泥浆与土体2充分混合，进行新建盾构隧道模型4模拟3施工，将新建盾构隧道模型4外环4-1通过模型箱1圆形导向孔二1-2，匀速缓慢地由土体2中抽出模型箱1，模拟新建盾构隧道模型4开挖工况。

(7)将新建盾构隧道模型4外环4-1通过模型箱1圆形导向孔二1-2，匀速缓慢地由土体2中抽出模型箱1，模拟新建盾构隧道模型4开挖工况。

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 (9)

1.一种注浆加固下既有隧道受下穿隧道影响的试验装置，其特征在于，包括模型箱，所述模型箱内填充有土体，所述土体中埋设有既有盾构隧道模型、新建盾构隧道模型，所述新建盾构隧道模型在既有盾构隧道模型下方，所述既有盾构隧道模型内部设有注浆管路，且内外表面均设有监测装置，其下表面附有注浆环模型，用于保护既有盾构隧道模型。

2.根据权利要求1所述的注浆加固下既有隧道受下穿隧道影响的试验装置，其特征在于，所述既有盾构隧道模型和新建盾构隧道模型均由注浆段和非注浆段组成，所述注浆段分布有注浆孔，用于所述注浆环模型模拟施工。

3.根据权利要求1所述的注浆加固下既有隧道受下穿隧道影响的试验装置，其特征在于，所述注浆环模型通过所述既有盾构隧道模型注浆环段的注浆孔向所述既有盾构隧道模型下部注水泥浆后固结形成。

4.根据权利要求1所述的注浆加固下既有隧道受下穿隧道影响的试验装置，其特征在于，所述监测装置主要由位移计、微型土压力计、应变片、拉线式传感器构成。

5.根据权利要求4所述的注浆加固下既有隧道受下穿隧道影响的试验装置，其特征在于，所述位移计用于测定既有盾构隧道模型的结构绝对变形，通过读取前后读数的变化，收集所述既有盾构隧道模型结构的绝对变形程度。

6.根据权利要求4所述的注浆加固下既有隧道受下穿隧道影响的试验装置，其特征在于，所述微型土压力计设置在既有盾构隧道模型外壁的两侧拱腰、拱顶以及拱底位置，通过读取过程中微型土压力计的读数，收集既有盾构隧道模型周围的土体压力分布情况。

7.根据权利要求4所述的注浆加固下既有隧道受下穿隧道影响的试验装置，其特征在于，所述拉线式位移传感器设置在既有盾构隧道模型底部，通过读取新建盾构隧道模型开挖过程中既有盾构隧道模型的竖向位移，收集既有盾构隧道模型不同位置的竖向位移情况。

8.根据权利要求4所述的注浆加固下既有隧道受下穿隧道影响的试验装置，其特征在于，所述应变片设置在既有盾构隧道模型下表面，通过读取应变片读数，收集既有盾构隧道模型底部的弯矩变化情况。

9.一种注浆加固下既有隧道受下穿隧道影响的试验方法，其特征在于，该方法在权利要求1-5所述的装置中实现，包括以下步骤：

(1)通过砂雨法，向模型箱内分层填筑试验土体；

(2)在既有盾构隧道模型外侧拱腰、拱顶、拱底位置均设置微型土压力计，拱底轴线位置设置拉线式位移传感器；在既有盾构隧道模型注浆段布设注浆管路；安装既有盾构隧道模型，使其底面与土体紧密结合，既有盾构隧道模型两端与模型箱左右两侧洞口无缝连接；将既有盾构隧道模型和新建盾构隧道模型埋入土体；

(3)继续通过砂雨法分层填筑试验土体至要求高度；

(4)根据研究需求进行注浆环模型施工，向注浆孔内注入适量水泥浆，在既有盾构隧道模型表面形成不同厚度、宽度、以及角度的注浆环模型；

(5)待水泥浆与土体充分混合，进行新建盾构隧道模型模拟施工，读取各传感器读数，对既有盾构隧道模型的绝对变形、竖向位移、土压力分布以及底部弯矩情况。

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