CN115127713A - 一种用于盾构隧道的管片上浮力的测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于盾构隧道的管片上浮力的测试方法，制备水泥浆液，同时测量水泥浆液的密度和粘度，定时重复测量密度和粘度，记录并绘制密度时间变化图和粘度时间变化图，计算各状态的真实上浮力，从而指导工程抗浮。所使用的仪器简单，易准备；实验原理浅显易懂，易操作；试验次数频繁，结果所得关系图准确。

Description

一种用于盾构隧道的管片上浮力的测试方法
技术领域
本发明属于及隧道施工技术领域，具体涉及一种用于盾构隧道的管片上浮力的测试方法。
背景技术
盾构工法以其对环境影响小、适应性好等优越性广泛应用于各地的隧道建设中，在我国的现代城市建设过程中占据了很重要的地位。随着盾构隧道直径的不断增大，施工地质工况越来越复杂，脱出盾尾的管片整体或局部上浮的问题也日益凸显，特别是在硬质地层中的盾构隧道施工。盾构隧道的上浮对结构受力、接缝防水等都会产生较大的影响，过大的上浮变形甚至会严重影响隧道设施的正常运行使用。隧道上浮与壁后注浆、千斤顶的推力、地下水水压以及隧道下层土回弹等因素有关，但脱出盾尾的管片上浮原因主要是由壁后浆液及地下水浮力所致。因此，解决工程中管片上浮问题必须测定壁后浆液所产生上浮力的大小及变化。
新鲜的注浆液为流态，后经流塑性状态逐渐硬化，直至完全凝结硬化，在此期间，浆液对处于其中的物体产生上浮力作用，其大小与浆液的龄期有很大的关系。由于壁后注浆液在凝结过程中对管片的上浮力受浆液配比、龄期等多个因素影响，而传统的上浮力计算不考虑处于时变特性的水泥浆液密度计粘度动态变化，不能精确评价施工阶段的管片上浮力特征。目前有关设计规范对隧道的抗浮设计和施工措施没有明确规定。因此亟需研发一种的现场上浮力测试装置及上浮力测试方法以解决工程中管片上浮问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于盾构隧道的管片上浮力的测试方法，可以更加精确的评价水泥浆液在凝结的各个时间段的上浮力变化。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种用于盾构隧道的管片上浮力的测试方法，包括如下步骤：
(1)制备水泥浆液：按照盾构隧道管片壁后注浆的浆液配比，配制浆液并将其平均分为所需要的份数；
(2)测量水泥浆液的密度：将水泥浆液放入测量容器内，用抹刀刮平，将密度计放入待测水泥浆液中，直接读出其密度并记录；
(3)测量水泥浆液的粘度：将水泥浆液放入测量容器内，并放置在粘度计上，并将粘度计调节到与浆液刚接触的状态时松开转轴并测量平衡深度；
(4)步骤(2)和步骤(3)同时进行，根据测量的密度和平衡深度计算水泥浆液的粘度；
(5)定时重复步骤(2)和步骤(3)，记录并绘制密度时间变化图ρ(t)和粘度时间变化图μ(t)，计算各状态的真实上浮力，从而指导工程抗浮。
优选的，步骤(1)中，在实验室制备水泥浆液具体步骤如下：
a.过筛用的容器和筛子涂凡士林，将水泥过筛；
b.润湿搅拌叶片和锅，称取水泥和水放入锅内；
c.打开搅拌电机使搅拌叶片搅拌水泥。
优选的，步骤(3)中，粘度计包括底座、调节块、玻璃圆管和转轴，调节块固定于底座，玻璃圆管固定在调节块内通过转轴进行上下移动，其中玻璃圆管半径为r，重力为G。
优选的，步骤(4)中，根据步骤(2)得到的密度ρ和步骤(3)得到的平衡深度H计算出平衡时浮力F：
F＝ρgV＝ρgHπr2 (1)。
优选的，步骤(4)中，计算粘度计的周围粘附力N：
N＝μA＝μ2πrH (2)
其中，μ为粘度，A为玻璃圆管达到平衡深度H时没入水泥部分的圆柱面积。优选的，步骤(4)中，比较平衡浮力F与重力G，若F>G，则平衡公式为：
G＝F-N (3)
由公式(1)、(2)和(3)得到粘度公式为：
Figure BDA0003704684240000031
优选的，步骤(4)中，比较平衡浮力F与重力G，若F<G，则平衡公式为：
G＝F+N (5)
由公式(1)、(2)和(5)得到粘度公式为：
Figure BDA0003704684240000032
优选的，步骤(5)中，重复步骤(2)和步骤(3)直至水泥浆液初凝，硅酸盐水泥和普通水泥初凝时间不得早于45min。
优选的，还包括如下步骤：
(6)根据步骤(5)所获得的密度时间变化图ρ(t)和粘度时间变化图μ(t)，利用真实上浮力计算公式，可计算单位长度隧道管片在注浆后的各时间真实上浮力Fr，从而指导工程抗浮：
Fr(t)＝F-G-N＝ρ(t)gπR2-2γπRw-4μ(t)R (7)
其中，单位长度隧道管片的半径为R，单位长度隧道管片的厚度为w，单位长度隧道管片的重度为γ。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
本发明考虑到水泥浆液密度和粘度动态变化，通过实验记载并绘制水泥浆液的密度时间变化图和粘度时间变化图，根据变化图计算出不同时期水泥浆液的真实上浮力，进而指导工程抗浮。具体有益效果如下：
1、所使用的仪器简单，易准备；实验原理浅显易懂，易操作；试验次数频繁，结果所得关系图准确。
2、在实际工程中可以根据现场地下水情况及注浆时间，推算各阶段浮力及粘附力，判断管片上浮情况并调节浆液配合比来达到减密增粘的效果。
附图说明
下面根据附图对本发明作进一步说明。
图1为密度计和测量容器的结构示意图；
图2为粘度计和测量容器的结构示意图；
图3为实施例1中水泥浆液的密度时间变化图；
图4为实施例1中水泥浆液的粘度时间变化图。
具体实施方式
实施例1
一种用于盾构隧道的管片上浮力的测试方法，包括如下步骤：
(1)制备水泥浆液：配制一定水灰比的水泥浆液并将其平均分为所需要的份数，在实验室制备水泥浆液具体步骤如下：
a.过筛用的容器和筛子涂凡士林，将水泥过筛；
b.润湿搅拌叶片和锅，称取水泥和水放入锅内；
c.打开搅拌电机使搅拌叶片搅拌水泥。
若在工程现场，则可以采用壁后同步注浆的浆液。
(2)测量水泥浆液的密度：如图1所示，将水泥浆液放入测量容器1内，用抹刀刮平，将密度计2放入待测水泥浆液中，直接读出其密度并记录。
(3)测量水泥浆液的粘度：如图2所示，将水泥浆液放入测量容器1内，并放置在粘度计3上，并将粘度计3调节到与浆液刚接触的状态时松开转轴并测量平衡深度H。粘度计3包括底座4、调节块5、玻璃圆管6和两个转轴7，调节块5固定于底座4，玻璃圆管6固定在调节块5内通过转轴7进行上下移动，其中玻璃圆管6半径为r，重力为G。
(4)步骤(2)和步骤(3)同时进行，根据步骤(2)得到的密度ρ和步骤(3)得到的平衡深度H计算出平衡时浮力F：
F＝ρgV＝ρgHπr2 (1)
计算粘度计3的周围粘附力N：
N＝μA＝μ2πrH (2)
其中，μ为粘度，A为玻璃圆管6达到平衡深度H时没入水泥部分的圆柱面积；
比较平衡浮力F与重力G，若F>G，则平衡公式为：
G＝F-N (3)
由公式(1)、(2)和(3)得到粘度公式为：
Figure BDA0003704684240000051
若F<G，则平衡公式为：
G＝F+N (5)
由公式(1)、(2)和(5)得到粘度公式为：
Figure BDA0003704684240000052
(5)定时重复步骤(2)和步骤(3)，本实施例中每5分钟重复1次试验，直至水泥浆液初凝，硅酸盐水泥和普通水泥初凝时间不得早于45min，记录并绘制密度时间变化图ρ(t)和粘度时间变化图μ(t)，如图3和图4所示。
(6)根据步骤(5)所获得的密度时间变化图ρ(t)和粘度时间变化图μ(t)，利用真实上浮力计算公式，可计算单位长度隧道管片在注浆后的各时间真实上浮力Fr，从而指导工程抗浮：
Fr(t)＝F-G-N＝ρ(t)gπR2-2γπRw-4μ(t)R (7)
其中，单位长度隧道管片的半径为R，单位长度隧道管片的厚度为w，单位长度隧道管片的重度为γ。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种用于盾构隧道的管片上浮力的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备水泥浆液：按照盾构隧道管片壁后注浆的浆液配比，配制浆液并将其平均分为所需要的份数；
(2)测量水泥浆液的密度：将水泥浆液放入测量容器内，用抹刀刮平，将密度计放入待测水泥浆液中，直接读出其密度并记录；
(3)测量水泥浆液的粘度：将水泥浆液放入测量容器内，并放置在粘度计上，并将粘度计调节到与浆液刚接触的状态时松开转轴并测量平衡深度；
(4)步骤(2)和步骤(3)同时进行，根据测量的密度和平衡深度计算水泥浆液的粘度；
(5)定时重复步骤(2)和步骤(3)，记录并绘制密度时间变化图ρ(t)和粘度时间变化图μ(t)，计算各状态的真实上浮力，从而指导工程抗浮。
2.根据权利要求1所述一种用于盾构隧道的管片上浮力的测试方法，其特征在于：步骤(1)中，在实验室制备水泥浆液具体步骤如下：
a.过筛用的容器和筛子涂凡士林，将水泥过筛；
b.润湿搅拌叶片和锅，称取水泥和水放入锅内；
c.打开搅拌电机使搅拌叶片搅拌水泥。
3.根据权利要求1所述一种用于盾构隧道的管片上浮力的测试方法，其特征在于：步骤(3)中，粘度计包括底座、调节块、玻璃圆管和转轴，所述调节块固定于所述底座，所述玻璃圆管固定在所述调节块内通过所述转轴进行上下移动，其中所述玻璃圆管半径为r，重力为G。
4.根据权利要求3所述一种用于盾构隧道的管片上浮力的测试方法，其特征在于：步骤(4)中，根据步骤(2)得到的密度ρ和步骤(3)得到的平衡深度H计算出平衡时浮力F：
F＝ρgV＝ρgHπr2 (1)。
5.根据权利要求4所述一种用于盾构隧道的管片上浮力的测试方法，其特征在于：步骤(4)中，计算粘度计的周围粘附力N：
N＝μA＝μ2πrH (2)
其中，μ为粘度，A为玻璃圆管达到平衡深度H时没入水泥部分的圆柱面积。
6.根据权利要求5所述一种用于盾构隧道的管片上浮力的测试方法，其特征在于：步骤(4)中，比较平衡浮力F与重力G，若F>G，则平衡公式为：
G＝F-N (3)
由公式(1)、(2)和(3)得到粘度公式为：
Figure FDA0003704684230000021
7.根据权利要求5所述一种用于盾构隧道的管片上浮力的测试方法，其特征在于：步骤(4)中，比较平衡浮力F与重力G，若F<G，则平衡公式为：
G＝F+N (5)
由公式(1)、(2)和(5)得到粘度公式为：
Figure FDA0003704684230000022
8.根据权利要求1所述一种用于盾构隧道的管片上浮力的测试方法，其特征在于：步骤(5)中，重复步骤(2)和步骤(3)直至水泥浆液初凝，硅酸盐水泥和普通水泥初凝时间不得早于45min。
9.根据权利要求1所述一种用于盾构隧道的管片上浮力的测试方法，其特征在于，还包括如下步骤：
(6)根据步骤(5)所获得的密度时间变化图ρ(t)和粘度时间变化图μ(t)，利用真实上浮力计算公式，可计算单位长度隧道管片在注浆后的各时间真实上浮力Fr，从而指导工程抗浮：
Fr(t)＝F-G-N＝ρ(t)gπR2-2γπRw-4μ(t)R (7)
其中，单位长度隧道管片的半径为R，单位长度隧道管片的厚度为w，单位长度隧道管片的重度为γ。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04109354U (ja) * 1991-03-07 1992-09-22 飛島建設株式会社 泥水の密度及び粘性自動測定装置
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
CN106089213A (zh) * 2016-05-06 2016-11-09 同济大学 盾构隧道同步注浆浆液性能参数测定系统及方法
CN106680148A (zh) * 2017-03-10 2017-05-17 钦州学院 一种粘度测试装置及其测试方法
CN109241631A (zh) * 2018-09-12 2019-01-18 上海隧道工程有限公司 盾构隧道管片上浮量计算方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04109354U (ja) * 1991-03-07 1992-09-22 飛島建設株式会社 泥水の密度及び粘性自動測定装置
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
CN106089213A (zh) * 2016-05-06 2016-11-09 同济大学 盾构隧道同步注浆浆液性能参数测定系统及方法
CN106680148A (zh) * 2017-03-10 2017-05-17 钦州学院 一种粘度测试装置及其测试方法
CN109241631A (zh) * 2018-09-12 2019-01-18 上海隧道工程有限公司 盾构隧道管片上浮量计算方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
胡瑞等: "上软下硬地层中盾构隧道管片上浮机理与控制分析", 《建筑施工》 *

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