CN202578708U - 一种软基动水地层盾构隧道同步注浆效果评价模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及了工程施工实验装置，尤其涉及一种软基动水地层盾构隧道同步注浆效果评价模拟装置，装置的顶进制动系统穿过通孔嵌入箱体内，箱体外壁设有进水孔和出水孔，出水孔设置有PH值测量仪，箱体内部充填软基地层砂土，顶部铺设薄膜；压力注浆系统的注浆管无缝插入顶进制动系统内，动水系统与箱体外壁的进水孔相连供水；计算机监测系统检测箱体砂土位移和注浆系统压力和动水系统压力。该装置可以在室内模拟软基动水地层中盾构隧道同步注浆试验，主要用以研究在动水压力下的注浆材料特性、注浆压力、注浆量、推进速度、推进方式等对地层沉降的变化规律。为研究开发新型注浆材料提供了一种直观、快速的实验方法。

Description

一种软基动水地层盾构隧道同步注浆效果评价模拟装置

技术领域

本实用新型涉及一种盾构隧道施工中的同步注浆效果评价模拟装置，该装置尤其适用于在软基动水地层中的进行同步注浆过程模拟试验。

背景技术

城市地下隧道常采用盾构法施工。同步注浆能够减小盾构隧道施工造成的围岩变形和地表沉降，保护周边环境安全，防止饱水条件下的管片上浮，提高管片的稳定性，并对隧道起到防水作用。往往盾构施工途径地层软弱不均，高压富含水，传统膨润土同步注浆材料易受透水地层地下水冲刷后造成的严重分层、离析，进而导致管片拱顶虚填，拱底富集，加剧管片上浮、地层沉降，严重威胁隧道及地表构筑物的结构安全。因此，开发新型同步注浆技术及装备对保证高压动水条件下注浆的质量，确保管片衬砌的早期稳定性和间隙的密封性，提高隧道工程的长期、有效防水能力，延长其使用寿命，保护周边环境，加强隧道施工过程中的安全性具有重要的意义。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种软基动水地层盾构隧道同步注浆效果评价模拟装置，模拟了软基动水地层现场同步注浆施工过程，为现场施工的选材、工艺优化提供实验依据平台。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种软基动水地层盾构隧道同步注浆效果评价模拟装置，其特征在于：它包括箱体、顶进制动系统、压力注浆系统、动水系统以及计算机监测系统，所述的箱体为上端开口的容器，箱体的一侧面开有一大的通孔，箱体的另一侧面开有一小的通孔，顶进制动系统从大的通孔穿入并嵌入箱体内，且在通孔的接口间用密封圈密封；箱体外壁设有进水孔和出水孔，出水孔设置有PH测量仪，箱体内部充填软基地层砂土，箱体的顶部铺设薄膜；所述的压力注浆系统的注浆管的一端部无缝插入顶进制动系统内，所述的动水系统与箱体外壁的进水孔相连；计算机监测系统检测箱体内软基地层砂土位移、压力注浆系统的压力和动水系统的压力。

所述的顶进制动系统由圆柱体固件、套筒、动力机构组成，圆柱体固件的一端部插入套筒内，且相互间可自如地轴向滑动；圆柱体固件的另一端插入箱体上小的通孔内并与箱体固定，套筒穿过箱体上大的通孔并能沿大的通孔轴向滑动；动力机构驱动套筒轴向移动，套筒筒壁内设有预留孔洞。

所述动力机构包括电动机、缆绳、定滑轮，电动机配置有变频箱，电动机输出轴卷绕缆绳的末端，缆绳的头端绕经定滑轮后与所述套筒连接。

所述压力注浆系统由注浆管、压力泵、储浆罐组成；注浆管无缝插入顶进制动系统中外部套筒筒壁内预留的孔洞中，注浆管与储浆罐之间连接用于注浆的压力泵。

所述注浆管由四条分注浆管和一条总注浆管组成，分注浆管由五通接头与总注浆管接通，分注浆管的一端部插入顶进制动系统内，总注浆管连接压力泵。

所述动水系统包括水箱和水泵，水泵一端由管道连接水箱，水泵的另一端连接出水管，出水管末端与箱体外壁的进水孔相连接。

所述计算机监测系统由计算机、至少二个位移传感器、数据采集分析器、压力仪组成；位移传感器、数据采集分析器和计算机依次电连接，位移传感器等距设置在箱体内软基地层砂土表面，位移传感器采集信号经过数据采集分析器后输入计算机；压力泵、水泵均配备有压力仪，计算机通过压力仪监测压力注浆系统的压力泵的压力和动水系统的水泵的压力。

本实用新型的有益效果是：充分考虑了盾构施工、注浆材料与土体的相互作用，能够模拟真实的软基动水地层盾构施工过程，对于同步注浆起到的控制地面沉降的作用检测较为直观，同时实现了浆液特性、注浆压力、注浆量、推进方式、推进速度、动水压力及软基砂土压实度的自由选择与控制，为研究开发新型注浆材料提供了一种直观、快速的实验评价方法；另外，该装置具有较高的使用价值，其结构简单，易于操作，并能够实现表层沉降、注浆压力、注浆量等参数的自动监测，对软基动水地层同步注浆效果评价起到极其重要的参考价值。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图中标记说明：1-箱体、2-套筒、3-圆柱体固件、4-注浆管、5-五通接头、6-储浆罐、7-注浆压力泵、8-定滑轮、9-电动机、10-变频箱、11-水箱、12-水泵、13-数据采集分析器、14-计算机、15-薄膜；16、17、18、19、20、21均为位移传感器、22-软基地层砂土、23-PH测量仪、24-出水孔。

具体实施方式

为更好地理解本实用新型，下面将结合实施例与附图对本实用新型的技术方案做进一步的说明，参见图1：

按本实用新型实施的软基动水地层盾构隧道同步注浆效果评价模拟装置，包括箱体1、顶进制动系统、压力注浆系统、动水系统以及计算机监测系统，所述的箱体1为上端开口的容器，箱体1的一侧面开有一大的通孔，箱体1的另一侧面开有一小的通孔(箱体1是由无顶面的正方体容器组成，容器左右两侧面中心对称部分开有不同直径的通孔，连接顶进制动系统的一侧的直径大于另一侧，本实施例选择大径通孔孔洞的半径为260mm，小径通孔孔洞的半径为130mm)，顶进制动系统从大的通孔穿入并嵌入箱体1内，与两个孔洞的接口间由密封圈密封。箱体1外壁设有进水孔和出水孔24，出水孔连接PH测量仪23，箱体1内部充填软基地层砂土22，顶部铺设薄膜15。

所述的顶进制动系统由圆柱体固件3、套筒2、动力机构组成，圆柱体固件的一端部插入套筒2内，圆柱体固件3的另一端插入箱体1上小的通孔内并与箱体1固定，套筒2穿过箱体1上大的通孔并能沿大的通孔轴向滑动；圆柱体固件3与套筒2紧密结合，但两者之间留有间隙，以便能在轴向方向相对滑动，动力机构与套筒2连接，在实施过程中对套筒2实施拖动，本实施例中动力机构为一个配备有变频箱10的电动机9及定滑轮8、缆绳的机构，电动机9配备变频箱10以便对电动机9的转速进行调节，电动机9输出轴卷绕缆绳的末端，缆绳的头端绕经定滑轮后与所述套筒2连接。套筒2筒壁内设有相互平行且等距的四条预留孔洞。

所述的压力注浆系统由四条分注浆管4、一条总注浆管、压力泵7、储浆罐6组成。四根分注浆管的一端部分别插入顶进制动系统中外部套筒2筒壁内设置的四个孔洞中，接缝由密封胶密封。总注浆管与分注浆管由五通接头5连接。储浆罐6与总注浆管之间连接压力泵7。水泥浆在压力泵7的泵送下，经过注浆管4进入圆柱体固件3与箱体1内部软基地层砂土22的空腔内，空腔是随着套筒2的拖动形成的。

所述动水系统由水箱11和水泵12组成。水泵12一端连接水箱11，另一端连接出水管，出水管末端直接与箱体1外部设置的进水孔相连接。在水泵12的压力下，水箱11中的水从箱体1进水孔流进，经软基地层砂土22冲刷后从出水孔24流出，出水孔24处设置有PH值测量仪23箱体，进行出水的水质PH值监测，观测透水对注入的浆液的冲刷程度。

计算机监测系统由计算机14、多个位移传感器16、17、18、19、20、21及数据采集分析器13连接组成。位移传感器15、16、17、18、19、20、21等距设置在箱体砂土表面薄膜15之上。位移传感器与数据采集分析器13和计算机14依次电连接，数据采集分析器13对位移传感器采集信号经过信号处理后输送至计算机14，用于检测箱体1内软基地层砂土位移。压力泵7、水泵12均配备有压力仪，计算机14通过压力仪监测压力注浆系统的压力泵7的压力和动水系统的水泵12的压力。

实验时箱体1根据压实度要求填入砂土前，首先将顶进制动系统、压力注浆系统、动水系统及计算机等分别安装好，填入砂土22，铺好薄膜15，其次将多个位移传感器等距布置在薄膜15之上。准备完毕后，将水箱11、储浆罐6分别注满水和注浆材料。打开水箱11阀门、五通接头开关和水泵12，通过水泵12和注浆压力泵7调节所需水压及注浆压力大小。在注浆和注水的同时打开顶进制动系统的电动机9开关，边拖动套筒2，边往套筒2拖动形成的空腔内注浆，做到两者同步。注浆过程中对上层砂土进行位移监测、对箱体出水孔24水质进行PH值监测。注浆结束后，通过压力泵7的压力变记录注浆压力，通过储浆罐上的刻度记录注浆量，通过电动机9的变频箱的标示记录电动机的转速，并换算出注浆的顶进速度，通过位移传感器测出各试点位移量，以及通过PH测量仪23测试出循环水质PH值。待所有实验完成后，浆液经过3～7天固化，取下位移传感器，并清除箱体内所有砂土，检查注浆后的浆液分布，密实程度，进一步直观评价浆液的注浆效果。在室内模拟软基动水地层中盾构隧道同步注浆试验，通过记录上述参数，主要用以研究在动水压力下的注浆材料特性、注浆压力、注浆量、推进速度、推进方式等对地层沉降的变化规律。为现场施工的选材、工艺优化提供实验依据平台。

以上所揭露的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，仍属本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种软基动水地层盾构隧道同步注浆效果评价模拟装置，其特征在于：它包括箱体（1）、顶进制动系统、压力注浆系统、动水系统以及计算机监测系统，所述的箱体（1）为上端开口的容器，箱体（1）的一侧面开有一大的通孔，箱体（1）的另一侧面开有一小的通孔，顶进制动系统从大的通孔穿入并嵌入箱体（1）内，且在通孔的接口间用密封圈密封；箱体（1）外壁设有进水孔和出水孔（24），出水孔（24）设置有PH值测量仪（23），箱体（1）内部充填软基地层砂土（22），箱体（1）的顶部铺设薄膜（15）；所述的压力注浆系统的注浆管（4）的一端部无缝插入顶进制动系统内，所述的动水系统与箱体（1）外壁的进水孔相连；计算机监测系统检测箱体（1）内软基地层砂土位移、压力注浆系统的压力和动水系统的压力。

2.根据权利要求1所述的软基动水地层盾构隧道同步注浆效果评价模拟装置，其特征在于：所述的顶进制动系统由圆柱体固件（3）、套筒（2）、动力机构组成，圆柱体固件的一端部插入套筒（2）内，且相互间可自如地轴向滑动；圆柱体固件（3）的另一端插入箱体（1）上小的通孔内并与箱体（1）固定，套筒（2）穿过箱体（1）上大的通孔并能沿大的通孔轴向滑动，动力机构驱动套筒（2）轴向移动，套筒（2）筒壁内设有预留孔洞。

3.根据权利要求2所述的软基动水地层盾构隧道同步注浆效果评价模拟装置，其特征在于：所述动力机构包括电动机（9）、缆绳、定滑轮（8），电动机（9）配置有变频箱（10），电动机（9）输出轴卷绕缆绳的末端，缆绳的头端绕经定滑轮（8）后与所述套筒（2）连接。

4.根据权利要求1所述的一种软基动水地层盾构隧道同步注浆效果评价模拟装置，其特征在于：所述压力注浆系统由注浆管（4）、压力泵（7）、储浆罐（6）组成；注浆管（4）无缝插入顶进制动系统中套筒（2）筒壁内预留的孔洞中，注浆管（4）与储浆罐（6）之间连接用于注浆的压力泵（7）。

5.根据权利要求4所述的一种软基动水地层盾构隧道同步注浆效果评价模拟装置，其特征在于：所述注浆管（4）由四条分注浆管和一条总注浆管组成，分注浆管由五通接头（5）与总注浆管接通，分注浆管的一端部插入顶进制动系统内，总注浆管连接压力泵（7）。

6.根据权利要求1所述的一种软基动水地层盾构隧道同步注浆效果评价模拟装置，其特征在于：所述动水系统包括水箱（11）和水泵（12），水泵（12）一端由管道连接水箱（11），水泵（12）的另一端连接出水管，出水管末端与箱体（1）外壁的进水孔相连接。

7.根据权利要求1所述的一种软基动水地层盾构隧道同步注浆效果评价模拟装置，其特征在于：所述计算机监测系统由计算机（14）、至少二个位移传感器、数据采集分析器（13）、压力仪组成；位移传感器、数据采集分析器（13）和计算机（14）依次电连接，位移传感器等距设置在箱体（1）内软基地层砂土表面，位移传感器采集信号经过数据采集分析器（13）处理后输入计算机（14）；压力泵（7）、水泵（12）均配备有压力仪，计算机（14）通过压力仪监测压力注浆系统的压力泵（7）的压力和动水系统的水泵（12）的压力。