CN211877918U - 一种用于模拟盾构隧道注浆的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于轨道交通配线领域，本实用新型实施例所提供的用于模拟盾构隧道注浆的试验装置，包括：试验舱、盖板和浇注系统，试验舱包括固定连接的底壁和侧壁，试验舱形成上端具有开口的容纳腔，底壁和侧壁均开设有注浆孔以用于注浆系统与容纳腔连通，从而可以模拟盾构隧道不同方位及角度的注浆情况，并实现注浆效率的优化。

Description

一种用于模拟盾构隧道注浆的试验装置

技术领域

本实用新型属于隧道工程领域，尤其涉及一种盾构隧道注浆的实验装置。

背景技术

盾构隧道施工过程中，通常在地下或者山体开挖洞穴，盾构隧道设置在其中并与周围的土体相邻。用来形成盾构隧道的管片拼装好后，管片外壁与土体之间一般会存在一定的间隙，一般可以通过注浆(包括二次补充注浆和土体加固注浆)的方式来填充空隙。通过从盾构隧道内向土体注入具有胶结性质的浆液，填补土体空隙，改善软土土体的工程性质，避免隧道在运营过程中土体滞后沉降及隧道不均匀沉降。

注浆工艺长期以半理论、半经验的方式施工。但由于实际工程地质条件往往极其复杂，导致在实际工程中的应用效果不佳。通过注浆模型试验设备模拟向土体注浆的技术已在工程上得到应用，但注浆模型试验设备模拟注浆形式单一，无法准确模拟盾构隧道实际的注浆情况。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种用于模拟盾构隧道注浆的试验装置，以解决注浆模型试验设备无法准确模拟盾构隧道注浆情况的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例的技术方案是这样实现的：

本实用新型实施例所提供的一种用于模拟盾构隧道注浆的试验装置，该用于模拟盾构隧道注浆的试验装置包括：

试验舱，所述试验舱包括固定连接侧壁和底壁，所述试验舱形成上端具有开口的容纳腔，所述侧壁和所述底壁的壁厚与所述盾构隧道的管片的厚度相同；

盖板，与所述试验舱可拆卸的连接，以用于封闭所述开口；

注浆系统，与所述容纳腔连通；

其中，所述试验舱的所述侧壁和所述底壁均开设有注浆孔以用于所述注浆系统与所述容纳腔连通。

进一步地，所述侧壁和所述底壁上开设的所述注浆孔的均有多个。

进一步地，所述试验舱为上端开口的空心长方体，所述侧壁包括相对设置的第一壁和第二壁，以及与所述第一壁和所述第二壁相邻的第三壁和第四壁，所述侧壁上开设的多个注浆孔位于所述第一壁、第二壁、第三壁、第四壁中的任意一个上。

进一步地，所述注浆孔包括在所述侧壁和所述底壁上开设的中心孔，所述中心孔的轴线通过所述长方体的中心。

进一步地，所述侧壁上开设的多个注浆孔沿第一直线方向间隔设置，所述底壁上开设的多个注浆孔沿第二直线方向间隔设置，所述第一直线方向与所述第二直线方向平行。

进一步地，所述侧壁上开设的多个注浆孔的间距与所述底壁上开设的多个注浆孔的间距相同，均为所述盾构隧道的管片上开设的注浆孔的间距。

进一步地，所述注浆系统包括注浆机、注浆管和注浆阀，所述注浆管包括：

多个第一注浆管，所述第一注浆管的一端与所述注浆孔连接，所述第一注浆管相对一端的另一端与所述注浆阀的一端连接；

多个第二注浆管，所述第二注浆管的一端与注浆阀相对一端的另一端连接，所述第二注浆管相对一端的另一端与所述注浆机连接。

进一步地，所述试验舱还包括与侧壁固定连接的顶壁，所述顶壁与所述底壁相对，所述顶壁围成所述开口。

进一步地，所述顶壁上安装有用于向所述容纳腔注水的注水阀、用于向所述容纳腔充气的进气阀和用于测量所述容纳腔顶部气压的气压表。

进一步地，所述侧壁上安装泄水阀，所述泄水阀内部安装过滤网。

本实用新型实施例所提供的用于模拟盾构隧道注浆的试验装置，包括试验舱、盖板和注浆系统，试验舱包括固定连接的底壁和侧壁，试验舱形成上端具有开口的容纳腔，底壁和侧壁均开设有注浆孔以用于注浆系统与容纳腔连通。通过在试验舱的底壁和侧壁都开设注浆孔，能够从不同方向向试验舱内注浆，从而可以模拟从盾构隧道内向盾构隧道外的土体不同方位及角度的注浆情况，提升了盾构隧道注浆模拟的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的用于模拟盾构隧道注浆的试验装置截面图；

图2是本实用新型实施例提供的用于模拟盾构隧道注浆的试验装置的局部截面图；

图3是本实用新型实施例提供的用于模拟盾构隧道注浆的试验装置的俯视图；

图4是本实用新型实施例提供的用于模拟盾构隧道注浆的试验装置的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的另一种用于模拟盾构隧道注浆的试验装置的截面图；

图6是本实用新型实施例提供的用于模拟盾构隧道注浆的试验装置的局部示意图。

附图标记说明：

1、试验舱；2、侧壁；21、第一壁；22、第二壁；23、第三壁；24、第四壁；3、底壁；4、容纳腔；5、盖板；6、注浆系统；61、注浆机；62、注浆管；621、第一注浆管；622、第二注浆管；63、注浆阀；7、注浆孔；71、第一侧壁中心孔；72、第二侧壁中心孔；8、橡胶垫；9、开口；10、顶壁；11、注浆钢花管；12、注水阀；13、进气阀；14、气压表；15、泄水阀；16、传感器；161、土压力传感器；162、泥浆压力传感器；163、孔隙压力传感器；17、混凝土支墩；18、通孔；O、长方体试验舱的中心；S1、第一侧壁中心孔的轴线；S2、第二侧壁中心孔的轴线；L1、第一直线；L2、第二直线。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在具体实施例中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如通过不同的具体技术特征的组合可以形成不同的实施例和技术方案。为了避免不必要的重复，本实用新型中各个具体技术特征的各种可能的组合方式不再另行说明。

在以下的描述中，所涉及的术语“第一\第二”仅仅是是区别不同的对象，不表示二者之间具有相同或联系之处。应该理解的是，所涉及的方位描述“内侧”、“外侧”均为正常使用状态时的方位。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

本实用新型实施例提供了用于模拟盾构隧道注浆的试验装置，包括试验舱、注浆系统。试验舱的侧壁与底壁用于模拟盾构隧道的管片，在试验舱内填放试验土体，即试验舱内模拟的是盾构隧道外的土体环境，通过向试验舱内施加水压和气压模拟有水或无水的土体环境。在试验舱的侧壁或底壁上开设用于连接注浆系统的注浆孔，注浆系统通过注浆孔向试验舱内的试验土体注浆，即试验舱外模拟的是盾构隧道内的环境，模拟注浆系统从盾构隧道内通过管片上的孔向隧道外的土体注浆。

如图1所示，本实用新型实施例的用于模拟盾构隧道注浆的试验装置包括试验舱1、盖板5和注浆系统6。其中，试验舱1包括固定连接的侧壁2和底壁3。在工作状态下，底壁3位于试验舱1的最下部，侧壁2的下端与底壁3的边缘固定连接，侧壁2可以是一体成型，也可以包括多块壁，相邻的壁之间彼此连接而成。侧壁2与底壁3的壁厚与所模拟的盾构隧道的管片的厚度相同，从而能够用试验舱准确模拟盾构隧道。试验舱1形成上端具有开口9的容纳腔4，容纳腔4的侧面和底面由侧壁2和底壁3围成，容纳腔4的顶面至少有部分形成开口9，也可以是容纳腔4的顶面均形成开口9。开口9为试验土体的进出口，试验土体的高度及压实度根据实际模拟环境需要进行填高和压实，试验土体布置完成后仍需要对开口9进行封闭。

如图2所示，在一些实施例中，为保证试验舱1的密封性能，需在侧壁2和底壁3的接触面间设置一层橡胶垫8，可以防止接触面间的漏气、漏水。具体的，侧壁2、橡胶垫8和底壁3可通过胶连接，该方法无需制备连接孔，装配方便。具体的，侧壁2、橡胶垫8和底壁3可通过螺栓连接，该方法可方便拆卸。

如图1所示，盖板5与试验舱1可拆卸的连接，以用于封闭开口9。具体的可拆卸的连接方式可以是在试验舱1和盖板5上设置螺栓孔，通过螺栓连接盖板5、橡胶垫8与试验舱1，方便在试验土体进出时拆卸盖板5。如图3所示，在一些实施例中，为保证试验舱1的密封性能，需在盖板5与试验舱1的接触面间设置一层橡胶垫8，可以防止接触面间的漏气、漏水。

如图1所示，注浆系统6用于提供浆液，其与容纳腔4连通，从试验舱1外向试验舱1内的容纳腔4注浆以模拟从盾构隧道内向盾构隧道外的土体注浆。其中，试验舱1的侧壁2和底壁3均开设有注浆孔7以用于注浆系统6与所述容纳腔4连通。具体的，注浆系统6通过试验舱1所开设注浆孔7输入浆液至容纳腔4；需要说明的是，侧壁2为多个壁的状态下，可以在一个或者多个壁上开设注浆孔。

本实用新型实施例的试验装置，通过在试验舱的底壁和侧壁都开设注浆孔，能够从不同方向向试验舱内注浆，从而可以模拟盾构隧道不同方位及角度的注浆情况，提升了盾构隧道注浆模拟的准确性。

如图4所示，侧壁2和底壁3上开设的注浆孔7均有多个，目的在于模拟盾构隧道不同方向及角度的注浆情况。需要说明的是，侧壁2具有多个壁的情况下，至少有一个壁上的注浆孔7有多个。在一些实施例中，仅对侧壁2或底壁3中的任意一壁上的单个注浆孔7进行注浆，可研究单注浆孔注浆时浆液的扩散规律。在另一些实施例中，对侧壁2或底壁3中的任意一壁上多个注浆孔7进行注浆，可研究多个注浆孔同时注浆时，相邻注浆孔的相互影响。在另一些实施例中，对侧壁2和底壁3中的两壁上的单个注浆孔7或多个注浆孔7进行注浆，可研究不同方位多个注浆孔同时注浆时，不同方位注浆孔的相互影响。此外，通过调整注浆顺序，对单个或多个注浆孔7注浆，可模拟同步注浆及二次注浆试验，本试验装置以研究二次注浆试验为主，研究压密注浆时的浆液扩散规律。二次注浆工艺是由于同步注浆液凝固后有所收缩，或者是同步注浆没有填充密实，需要二次注浆时补足浆液，使土体没有发生变形的空间，有效地控制地面下沉、隧道上浮。

如图4所示，试验舱1为上端具有开口9的空心长方体，侧壁2具有4个壁，分别是相对设置的第一壁21和第二壁22，以及与第一壁21和第二壁22相邻的第三壁23和第四壁24，第一壁21、第二壁22相邻、第三壁23、第四壁24和底壁3形成局部封闭的容纳腔4。空心长方体试验舱1，具有4个壁，且两两相对布置，则选择注浆孔开设的位置更为齐全且更具有参照性。侧壁2上开设的多个注浆孔7，可位于第一壁21、第二壁22、第三壁23、第四壁24中的任意一个上。选择其中一个壁开设注浆孔，其余壁可作为观察窗。在一些实施例中，注浆孔7开设在第一壁21上，则第二壁22、第三壁23和第四壁24上则不再开设注浆孔。

如图4所示，在一些实施例中，为方便在注浆的过程中观察浆液的扩散形态及规律，侧壁2中至少有2个壁为可视壁。具体的，第二壁22和第三壁23为玻璃钢材料，玻璃钢材料具有性能稳定、机械强度高的优点，能够承受容纳腔4内各向压力的变化且不发生变形。第二壁22和第三壁23作为观察注浆浆液扩散规律的可视壁，需在第二壁22和第三壁23的内表面贴一层透明的聚乙烯薄膜，防止试验土体对第二壁22和第三壁23的破坏，以提高第二壁22和第三壁23的使用寿命。在一些实施例中，第一壁21和第四壁24可为混凝土材料，模拟实际盾构隧道的管片材料，在侧壁2上设置预埋螺栓，通过螺栓连接相邻的两侧壁，并且需在相邻侧壁的接触面间设置一层橡胶垫8，可以防止接触面间的漏气、漏水现象。

如图4所示，注浆孔7包括在侧壁2和底壁3上开设的中心孔，中心孔的轴线通过长方体试验舱1的中心，即长方体对角线的交点。侧壁2和底壁3上开设的多个注浆孔7，分别至少有一个注浆孔为开设在壁中心位置的中心孔，中心孔71为侧壁2上的注浆孔，中心孔72为底壁3上的注浆孔，中心孔71的轴线S1和中心孔72的轴线S2均通过长方体试验舱1的中心O。将注浆孔7分别设置在侧壁2和底壁3的中心位置，能够均衡试验土体对浆液的影响，同时可方便对浆液扩散情况的观察。

如图5所示，在一些实施例中，可以在底壁3上的中心孔72处连接注浆钢花管11，注浆钢花管11的插入相当于在土体中加筋(筋土、锚杆等)，且由于注浆钢花管11的周向可以出浆，所以注浆钢花管工艺相当于在土体中加筋和压力注浆两者的结合，因此钢花管压力注浆的加固效果有两个方面，一方面是浆液对土体强度的提高，二是注浆结束后注浆钢花管留在岩土中起到的加筋作用。

如图4所示，侧壁2上开设的多个注浆孔7沿第一直线L1方向间隔设置，底壁3上开设的多个注浆孔7沿第二直线L2方向间隔设置，为了模拟不同方位及角度情况的注浆，则使第一直线L1方向与第二直线L2方向平行，则浆液能够在各向交叉扩散。具体的，直线L1和直线L2均与L1所在的壁与底壁3的交线平行。为了使浆液扩散均匀，注浆孔7以一定的间距均匀间隔分布，为了使浆液能够在各向均匀交叉扩散，侧壁2上开设的多个注浆孔7的间距与底壁3上开设的多个注浆孔的间距相同，本试验装置适用于盾构洞内注浆研究，因此设计注浆孔7之间的间距均为实际盾构隧道的管片上开设的注浆孔的间距。

如图1所示，注浆系统6包括注浆机61、注浆管62和注浆阀63。注浆机61自带的流量计和压力控制装置对注浆压力和注浆量进行控制，可根据需要使用不同的注浆机61的参数。注浆管62包括多个第一注浆管621和多个第二注浆管622，第一注浆管621的一端A与注浆孔7连接，第一注浆管621的一端A的相对另一端B与注浆阀63的一端C连接，第二注浆管622的一端E与注浆阀相对一端的另一端D连接，所述第二注浆管相对一端E的另一端F与所述注浆机61连接。在一些实施例中，注浆时，由注浆机61将浆液依次通过第二注浆管622、注浆阀63、第一注浆管621和注浆孔7注入试验舱1的容纳腔4中，注浆系统6通过注浆孔7向软弱的试验土体高压灌注水泥浆液，使之对软弱的试验土体进行渗透、挤密、切割和胶结，形成胶状水泥固结体，达到加固软弱土层、减少沉降的目的。

如图1所示，在一些实施例中，底壁3由于需要与注浆系统6连接，则需要将试验舱1支撑起来，使之距离地面一定距离。具体的，采用混凝土支墩17作为支撑台阶，用于支承试验舱1，为注浆系统6提供作业空间。

如图3和图4所示，试验舱1还包括与侧壁2固定连接的顶壁10，顶壁10与底壁3的位置相对，顶壁10围成开口9。即：容纳腔4的顶面一部分与开口9连通，另一部分被顶壁10覆盖。试验舱1在注浆试验的过程中应达到密闭效果，因此需要设计顶壁10，通过螺栓与侧壁2相连接。由于试验土体的进出需从试验舱1的上方填入，直接打开顶壁10工程量过大，因此顶壁10围成开口9，作为试验土体的进出口，在注浆试验的过程中，通过盖板5将开口9封闭，以实现试验舱1的密闭效果。在一些实施例中，为方便试验土体进出及浆液扩散时的观察，顶壁10为可视壁。具体的，顶壁10可采用玻璃钢材料，玻璃钢材料具有性能稳定、机械强度高的优点，能够承受容纳腔内各向压力变化且不发生变形。

如图1所示，在一些实施例中，顶壁10上安装有用于向容纳腔4注水的注水阀12、用于向容纳腔4充气的进气阀13和用于测量容纳腔4顶部气压的气压表14。注水阀12由顶壁10向容纳腔4的试验土体内施加水压，可模拟出不同水载荷分布情况及水的渗流。具体的，进气阀13作用于容纳腔4内的试验土体上，可模拟出无水的土体环境，将土体压力加载到需要的压力大小并保持稳定后，关闭进气阀13使试验舱1处于密封压力状态，且进气阀13还用于试验进行前，封闭好试验舱1，打开进气阀13向试验舱1内充气，以检查试验装置的密闭性。本用于模拟盾构隧道注浆的试验装置通过加载水压力和土体压力分别实现含水土体及不含水土体的注浆模拟实验，可准确的模拟出真实的土体条件，在注浆的过程中，研究土体水土压力的变化情况以及土体中液、气相水平、地下水性质及渗流路径对注浆加固体形成的影响。

如图1所示，在一些实施例中，侧壁2上安装泄水阀15，泄水阀15的内部安装过滤网。在一些实施例中，如图6所示，第二壁22上除了用于相邻侧壁2、顶壁10和底壁3连接的螺纹孔，还均匀分布9个通孔18，用于泄水阀15的安装。在一些实施例中，在注浆试验的过程中，同时开启注水阀12和泄水阀15，可使试验土体模拟出动水环境，从而研究渗流对注浆效果的影响。在泄水阀15的内部安装过滤网，可避免试验土体的流失和试验土体堵塞泄水阀15。

如图1所示，在一些实施例中，第一壁21、第二壁22及底壁3上安装多个传感器16，传感器16包括土压力传感器161、泥浆压力传感器162和孔隙压力传感器163。在注浆的过程中，传感器16埋于试验土体内，可实时监测容纳腔4内各相的压力变化情况。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于模拟盾构隧道注浆的试验装置，其特征在于，包括：

试验舱，所述试验舱包括固定连接侧壁和底壁，所述试验舱形成上端具有开口的容纳腔，所述侧壁和所述底壁的壁厚与所述盾构隧道的管片的厚度相同；

盖板，与所述试验舱可拆卸的连接，以用于封闭所述开口；

注浆系统，与所述容纳腔连通；

其中，所述试验舱的所述侧壁和所述底壁均开设有注浆孔以用于所述注浆系统与所述容纳腔连通。

2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述侧壁和所述底壁上开设的所述注浆孔的均有多个。

3.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于，所述试验舱为上端开口的空心长方体，所述侧壁包括相对设置的第一壁和第二壁，以及与所述第一壁和所述第二壁相邻的第三壁和第四壁，所述侧壁上开设的多个注浆孔位于所述第一壁、第二壁、第三壁、第四壁中的任意一个上。

4.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述注浆孔包括在所述侧壁和所述底壁上开设的中心孔，所述中心孔的轴线通过所述长方体的中心。

5.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述侧壁上开设的多个注浆孔沿第一直线方向间隔设置，所述底壁上开设的多个注浆孔沿第二直线方向间隔设置，所述第一直线方向与所述第二直线方向平行。

6.根据权利要求5所述的试验装置，其特征在于，所述侧壁上开设的多个注浆孔的间距与所述底壁上开设的多个注浆孔的间距相同，均为所述盾构隧道的管片上开设的注浆孔的间距。

7.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于，所述注浆系统包括注浆机、注浆管和注浆阀，所述注浆管包括：

多个第一注浆管，所述第一注浆管的一端与所述注浆孔连接，所述第一注浆管相对一端的另一端与所述注浆阀的一端连接；

多个第二注浆管，所述第二注浆管的一端与注浆阀相对一端的另一端连接，所述第二注浆管相对一端的另一端与所述注浆机连接。

8.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述试验舱还包括与侧壁固定连接的顶壁，所述顶壁与所述底壁相对，所述顶壁围成所述开口。

9.根据权利要求8所述的试验装置，其特征在于，所述顶壁上安装有用于向所述容纳腔注水的注水阀、用于向所述容纳腔充气的进气阀和用于测量所述容纳腔顶部气压的气压表。

10.根据权利要求9所述的试验装置，其特征在于，所述侧壁上安装泄水阀，所述泄水阀内部安装过滤网。

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