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一种多孔多角度深度可调型劈裂注浆试样制备装置和方法制造方法及图纸

技术编号:14458217 阅读:73 留言:0更新日期:2017-01-19 15:21
本发明专利技术公开了一种多孔多角度深度可调型劈裂注浆试样制备装置和方法,适用于隧道地层注浆模拟的室内模型试验,包括注浆室、注浆孔、球形接头、预制三角形钢支架、注浆硬管、制浆池、搅拌器、L型支架、注浆软管、注浆泵、吸浆管、流速调节器、压力计、电子秤、排液管、集水室、过滤网、数据采集器、终端设备及若干线路。本发明专利技术实现了从制土拌浆伊始到劈裂注浆结束,全流程、各环节的多参数控制,诸如注浆位置、注浆角度、注浆深度等等,能够有效模拟任意工况下的各类实际注浆土层;流程简单、制样高效、低误差、效用广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及隧道注浆与突涌水灾害治理
,具体涉及一种多孔多角度深度可调型劈裂注浆试样制备装置和方法。主要适用于隧道地层注浆模拟的室内模型试验。
技术介绍
随着交通运输和水利水电等领域内重大基础工程建设的加快,我国现已成为世界上隧道修建规模最大、数量最多、难度最高的国家。在地质条件极端复杂的山区和岩溶地区修建的隧道,路线往往穿越富水风化花岗岩地质层,其施工过程中,经常要面临突涌水灾害的威胁。突涌水灾害多以“强突发、高水压、大流量、多类型”为特点,严重危及隧道施工安全、影响隧道施工进度,其治理工作堪称世界级工程难题。在我国云贵高原以东,包括秦岭—大别山在内的广大东南部地区,花岗岩地质层分布广泛,在隶属亚热带—热带区的福建、广东和湘南、赣南一带,长期炎热的气温和丰沛的降水更会促使岩体发生风化。风化作用沿节理面深入岩体内部,形成很厚的风化层,使其整体性遭到破坏,强度和稳定性都大为降低,故在富水风化花岗岩地质层中修建隧道,施工扰动很容易引发岩层突涌水灾害,需要采用注浆技术(隧道掌子面全帷幕劈裂注浆技术)来提高地层强度和稳定性,以确保隧道施工安全进行。注浆方案的科学制定和注浆效果的可靠评估,需依靠对加固土层中浆液扩散范围、路径及形态的准确判断,而正确把握浆液扩散规律也是确定注浆加固土层物理、力学指标的前提,其研究方法现多以试验为主。试验可分为两种,即现场原位测试和室内试验。现场原位测试成本高昂,对环境要求苛刻,大量普及并不现实,科研人员和工程师们研究注浆加固土物理、力学特性的主要手段还是室内模型试验。试验结果可信度的高低取决于所采用的模型试样工程适用性是否良好,是否能够反映实际注浆加固土的真实状态。截至目前,所有室内制备的注浆试样,采用的方法均是在表面几何中心位置进行单孔垂直劈裂注浆,其工程状态与实际隧道掌子面帷幕劈裂注浆相去甚远,物理、力学参数均不具备工程指导性。因此,如何制备出符合客观工程注浆状态、物理及力学参数可信度高的试样已经成为了一个亟待解决的难题,急需专利技术一种高效、可靠、易于操作的注浆试样制备方法,以及相应的配套试验装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于为各种突涌水试验提供物理、力学参数更为可信的注浆试样。本装置制备出的试样能够真实模拟全帷幕劈裂注浆方式下,隧道掌子面后方被加固地质层的工程状态。为了实现本专利技术的目的,采用如下技术方案:多孔多角度深度可调型劈裂注浆试样制备装置,包括一个注浆室和制浆池,在所述注浆室的外壁上设有至少一个注浆孔,每个注浆孔内安装一个接头,通过旋转该接头能开启或关闭其对应的注浆孔,所述的接头通过注浆管与注浆泵相连,且注浆管的角度可调,所述的注浆泵抽吸制浆池内的浆液,并提供一定压力将其注入注浆室,所述的注浆室通过排液管与集水室相连,所述的集水室的底部安装有称重元件,所述的称重元件与数据采集器相连,所述的数据采集器与数据处理装置相连。试样制备全程可对多个参数进行有效控制,包括原土体密实度、浆液种类及水灰比、注浆流速及流量、注浆孔组合方式、注浆角度、注浆深度、浆液充填量等等,能够在短时间内高效地制备出符合不同试验要求的注浆试样。进一步的,所述的注浆管内设置有与数据采集器相连的流速调节器和压力计,所述的流速调节器能够调节注浆管中浆液流动速度的大小,所述的压力计用于测定注浆管中液体流压的大小。进一步的,所述的注浆孔相对于注浆室外壁在法线方向上的截面呈圆形,在所述的注浆孔的周围设有一圈螺孔I。进一步的,所述的接头为球形接头,其卡在注浆孔的弧形开口内且在注浆孔内可以360度自由旋转,在所述的球形接头内沿直径方向设有贯穿其外表面的圆孔,在圆孔的内侧布设有螺纹,靠近圆孔的一端周围均匀布设两圈螺孔II,当球形接头的贯穿圆孔被旋转至隐于前壁时,该位置的注浆孔即处于封闭状态,反之,处于开启状态。进一步的,所述的注浆室采用透明有机玻璃制成,在其顶部设有一个用于连通排液管的孔;制样过程中土体裂缝扩展、浆液扩散范围、路径及形态均可被试验人员实时掌握,实现可视化。进一步的,所述的注浆管的角度调整后,通过预制三角形钢支架固定,所述的预制三角形钢支架上设有螺孔III,所述的螺孔III与螺孔I、螺孔II配合,通过螺钉固定注浆管的角度。进一步的,所述的注浆管的端部开有梅花孔。进一步的,所述的注浆管与球形接头通过螺纹连接;其可跟随球形接头运动而实现角度变化,以注浆室前壁所在平面为参照,角度变化范围为45至90度,完全覆盖工程实际中可能会使用到的各种注浆角度。多孔多角度深度可调型劈裂注浆试样制备方法,如下:步骤1安装上述的装置,打开所需注浆孔,插入注浆硬管,调整后固定其角度和入室深度;步骤2制备原土:将所选种类原土分批倒入注浆室,依次分层振捣压实;待土体填满整个注浆室后,封住顶盖;步骤3制备浆液:取所选种类的水泥细粉和水,按试验方案要求的水灰比分别称取相应质量,然后将它们一并放入制浆池并搅拌;步骤4劈裂注浆:打开注浆泵,将浆液吸进吸浆管,借助注浆泵提供的压力,使浆液得以流经注浆软管、注浆硬管,最后注入到注浆室内的土样中。在此过程中,需要控制流速调节器,使浆液在注浆软管内的流速达到预定值,并随时记录压力计的读数;步骤5排泄液:读取集水室下的称重元件的读数,随时记录集水室中水的质量;结合数据处理装置上呈现的信息,分析试验数据。进一步的,所述的步骤1过程如下:1-1选定注浆位置,通过旋转球形接头来开启该位置上的注浆孔,与此同时,保证其他位置上的注浆孔处于封闭状态;1-2在注浆孔处于开启状态的各位置上,分别旋入注浆硬管,直至管端伸进注浆室内预定深度;1-3调整注浆硬管角度,待角度确定后,借助合适形状和倾角的预制三角形钢支架将其固定。本专利技术的有益效果如下:试样制备全程可对多个参数进行有效控制,包括原土体密实度、浆液种类及水灰比、注浆流速及流量、注浆孔组合方式、注浆角度、注浆深度、浆液充填量等等,能够在短时间内高效地制备出符合不同试验要求的尺寸为0.75m×0.75m×0.75m的立方体注浆试样。另外,整个注浆室由透明有机玻璃制成,制样过程中土体裂缝扩展、浆液扩散范围、路径及形态均可被试验人员实时掌握。将制备完成的试样应用于土体物理指标测定试验,可以得到注浆土密度、含水率、土粒比重三项基本物理指标,再通过公式换算得出注浆土孔隙率、孔隙比、饱和度等更多物理指标;将制备完成的试样经简单再处理,钻取成标准尺寸应用于各类力学指标测定试验,如单轴压缩、三轴压缩、直剪、渗透和抗冲刷试验等等,可以得到各种力学指标。此种多孔多角度深度可调型劈裂注浆试样制备方法显然实现了对传统制备方法的升级,是对既往难题的突破。涉及的装置可完成从原土样制备、浆液配比,到劈裂注浆,再到注浆流速、流量实时监测全套的制样过程,效率高,“一体化”特点显著。附图说明图1为一种多孔多角度深度可调型劈裂注浆试样制备装置图;图2a注浆硬管未插入球形接头;图2b注浆硬管已插入球形接头;图3a、图3b、图3c为预制三角形钢支架三视图。图中:1—注浆室,2—注浆孔,3—球形接头,4—预制三角形钢支架,5—注浆硬管,6—制浆池,7—搅拌器,8—L型支架,9—注浆软管,10—注浆泵,11—吸浆管,12—流速调节器,13—压力计,14—电子秤,15—排液管,16—集水室,17本文档来自技高网
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【技术保护点】
多孔多角度深度可调型劈裂注浆试样制备装置,其特征在于,包括一个注浆室和制浆池,在所述注浆室的外壁上设有至少一个注浆孔,每个注浆孔内安装一个接头,通过旋转该接头能开启或关闭其对应的注浆孔,所述的接头通过注浆管与注浆泵相连,且注浆管的角度可调,所述的注浆泵抽吸制浆池内的浆液,并提供一定压力将其注入注浆室,所述的注浆室通过排液管与集水室相连,所述的集水室的底部安装有称重元件,所述的称重元件与数据采集器相连,所述的数据采集器与数据处理装置相连。

【技术特征摘要】
1.多孔多角度深度可调型劈裂注浆试样制备装置,其特征在于,包括一个注浆室和制浆池,在所述注浆室的外壁上设有至少一个注浆孔,每个注浆孔内安装一个接头,通过旋转该接头能开启或关闭其对应的注浆孔,所述的接头通过注浆管与注浆泵相连,且注浆管的角度可调,所述的注浆泵抽吸制浆池内的浆液,并提供一定压力将其注入注浆室,所述的注浆室通过排液管与集水室相连,所述的集水室的底部安装有称重元件,所述的称重元件与数据采集器相连,所述的数据采集器与数据处理装置相连。2.如权利要求1所述的多孔多角度深度可调型劈裂注浆试样制备装置,其特征在于,所述的注浆管内设置有与数据采集器相连的流速调节器和压力计,所述的流速调节器能够调节注浆管中浆液流动速度的大小,所述的压力计用于测定注浆管中液体流压的大小。3.如权利要求1所述的多孔多角度深度可调型劈裂注浆试样制备装置,其特征在于,所述的注浆孔相对于注浆室外壁在法线方向上的截面呈圆形,在所述的注浆孔的周围的注浆室外壁上设有一圈螺孔I。4.如权利要求3所述的多孔多角度深度可调型劈裂注浆试样制备装置,其特征在于,所述的接头为球形接头,其卡在注浆孔的弧形开口内且在其内可以360度自由旋转,在所述的球形接头内沿直径方向设有贯穿其外表面的圆孔,且靠近圆孔的一端周围均匀布设两圈螺孔II。5.如权利要求4所述的多孔多角度深度可调型劈裂注浆试样制备装置,其特征在于,所述的注浆管的角度调整后,通过预制三角形钢支架固定,所述的预制三角形钢支架上设有螺孔III,所述的螺孔III与螺孔I、螺孔II配合,通过螺钉固定注浆管的角度。6.如权利要求1或5所述的多孔多角度深度可调型劈裂注浆试样...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈卫忠马少森李利平刘金泉
申请(专利权)人:山东大学
类型:发明
国别省市:山东;37

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