本发明专利技术公开了一种隧道开挖及注浆模型试验台架装置及使用方法，包括侧壁、用于提供加载地应力平台的顶盖和设于钢筋混凝土支撑架顶部的底板，所述的侧壁垂直设立于底板且与底板连接，顶盖设于侧壁的顶部且与侧壁相连；所述的侧壁由多个在竖直方向上叠放在一起的模型环单元依次连接而成；且在隧道设计位置对应模型环单元的直径方向正对设置两个圆形空洞，隧道开挖之前用与侧壁相同弧度的弧形封闭钢板封堵圆形孔洞，在弧形封闭钢板四个角的位置开孔，弧形封闭钢板与侧壁之间相连接。本装置可以连续系统模拟隧道开挖过程中的地质灾害发生过程与之后的注浆加固过程。该装置具有强度高、采用模块化组装方式使得组装及拆卸方便的优点。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，包括侧壁、用于提供加载地应力平台的顶盖和设于钢筋混凝土支撑架顶部的底板，所述的侧壁垂直设立于底板且与底板连接，顶盖设于侧壁的顶部且与侧壁相连；所述的侧壁由多个在竖直方向上叠放在一起的模型环单元依次连接而成；且在隧道设计位置对应模型环单元的直径方向正对设置两个圆形空洞，隧道开挖之前用与侧壁相同弧度的弧形封闭钢板封堵圆形孔洞，在弧形封闭钢板四个角的位置开孔，弧形封闭钢板与侧壁之间相连接。本装置可以连续系统模拟隧道开挖过程中的地质灾害发生过程与之后的注浆加固过程。该装置具有强度高、采用模块化组装方式使得组装及拆卸方便的优点。【专利说明】
本专利技术涉及一种岩土工程模型试验台架装置，具体涉及一种。
技术介绍
隧道工程开挖时，经常发生围岩变形大、涌水量大等问题，甚至会发生突水突泥灾害，造成巨大的人员财产损失。注浆作为一种加固软弱围岩、治理突水突泥灾害的一种有效手段在隧道突水突泥灾害治理工程中得到了越来越广泛的应用。模型试验是研究隧道突水突泥灾害形成过程中的灾变机理、注浆治理过程中浆液扩散规律及加固机理的重要方法。但是目前针对隧道开挖及注浆的模型试验台架较少，严重影响相关研究的进展。隧道开挖与注浆加固是连续的过程，在隧道开挖与注浆模型试验中，需要模型试验台架既可以模拟开挖过程中 的地质灾害发生过程，又可以模拟之后的注浆治理加固过程。为满足隧道开挖与注浆模型试验的要求，模型试验台架须具有如下特点:1、可以预置不良地质结构体；2、具备地应力加载平台，承受地应力加载所产生的反力作用；3、具备输水管路，为供水系统连接管路使用；4、具备注浆管安装平台，为注浆提供工作平台。目前的试验装置或者只模拟隧道开挖过程或者只模拟注浆过程，还没有可以实现连续系统模拟隧道开挖过程中地质灾害发生过程与之后注浆加固过程的模型试验装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种隧道开挖及注浆模型试验台架，本装置可以连续系统模拟隧道开挖过程中的地质灾害发生过程与之后的注浆加固过程。该装置具有强度高、采用模块化组装方式使得组装及拆卸方便的优点。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案: 一种隧道开挖及注浆模型试验台架装置，包括侧壁、用于提供加载地应力平台的顶盖和设于钢筋混凝土支撑架顶部的底板，所述的侧壁垂直设立于底板且与底板连接，顶盖设于侧壁的顶部且与侧壁相连；所述的侧壁由多个在竖直方向上叠放在一起的模型环单元依次连接而成；且在隧道设计位置对应的模型环单元的直径方向正对设置两个空洞，隧道开挖之前用与侧壁相同弧度的弧形封闭钢板封堵孔洞，弧形封闭钢板与侧壁之间相连接。所述的模型环单元由两个半圆弧单元连接而成；彼此相邻模型环单元由半圆环式肋板连接构成侧壁。半圆弧单元包括弧板、半圆环式肋板、竖直肋板，所述弧板圆周方向的顶部、底部沿边缘焊接半圆环式肋板；弧板的沿圆周方向的两端与中部均设有与其相连的竖直肋板；且所述竖直肋板的在竖直方向上与半圆环式肋板连接，且在半圆环式肋板上钻有孔。所述的弧板上设置有作为模型内外的注浆管连接装置使用或者作为监测系统的引线管使用的两个连接管。所述的顶盖为圆形，其顶部设有用于提高顶盖的强度和刚度交叉肋板，其上设有一个穿过其到达试验台架内部且作为地应力加载系统的连接孔使用的连接管。所述的底板上设置有多根管道，管道穿过底板并与底板连接；且位于试验台架内部的管道端部通过丝扣与注浆管连接，试验台架外的管道端部连接注浆管路。隧道开挖时，用导向钢板替换弧形封闭钢板，导向钢板为开挖隧道提供开挖基准。所述导向钢板由平钢板和两个与侧壁相同弧度的连接板构成，平钢板与连接板连接；在平钢板四个角的位置开孔，开孔位置与弧形封闭钢板的开孔位置相同。隧道开挖及注浆模型试验台架装置使用方法，步骤如下: 步骤一:在钢筋混凝土支撑架上安装试验台架；且固定试验台架的底板，将两个半圆弧单元通过高强螺栓连接成模型环单元，通过螺栓连接模型环单元、底板与支撑钢板，所有螺栓连接处放置橡胶垫以保证密封性；随着填料方量的增加，实时架设下一层模型环单元; 步骤二:安装内部注浆管；在隧道设计位置架设含有隧道洞口的模型环单元，按照设定的隧道位置布设4个内部预埋注浆管； 步骤三:采用夯实填筑法在试验台架内部充填围岩介质并预置断层；在试验台架内部边缘附近区域提高夯实强度与夯实次数，使之形成密实性介质；其他区域的围岩介质正常填料； 步骤四:隧道开挖；用导向钢板替换弧形封闭钢板，以导向钢板上的开挖隧道口为隧道开挖基准并按设计步长分次开挖隧道，在每一步开挖完成后按照设定的时间的停一下，待各个物理场数据稳定后进行下一步长的开挖； 步骤五:对隧道围岩实施注浆；按实验方案对加固区域的优先顺序要求，对隧道围岩实施注浆加固；注浆过程中记录注浆压力、注浆速率随时间的变化； 步骤六:注浆后开挖隧道；注浆后待各项监测数据稳定后继续开挖隧道，直至隧道贯通； 步骤七:模型试验系统拆除；拆除侧壁，拆模过程中记录浆液扩散形态，并在重要位置取样用于后续研究；模型试验结束。本专利技术的有益效果如下: 隧道开挖及注浆模型试验台架装置，它由侧壁、顶盖、底板、钢筋混凝土支撑架构成。试验台架的侧壁、顶盖及底板均采用IOmm厚的钢板焊接而成，保证了试验台架的强度和刚度。半圆环式肋板和竖直肋板提高结构强度和刚度并起连接作用。弧板上设置两个连接管，连接管可作为模型内外的注浆管连接装置使用，也可作为监测系统的引线管使用。侧壁由模型环单元组装而成，在模型实验准备过程中由下往上逐层组装，为填料与布设监测元件提供更大的操作空间；在模型试验结束后，由上往下逐层拆模，保证地层结构及注浆浆脉完整地保留下来并可以观察浆液扩散形态。试验台架各个结构单元采用模块化方式连接，组装及拆卸方便，可根据不同模型高度采用相应数量的模型环组合。试验台架的设计更好地满足了模型试验可重复性的要求。在隧道设计位置对应模型环单元的直径方向正对设置两个圆形空洞，空洞直径要大于按不同试验比尺设计所取的最大隧道尺寸，隧道开挖之前用与侧壁相同弧度的弧形封闭钢板封堵圆形孔洞，在弧形封闭钢板四个角的位置开孔，弧形封闭钢板与侧壁之间通过螺栓连接，中间放置橡胶垫。隧道开挖时用导向钢板替换弧形封闭钢板，导向钢板为开挖隧道提供开挖基准。导向钢板与侧壁之间通过螺栓连接。在平钢板与圆形洞口对应位置根据不同的试验比尺按实际隧道形状设置开挖隧道口。顶盖上焊接高100mm、厚IOmm垂直相交的交叉肋板，交叉肋板提高顶盖的强度和刚度，顶盖与侧壁通过螺栓连接。顶盖焊接一根连接管，连接管作为地应力加载系统的连接孔使用。顶盖的作用是提供加载地应力的平台。底板根据隧道位置设置4根带丝钢管，带丝钢管穿过底板并与底板通过焊接方式连接，试验台架内部的钢管端部通过丝扣与注浆管连接，试验台架外的钢管端部通过丝扣与阀门连接，阀门连接注浆管路。半圆弧单元之间的连接处、模型环单元之间的连接处、侧壁与顶盖的连接处、侧壁与底板的连接处均放置IOmm厚的橡胶垫，保证模型的密封性。试验台架放置在钢筋混凝土支撑架上，钢筋混凝土支撑架由支撑钢板、4根钢筋混凝土柱和钢筋混凝土平台构成。钢筋混凝土柱与钢筋混凝土平台为一体化浇筑而成，每根钢筋混凝土柱上预埋两根螺丝杆，支撑钢板在与螺丝杆相对应位本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种隧道开挖及注浆模型试验台架装置，其特征在于：包括侧壁、用于提供加载地应力平台的顶盖和设于钢筋混凝土支撑架顶部的底板，所述的侧壁垂直设立于底板且与底板连接，顶盖设于侧壁的顶部且与侧壁相连；所述的侧壁由多个在竖直方向上叠放在一起的模型环单元依次连接而成；且在隧道设计位置对应模型环单元的直径方向正对设置两个空洞，隧道开挖之前用与侧壁相同弧度的弧形封闭钢板封堵孔洞，弧形封闭钢板与侧壁相连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张霄，李志鹏，张连震，朱明听，谭英华，李鹏，郑东柱，
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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