一种模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统，首先配置模型相似材料；然后组装试验系统；再模拟隧道超挖，测量土体的变化情况；然后模拟补偿注浆，测量注浆的扩张形态和土体变化情况；最后进行数据分析，得出补偿注浆扩张形态的扩张轮廓计算模型。本实用新型专利技术提供的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，通过在隧道模型外表面加刻导流槽的方式解决了排水孔易被外覆薄膜堵塞的问题，也解决了流动性相对较差的浆液的注入与不均匀分布的问题。通过注入能够自硬化的浆液材料，不仅能够描述注浆补偿率与地表及土体内部竖向位移的关系，而且可以获得盾构隧道补偿注浆的扩张形态。对盾构隧道补偿注浆的实际运用具有重要的意义。

An experimental system to simulate the expansion pattern of compensating grouting in Shield Tunnel

The utility model provides a test system to simulate the expansion form of compensation grouting of shield tunnel, which is first configured with similar materials of the model; then the test system is assembled; then the tunnel overbreak is simulated to measure the change of the soil mass; then the compensation grouting is simulated to measure the expansion form and the change of the soil mass; finally, the data analysis is carried out to obtain the expansion wheel of the expansion form of compensation grouting Profile calculation model. The test method provided by the utility model for simulating the expansion form of compensation grouting of shield tunnel solves the problem that the drainage hole is easy to be blocked by the outer covering film by adding a guide groove on the outer surface of the tunnel model, and also solves the problem of grouting and uneven distribution of slurry with relatively poor fluidity. By injecting self hardening slurry material, not only the relationship between the grouting compensation rate and the vertical displacement of the surface and the soil, but also the expansion form of the shield tunnel compensation grouting can be obtained. It is of great significance to the practical application of compensation grouting in shield tunnel.

【技术实现步骤摘要】
一种模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统
本技术属于地下工程试验
，具体涉及一种模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统。
技术介绍
随着城市化进程的加快，发展城市地下轨道交通已是大势所趋。地下轨道交通最常用的施工方式是盾构法施工。盾构法施工的室内模型试验装置一般采用水囊法，在隧道模型外覆橡胶膜，通过排水和注水的方式模拟隧道超挖及补偿注浆对地层变形及地表沉降的影响，并不能得出补偿注浆过程中隧道周围土体的压力、变形及扩张形态。隧道模型材料因为受到周围土层的压力作用，极易导致隧道模型的排水口处的橡胶膜吸附现象从而造成排水口处的严重堵塞，不利于正常工行排水。而且现有的盾构隧道试验模拟系统或方法均无法得到补偿注浆时的真实的浆液扩张形态，只能统一简化为圆孔扩张，造成较大的计算偏差。因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统以至少解决目前盾构隧道试验模拟系统排水孔易堵塞问题。为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统，包括：模型试验箱，所述模型试验箱包括箱体和铺设在所述箱体内的土体；所述箱体为顶部开口的刚性箱体；隧道模拟装置，所述隧道模拟装置放置在所述模型试验箱的土体内，所述隧道模拟装置包括隧道模型、外覆薄膜、导流槽和密封环，所述隧道模型为筒状结构，所述隧道模型的外表面设置有内凹的导流槽，所述外覆薄膜将所述隧道模型环向紧密包裹，所述密封环位于所述隧道模型的两端，将所述隧道模型和所述外覆薄膜紧密连接在一起，使所述隧道模型的外表面和所述外覆薄膜之间形成密闭结构；所述隧道模型的两端面分别设置有进液口和出液口，所述进液口和所述出液口将隧道模型外表面和外覆薄膜之间形成的腔体与外界连通；补偿注浆模拟装置，所述补偿注浆模拟装置与所述进液口和所述出液口连接，通过所述进液口向所述隧道模拟装置内注浆；土体沉降信息采集装置，所述土体沉降信息设置在所述模型试验箱的上部，用于测量所述土体沉降情况；土体应力信息采集装置，所述土体应力信息采集装置用于测量所述隧道模拟装置周围的土体应力变化。如上所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统，优选的，所述补偿注浆模拟装置包括注液装置、进液管、进液阀、排液管和排液阀；所述注液装置通过所述进液管连接至所述进液口，所述进液管中部设置有所述进液阀；所述排液管连接所述出液口，所述排液管中部设置有所述排液阀。如上所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统，优选的，所述土体沉降信息采集装置包括处理器、机械式位移传感器、光电式位移传感器、位移导杆和传感器支架；所述传感器支架将所述机械式位移传感器和所述光电式位移传感器分别固定在所述模型试验箱的上方，所述位移导杆的一端与所述机械式位移传感器连接，所述位移导杆的另一端探入所述土体中；所述光电式位移传感器和所述机械式位移传感器分别与所述处理器连接，便于读取测量的位移数值。如上所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统，优选的，所述土体应力信息采集装置包括压力传感器，所述压力传感器分布在所述外覆薄膜的外表面，所述压力传感器与所述处理器连接，便于读取压力传感器测量的压力数值。如上所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统，优选的，所述传感器支架采用测量横梁，所述测量横梁横架在所述模型试验箱的侧壁上部，所述测量横梁的上表面保持水平。如上所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统，优选的，所述机械式位移传感器和所述光电式位移传感器分别与所述测量横梁的上表面保持垂直。如上所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统，优选的，所述补偿注浆模拟装置还包括压力表，所述压力表设置在进液阀与进液口之间的进液管上。如上所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统，优选的，所述导流槽包括环向螺旋导流槽和纵向导流槽，所述环向螺旋导流槽螺旋设置在所述隧道模型的外表面，所述纵向导流槽与所述隧道模型的轴线平行。如上所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统，优选的，所述环向螺旋导流槽的横截面为V形结构槽；所述纵向导流槽的横截面为U形结构槽。如上所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统，优选的，所述环向螺旋导流槽的横截面为开口宽度3mm、深度为3mm；所述纵向导流槽的横截面为开口宽度4mm、深度为3mm。与最接近的现有技术相比，本技术提供的技术方案具有如下优异效果：本技术提供的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统，通过在隧道模型外表面加刻导流槽的方式解决了排水孔易被外覆薄膜堵塞的问题，也解决了流动性相对较差的浆液的注入与不均匀分布的问题。通过注入能够自硬化的浆液材料，不仅能够描述注浆补偿率与地表及土体内部竖向位移的关系，而且可以获得盾构隧道补偿注浆的扩张形态。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。其中：图1为本技术实施例的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统的结构主视图；图2为本技术实施例的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统的结构左视图；图3为本技术实施例的隧道模拟装置和补偿注浆模拟装置的装置示意图；图4为本技术实施例的隧道周围浆液厚度h在隧道周围沿圆心角θ之间的h-θ数据表；图5为图4中的隧道补偿注浆的扩张形态的外轮廓坐标散点图。图中：1、模型试验箱；11、土体；12、刚性边框；13、钢化玻璃侧板；14、加载横梁；15、可调支脚；151、万向轮；16、测量横梁；17、T型滑槽；18、高度刻度尺；19、长度刻度尺；21、隧道模型；22、外覆薄膜；23、密封环；24、进液口；25、出液口；26、环向螺旋导流槽；27、纵向导流槽；31、注液装置；32、进液管；33、进液阀；34、排液管；35、排液阀；36、压力表；41、机械式位移传感器；42、光电式位移传感器；43、位移导杆。具体实施方式下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本技术的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术而不是要求本技术必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。本技术中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。根据本技术的具体实施例，如图1-图5所示，本技术提供一种模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统，包括：模型试验箱1，模型试验箱1包括箱体和铺设在箱体内的土体11；箱体为顶部开口的刚性箱体；为了加强模型试验箱1的强度，箱体的边框处设置有刚性边框12，为了便于观察箱体内土体11的铺设情况，采用刚性的透明板作为箱体的侧壁，例如厚度为16mm的钢化玻璃侧板13。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统，其特征在于，所述试验系统包括：模型试验箱，所述模型试验箱包括箱体和铺设在所述箱体内的土体；所述箱体为顶部开口的刚性箱体；隧道模拟装置，所述隧道模拟装置放置在所述模型试验箱的土体内，所述隧道模拟装置包括隧道模型、外覆薄膜、导流槽和密封环，所述隧道模型为筒状结构，所述隧道模型的外表面设置有内凹的导流槽，所述外覆薄膜将所述隧道模型环向紧密包裹，所述密封环位于所述隧道模型的两端，将所述隧道模型和所述外覆薄膜紧密连接在一起，使所述隧道模型的外表面和所述外覆薄膜之间形成密闭结构；所述隧道模型的两端面分别设置有进液口和出液口，所述进液口和所述出液口将隧道模型外表面和外覆薄膜之间形成的腔体与外界连通；补偿注浆模拟装置，所述补偿注浆模拟装置与所述进液口和所述出液口连接，通过所述进液口向所述隧道模拟装置内注浆；土体沉降信息采集装置，所述土体沉降信息采集装置设置在所述模型试验箱的上部，用于测量所述土体沉降情况；土体应力信息采集装置，所述土体应力信息采集装置用于测量所述隧道模拟装置周围的土体应力变化。

【技术特征摘要】
1.一种模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统，其特征在于，所述试验系统包括：模型试验箱，所述模型试验箱包括箱体和铺设在所述箱体内的土体；所述箱体为顶部开口的刚性箱体；隧道模拟装置，所述隧道模拟装置放置在所述模型试验箱的土体内，所述隧道模拟装置包括隧道模型、外覆薄膜、导流槽和密封环，所述隧道模型为筒状结构，所述隧道模型的外表面设置有内凹的导流槽，所述外覆薄膜将所述隧道模型环向紧密包裹，所述密封环位于所述隧道模型的两端，将所述隧道模型和所述外覆薄膜紧密连接在一起，使所述隧道模型的外表面和所述外覆薄膜之间形成密闭结构；所述隧道模型的两端面分别设置有进液口和出液口，所述进液口和所述出液口将隧道模型外表面和外覆薄膜之间形成的腔体与外界连通；补偿注浆模拟装置，所述补偿注浆模拟装置与所述进液口和所述出液口连接，通过所述进液口向所述隧道模拟装置内注浆；土体沉降信息采集装置，所述土体沉降信息采集装置设置在所述模型试验箱的上部，用于测量所述土体沉降情况；土体应力信息采集装置，所述土体应力信息采集装置用于测量所述隧道模拟装置周围的土体应力变化。2.如权利要求1所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统，其特征在于，所述补偿注浆模拟装置包括注液装置、进液管、进液阀、排液管和排液阀；所述注液装置通过所述进液管连接至所述进液口，所述进液管中部设置有所述进液阀；所述排液管连接所述出液口，所述排液管中部设置有所述排液阀。3.如权利要求1所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统，其特征在于，所述土体沉降信息采集装置包括处理器、机械式位移传感器、光电式位移传感器、位移导杆和传感器支架；所述传感器支架将所述机械式位移传感器和所述光电式位移传感器分别固...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝英奇，李秉坤，曹广勇，黄赵美，马海军，
申请(专利权)人：安徽建筑大学，
类型：新型
国别省市：安徽,34