考虑盾尾壁后注浆影响的管片环上浮力的试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种考虑盾尾壁后注浆影响的管片环上浮力的试验装置与方法，主要包括一种测试壁后注浆引起的管片环上浮力的试验装置，包括圆柱形有机玻璃长管、加压系统、孔压采集系统，排水集水装置。测试方法包括通过测试不同高度位置的浆液孔隙水压力，并处以两者之间的高差得到浆液的浮力重度随时间的变化规律。该装置可考虑不同壁后注浆液、不同注浆压力和不同地层作用下，浆液中孔隙压力及浆液浮力重度随时间的变化过程及变化规律。本发明专利技术装置仪器构造简单，操作方便，易于掌握，测试方法简便易懂，便于实验室大量开展浆液对管片环上浮、错台的机理性试验研究，也便于工程应用及推广。

Test device and method of buoyancy on segment ring considering the influence of grouting behind shield tail wall

【技术实现步骤摘要】
考虑盾尾壁后注浆影响的管片环上浮力的试验装置及方法
本专利技术是一种考虑盾尾壁后注浆影响的管片环上浮力的试验装置及方法，属于地下工程施工

技术介绍
随着我国国民经济快速发展，我国城市规模快速扩张，城市交通拥堵已经成为了大城市的通病。采用大流量的地铁运输是大城市高效运营的一种有效交通组织形式，而盾构隧道工法由于对城市交通影响较小、安全高效快速掘进的功能使之成为了城市地铁建设的主流方法。盾构机尾部进行管片拼装的施工工艺必然导致拼装的管片环与地层之间存在一环形空隙——盾尾空隙。盾构管片壁后注浆是盾构隧道工法中通过向该空隙中泵入浆液进行主动控制地层沉降和稳定管片。国外大多采用具有速凝特点的双液浆进行同步注浆，满足壁后注浆工艺的功能要求，但是对操作人员素质要求较高，否则极易导致堵管被迫频繁停工严重影响工期。正因为如此，国内地铁施工盾尾壁后注浆液通常采用单液浆，其初凝时间过长，导致刚脱出的管片环长期处于液态浆液的包裹中。通过初步计算，可知管片环初期所受到的浆液浮力为管片环自重近4倍，脱出盾尾的管片环上浮是必然的。目前地铁盾构隧道现场施工监测结果显示，刚脱出盾尾的管片环上浮量在几厘米到十几厘米，使得管片拼装质量达不到设计要求，管片破损、裂隙、错台、渗漏现象比比皆是，对将来的地铁运营安全和隧道维护带来巨大的挑战。目前对于该问题解决存在以下两个难题：1）浆液对管片环的上浮力如何确定以及随时间的变化规律目前都不清楚；2）为了减少管片环错台，管片环侧面发展了多种定位栓、定位凹凸榫等多种形式，其对管片环间接头剪切刚度贡献目前不清楚。随着我国对地铁建设质量越来越重视，该问题的解决提到日程上，引起我国工程界和学术界的高度重视。
技术实现思路
本专利技术提出的是一种考虑盾尾壁后注浆影响的管片环上浮力的试验装置及方法，其目的在于针对现有技术存在的上述难题，提供了一种新的浆液对管片环的上浮力的测试装置及其测试方法，该装置体积小、操作简单、可重复性强，可大量开展研究工作，便于研究浆液对管片上浮力随时间的变化规律，为管片上浮、错台机理及防治措施提供了重要的参考。本专利技术的技术解决方案：考虑盾尾壁后注浆影响的管片环上浮力的试验装置，试验装置包括圆柱形有机玻璃长管、加压系统、孔压采集系统和排水集水装置，所述加压系统包括空压机、调压装置、进气阀和连接管线，圆柱形有机玻璃长管底部设有排水口，其上铺设地层土样，上部为压缩空气，顶部设有密封盖，侧面顶部设有进气口，进气口通过连接管线连接空压机，设定给定的浆液固结压力，连接管线上设有调压装置和进气阀；所述孔压采集系统包括两个孔压传感器、采集器和计算机，两个孔压传感器安装在圆柱形有机玻璃长管侧壁，孔压传感器与采集器相连，采集器信号输出端连接计算机；所述排水集水装置包括排水阀、集水器、电子天平和计算机，所述排水阀安装在圆柱形有机玻璃长管侧壁下部，通过管道连接集水器，集水器设于电子天平上，电子天平信号输出端连接计算机。所述有机玻璃圆柱管长度为70cm，在距离底部竖直距离28cm、27cm处侧向开有直径为1cm的圆孔2个，且玻璃圆柱管内侧光滑，管内直径为8cm。所述计算机安装有孔压数据采集软件和排水集水采集软件。其测试方法是通过测试不同高度位置的浆液孔隙水压力，并处以两者之间的高差得到浆液的浮力重度随时间的变化规律，具体为基于对浮力为浆液作用在管片环四周的法向压力综合效应的本质，通过测试浆液固结过程中孔隙水压力计算浆液的浮力重度，即浮力重度的计算公式：，再通过阿基米德定律得到浆液对管片环的浮力计算公式：。本专利技术的有益效果：本专利技术通过设计一种简易方便的实验装置，能够测试在不同地层条件下不同浆液在不同压力条件下随时间变化的规律图像，符合工程现场的实际情况，自变量可以控制不同的浆液、地层和上覆压力的变化，得出不同密度、比重、流动度的浆液在一定地层和压力条件下的上浮力变化，不同渗透系数的地层条件对于浮力重度的影响，模拟的不同的注浆压力差对浮力重度的影响，通过浮力重度反映出工程条件下管片上浮力随时间的变化。附图说明附图1是上浮力装置示意图。附图2是上浮力装置示意图。附图3是1号浆液不同压力下上浮力变化图。附图4是2号浆液不同压力下上浮力变化图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术技术方案进一步说明如附图1、2所示，一种考虑盾尾壁后注浆影响的管片环上浮力的试验装置与测试方法，试验装置包括圆柱形有机玻璃长管、加压系统、孔压采集系统，排水集水装置，测试方法包括通过测试不同高度位置的浆液孔隙水压力，并处以两者之间的高差得到浆液的浮力重度随时间的变化规律。所述模型为圆柱形有机玻璃长管，圆管底部设有排水口，其上铺设地层土样，然后倒入壁后注浆液，有机玻璃长管顶部盖上密封盖，连接空压机并设定给定的浆液固结压力。加压系统包括空压机、调压装置、进气阀和连接管线。孔压采集系统包括2个孔压传感器、采集器和计算机孔压数据自动采集软件。排水集水系统包括排水、集水器和实时采集数据的电子天平，并连接到电脑自动采集软件。有机玻璃圆柱管长度为70cm，在距离底部竖直距离28cm、27cm处侧向开有直径为1cm的圆孔2个，且玻璃圆柱管内侧光滑，管内直径为8cm。高精度孔压计连接于有机玻璃圆柱管侧向开孔处，孔压计与数据采集卡相连，采集卡与计算机相连，并通过数据采集软件自动采集2个传感器的孔压力数值。基于对浮力为浆液作用在管片环四周的法向压力综合效应的本质，可通过测试浆液固结过程中孔隙水压力计算浆液的浮力重度，即浮力重度的计算公式：，再通过阿基米德定律得到浆液对管片环的浮力计算公式：。实施例1选取某一砂浆配比，由膨润土干土（钙基）、水泥、粉煤灰、砂和水材料按一定配比配制，水泥浆液的水灰比为0.429，具体组分含量如下表1所示。表1每m3盾尾壁后注浆液的各组分含量浆液编号水泥/kg粉煤灰/kg膨润土/kg砂/kg水/kg石灰1158368105842523-2-39012095052360选取某一地层材料，由粉土组成，渗透系数为3.0x10-5cm/s，具体实验步骤如下：1.先选择粉土土样作为地层，地层厚度约为15cm，并用常水头法测定其渗透系数并记录。2.选择1号浆液进行配制，待粉状材料搅拌均匀后加水，用搅拌棒搅拌均匀。3.在仪器打孔的内壁贴入滤纸于内部打孔的位置并确认滤纸全面覆盖打孔位，倒入浆液，浆液厚度约略大于12cm，连接孔压计，打开仪器电源调节至24V电压，USB连接电脑读取孔压读数。4..在浆液上部盖上橡胶模并密封仪器，调节稳压器给仪器加压，打开仪器下部排水阀门和孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.考虑盾尾壁后注浆影响的管片环上浮力的试验装置，其特征是所述试验装置包括圆柱形有机玻璃长管、加压系统、孔压采集系统和排水集水装置，所述加压系统包括空压机、调压装置、进气阀和连接管线，圆柱形有机玻璃长管底部设有排水口，其上铺设地层土样，上部为压缩空气，顶部设有密封盖，侧面顶部设有进气口，进气口通过连接管线连接空压机，设定给定的浆液固结压力，连接管线上设有调压装置和进气阀；所述孔压采集系统包括两个孔压传感器、采集器和计算机，两个孔压传感器安装在圆柱形有机玻璃长管侧壁，孔压传感器与采集器相连，采集器信号输出端连接计算机；所述排水集水装置包括排水阀、集水器、电子天平和计算机，所述排水阀安装在圆柱形有机玻璃长管侧壁下部，通过管道连接集水器，集水器设于电子天平上，电子天平信号输出端连接计算机。/n

【技术特征摘要】
1.考虑盾尾壁后注浆影响的管片环上浮力的试验装置，其特征是所述试验装置包括圆柱形有机玻璃长管、加压系统、孔压采集系统和排水集水装置，所述加压系统包括空压机、调压装置、进气阀和连接管线，圆柱形有机玻璃长管底部设有排水口，其上铺设地层土样，上部为压缩空气，顶部设有密封盖，侧面顶部设有进气口，进气口通过连接管线连接空压机，设定给定的浆液固结压力，连接管线上设有调压装置和进气阀；所述孔压采集系统包括两个孔压传感器、采集器和计算机，两个孔压传感器安装在圆柱形有机玻璃长管侧壁，孔压传感器与采集器相连，采集器信号输出端连接计算机；所述排水集水装置包括排水阀、集水器、电子天平和计算机，所述排水阀安装在圆柱形有机玻璃长管侧壁下部，通过管道连接集水器，集水器设于电子天平上，电子天平信号输出端连接计算机。


2.根据权利要求1所述的考虑盾尾壁...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟小春，王群，丰土根，汪浩，张洋，于伦超，游智，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32