本发明专利技术涉及一种盾构壁后同步注浆浆液扩散可视化的试验装置，包括盾构模拟系统和数据采集系统。所述盾构模拟系统由透明模型箱、透明土、模型盾构、模型管片、注浆管、气压泵、进压管、玻璃圆筒等组成；所述模型盾构的外径与玻璃圆筒外径相同；所述模型箱侧壁开孔，所述开孔略大于模型盾构外径，所述开孔与模型盾构及玻璃圆筒之间分别设置止水橡胶垫；所述数据采集系统包括计算机、激光器、高速工业相机。本发明专利技术克服了传统盾构推进模拟装置中同步注浆浆液扩散不可见的难题，实现了盾构壁后同步注浆全过程动态可视化观测，装置简单易懂，可行性高。
【技术实现步骤摘要】
一种盾构壁后同步注浆浆液扩散可视化的试验装置及方法
本专利技术是一种盾构壁后同步注浆浆液扩散可视化的试验装置及方法，属于隧道盾构模拟
技术介绍
盾构法是暗挖法施工中的一种最常见的施工方法。它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。由于盾构机外壳直径大于管片外径，当盾构机脱离管片时会形成孔隙，若不采取措施，会造成较大的地表沉降而影响周边建筑物安全。同步注浆就是最常见的一种措施。现有技术中，中国申请专利技术专利“一种可视化的盾构隧道施工注浆效果检测的试验装置和方法”（专利号：201910175509.2）公开了一种由透明土、盾构机刀盘、驱动系统、液压千斤顶、同步注浆系统、二次注浆孔、地层位移传感器、数据采集箱等组成的试验装置，能直接观测浆液渗流、凝结等状态，并且考虑了施工中顶推、管片拼装、二次注浆等过程，可实现注浆效果的可视化观测。但该专利存在一定的不足，首先，实际盾构顶进时，盾构机刀盘切削前方土体后的土渣由盾构机舱室通过机械运出，而该装置对开挖过程仅采用千斤顶顶进来简单模拟，易造成较大的地表隆起，与实际不符；其次，该装置未实现有效的盾尾密封，易导致浆液回流至盾构机舱室内；此外，该装置对应为小尺寸模型试验，其所埋设的大量传感器、压力盒破坏了土体的初始应力场，并且对后期数据准确性也会产生较大的影响；最后，该专利技术中的浆液采用的是实际工程中使用的浆液，难以可视化、准确地观测盾构推进中浆液扩散的全过程。
技术实现思路
本专利技术提出的是一种可模拟盾构隧道推进中壁后同步注浆浆液扩散过程的试验装置，可实现对盾构壁后同步注浆浆液扩散的可视化观测。本专利技术的技术解决方案：一种盾构壁后同步注浆浆液扩散可视化的试验装置，包括气压泵1、注浆管2、进压管3、储浆罐4、牵引装置6、止水夹7、透明土9、透明模型箱11、玻璃圆筒12、模型管片13、圆环玻璃板14、模型盾构17和数据采集系统，气压泵1通过进压管3连接储浆罐4，模型盾构17通过注浆管2连接储浆罐4，注浆管2上设有止水夹7；所述透明模型箱11侧壁设有开孔，箱内装填有透明土9，模型盾构17设于开孔内，模型管片13一端与玻璃圆筒12固定相连，另一端连接牵引装置6，模型盾构17端口处固定设有圆环玻璃板14，圆环玻璃板14沿环向分布若干注浆孔；所述数据采集系统包括设于透明模型箱11上部的激光器8，设于箱外的高速工业相机10，所述激光器8和高速工业相机10的信号输入输出端连接计算机15。所述开孔与模型盾构17及玻璃圆筒12之间分别设置有止水橡胶垫16。所述开孔直径大于模型盾构17外径，所述玻璃圆筒12外径与模型盾构17外径相同，内径大于模型管片外径，所述模型盾构的外径大于模型管片的外径。所述注浆管2有四根，模拟对盾尾壁后四孔同步注浆浆液扩散过程。或者四根注浆管2中其中两根注浆管2始终用止水夹夹住，并堵塞注浆管出口，以防止浆液回流至注浆管，模拟对盾尾壁后双孔同步注浆浆液扩散过程。其工作方法，包括如下步骤：1)按照试验要求，组装试验装置；2)将激光器倒立由上而下竖直照射透明模型箱，形成明亮的散斑场；调整高速工业相机的支架及角度，保证其可视范围包括整个透明模型箱；3)启动牵引装置使得模拟盾构向外缓慢拔出的同时，打开止水夹，利用气压泵将浆液以一定压力从储浆罐沿注浆管压出，从而填充盾尾间隙；在此过程中，高速工业相机以一定的频率拍摄照片并传递至计算机；4)试验结束后，利用紫外光照射透明模型箱，当透明模型箱中的浆液完全固化后，拆除试验装置，取出固化后的浆液；5)利用计算机图像处理软件PIV分析所获得的图片，得出盾构推进过程中浆液填充间隙并沿径向扩散的过程及地表相应，画出各时间节点的沉降槽变化曲线，并结合固化后的浆液形状从而推出浆液扩散的最终形态，以实现对浆液扩散过程的可视化观测及壁后同步注浆效果的评估。所述浆液为遇紫外光照射会固结的光敏树脂。本专利技术的有益效果：1)本专利技术克服了传统盾构模拟装置中浆液扩散不可见的难题，实现了盾构壁后同步注浆的全过程动态可视化观测；2)本专利技术装置通过在模型盾构盾尾处设置圆环玻璃板，解决了试验中易出现浆液回流模型盾构舱室内的缺陷；3)本专利技术通过采用与实际浆液相关物理力学参数一致的光敏树脂来模拟浆液，利用光敏树脂遇紫外光会固化的特性可模拟浆液填充扩散后的固结过程，更符合实际情况。附图说明附图1是本专利技术试验装置整体结构示意图。附图2是部分部件位置示意图。附图3是部分部件拆分后位置示意图。图中标记：1为气压泵；2为注浆管；3为进压管；4为储浆罐；5为流量测压计；6为牵引装置；7为止水夹；8为激光器；9为透明土；10为高速工业相机；11为透明模型箱；12为玻璃圆筒；13为模型管片；14为圆环玻璃板；15为计算机；16为止水橡胶垫；17为模型盾构。具体实施方式下面将结和具体实施例以及本专利技术实例中的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述。如附图1所示，本专利技术公开了一种盾构壁后同步注浆浆液扩散可视化的试验装置，包括盾构模拟系统和数据采集系统。所述盾构模拟系统由透明模型箱、透明土、模型盾构、模型管片、注浆管、气压泵、进压管、玻璃圆筒、牵引装置等组成；本实施例中透明模型箱尺寸为480mm*500mm*200mm，壁后6mm，材质为亚克力；本实施例中的透明土为按照本试验所模拟土的物理力学性质（包括含水率、孔隙比、摩擦角、粘聚力等）设计透明土各组成成分的配和比；本实例中所采用的饱和土的制备方法是将正十二烷和十五号白油在一定的温度下（本实例中设置为24℃）按照一定的质量比（本实例中设置为1:4）组成混和溶液，并与适量的石英砂混和搅拌直至均匀透明制备成透明土14，然后放入透明模型箱内；本实施例中模型盾构为底面半径80mm、高300mm、壁后2mm的有底无顶圆筒，材质为亚克力；所述模型盾构伸出透明模型箱的一端为有底面，并与牵引装置固定相连；本实施例中模型管片为底面半径70mm、高150mm、壁后2mm的无底无顶圆筒，材质为亚克力；本实施例中玻璃圆筒的底面半径为80mm，高度100mm，壁后2mm，材质为亚克力；所述模型管片一端与一玻璃圆筒固定相连；本实施例中，透明模型箱、透明土、模型盾构、模型管片、玻璃圆筒的折射率均为1.4585；如附图2、3所示，所述模型箱侧壁开孔，本实施例中开孔面为500mm*200mm，所述开孔直径为84mm，所述开孔与模型盾构及玻璃圆筒之间分别设置厚度2mm的止水橡胶垫；所述模型盾构一端与一圆环玻璃板固定相连；所述圆环玻璃板外径80mm，内径72mm，材质为亚克力；所述玻璃圆环板内壁紧贴一层厚度为1mm的橡胶止水垫；所述圆环本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种盾构壁后同步注浆浆液扩散可视化的试验装置，其特征是包括气压泵（1）、注浆管（2）、进压管（3）、储浆罐（4）、牵引装置（6）、止水夹（7）、透明土（9）、透明模型箱（11）、玻璃圆筒（12）、模型管片（13）、圆环玻璃板（14）、模型盾构（17）和数据采集系统，气压泵（1）通过进压管（3）连接储浆罐（4），模型盾构（17）通过注浆管（2）连接储浆罐（4），注浆管（2）上设有止水夹（7）；所述透明模型箱（11）侧壁设有开孔，箱内装填有透明土（9），模型盾构（17）设于开孔内，模型管片（13）一端与玻璃圆筒（12）固定相连，另一端连接牵引装置（6），模型盾构（17）端口处固定设有圆环玻璃板（14），圆环玻璃板（14）沿环向分布若干注浆孔；/n所述数据采集系统包括设于透明模型箱（11）上部的激光器（8），设于箱外的高速工业相机（10），所述激光器（8）和高速工业相机（10）的信号输入输出端连接计算机（15）。/n
【技术特征摘要】
1.一种盾构壁后同步注浆浆液扩散可视化的试验装置，其特征是包括气压泵（1）、注浆管（2）、进压管（3）、储浆罐（4）、牵引装置（6）、止水夹（7）、透明土（9）、透明模型箱（11）、玻璃圆筒（12）、模型管片（13）、圆环玻璃板（14）、模型盾构（17）和数据采集系统，气压泵（1）通过进压管（3）连接储浆罐（4），模型盾构（17）通过注浆管（2）连接储浆罐（4），注浆管（2）上设有止水夹（7）；所述透明模型箱（11）侧壁设有开孔，箱内装填有透明土（9），模型盾构（17）设于开孔内，模型管片（13）一端与玻璃圆筒（12）固定相连，另一端连接牵引装置（6），模型盾构（17）端口处固定设有圆环玻璃板（14），圆环玻璃板（14）沿环向分布若干注浆孔；
所述数据采集系统包括设于透明模型箱（11）上部的激光器（8），设于箱外的高速工业相机（10），所述激光器（8）和高速工业相机（10）的信号输入输出端连接计算机（15）。
2.根据权利要求1所述的一种盾构壁后同步注浆浆液扩散可视化的试验装置，其特征是所述开孔与模型盾构（17）及玻璃圆筒（12）之间分别设置有止水橡胶垫（16）。
3.根据权利要求1所述的一种盾构壁后同步注浆浆液扩散可视化的试验装置，其特征是所述开孔直径大于模型盾构（17）外径，所述玻璃圆筒（12）外径与模型盾构（17）外径相同，内径大于模型管片外径，所述模型盾构的外径大于模型管片的外径。
4.根据权利要求1所述的一种盾构壁后同步注浆浆液扩散可视化...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘伯成，莫振泽，陈松洁，叶文龙，梁恒辉，郑远松，李永运，倪小东，钟小春，
申请(专利权)人：无锡地铁集团有限公司，河海大学，中铁四局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。