一种浅埋暗挖砂层隧道注浆加固模型试验系统及试验方法技术方案

本发明专利技术公开了一种浅埋暗挖砂层隧道注浆加固模型试验系统及试验方法，其包括分别设置于两个电子台秤上的第一承压筒和第二承压筒，第一承压筒内盛放有第一浆液，第二承压筒内盛放有第二浆液，第一承压筒和第二承压筒的上端均通过输气管与空压机相连通；第一承压筒和第二承压筒的下端均通过注浆软管与模型试验箱相连通，模型试验箱内盛放有试验土体，试验土体内穿设有注浆花管，注浆花管与注浆软管相连通；本发明专利技术中的注浆试验系统可用于模拟砂层在不同注浆压力条件、不同注浆材料情况下，浆液在土层中的扩散情况、消耗的浆液总量、结石体的形成情况和强度，可有效指导浅埋暗挖砂层隧道注浆施工，优化注浆浆液的配比，降低工程造价，提升施工进度。提升施工进度。提升施工进度。

【技术实现步骤摘要】
一种浅埋暗挖砂层隧道注浆加固模型试验系统及试验方法


[0001]本专利技术涉及隧道工程
，具体涉及一种浅埋暗挖砂层隧道注浆加固模型试验系统及试验方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着我国城市的数量和规模不断扩大，随之带来了一系列城市环境问题，主要集中表现为交通阻塞、建筑空间拥挤、基础设施落后、环境污染以及城市防灾能力薄弱等，即所谓的“城市综合症”。
[0003]而城市地下空间以其良好的防护性、密闭性、稳定性和显著的节地性，大大拓展了人类的生存空间，因此，城市地下空间的开发和利用已成为发达国家医治“城市综合症”，保持城市可持续发展的重要技术手段，也是发展中国家城市发展的必然选择和趋势。
[0004]城市下穿浅埋暗挖隧道因其结构形式灵活多变，不占用地上空间，且对地表建筑物和地层中的地下管线影响较小，对城市环境污染小等优点而被广泛使用，注浆可大幅度提高浅埋暗挖砂层隧道开挖的稳定性，但砂层具有粘聚力小、粒径大小不一、透水性强、土体强度较低等特点，使得砂层隧道注浆加固施工相较于其他不良工程地质更为困难。
[0005]同时，实际砂层隧道注浆的过程十分复杂，注浆不仅受浆液自身特性的限制，还与注浆的相关工艺等因素相关，且注浆后的加固效果难以预测，如若不确定合理的砂层隧道施工注浆参数，将会造成如
①
注浆效果差导致的开挖掌子面坍塌，
②
注浆加固过度导致的注浆材料大量浪费等一系列问题，严重影响隧道的正常施工，提高工程造价，甚至威胁到施工人员的生命安全。
[0006]室内模型试验可以直观的了解注浆浆液在土体中的分布，了解注浆后土层的加固效果。通过对土层注浆试验各参数进行定量分析研究，可以得到注浆浆液性质、注浆压力、被注土层性质、浆液扩散方式及距离、结石体加固效果等方面的相互关系，进而判断注浆加固效果，确定注浆加固施工工艺。
[0007]在现阶段砂层隧道实际注浆工程中，施工前的注浆参数设计与确定更多依赖于工人的施工经验与理论经验公式，但不同地区不同工程的土层的物理和化学性质不尽相同，会使实际注浆效果与预期效果相差较大，对于实际浅埋暗挖砂层隧道，通过现场试验研究不同注浆参数下的注浆加固效果投入成本较大，影响工程整体施工进度，涉及到配置大量不同配比的浆液、钻机取芯测试强度等工作，但因数值模拟与理论公式推导中建模土层参数的确定，本构模型的选择，假定条件下的理想化等的不确定性与限制性，仅靠数值模拟分析与理论公式推导无法有效指导浅埋暗挖砂层隧道注浆加固的实际施工。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中的上述问题，本专利技术提供了一种浅埋暗挖砂层隧道注浆加固模型试验系统，解决了现有实际工程中浅埋暗挖砂层隧道注浆浆液配合比难确定、注浆效果差的问题。
[0009]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0010]第一方面，提供一种浅埋暗挖砂层隧道注浆加固模型试验系统，其包括分别设置于两个电子台秤上的第一承压筒和第二承压筒，第一承压筒内盛放有第一浆液，第二承压筒内盛放有第二浆液，第一承压筒和第二承压筒的上端均通过输气管与空压机相连通；第一承压筒和第二承压筒的下端均通过注浆软管与模型试验箱相连通，模型试验箱内盛放有试验土体，试验土体内穿设有注浆花管，注浆花管与注浆软管相连通。
[0011]本专利技术中的注浆试验系统可用于模拟砂层在不同注浆压力条件、不同注浆材料情况下，浆液在土层中的扩散情况、消耗的浆液总量、结石体的形成情况和强度，可有效指导浅埋暗挖砂层隧道注浆施工，优化注浆浆液的配比，降低工程造价，提升施工进度。
[0012]进一步地，第一承压筒包括第一筒体，第一筒体上通过第一螺栓设置有第一盖板，第一盖板的上表面设置有第一压力表、第一进气口和第一排气阀，第一进气口与输气管连通，第一筒体的下端设置有第一出浆口，第一出浆口通过球阀与注浆软管相连通。
[0013]进一步地，第一盖板的上表面设置有电机，电机的输出轴穿过第一盖板的端部上设置有搅拌轴，搅拌轴位于第一浆液内。
[0014]进一步地，第二承压筒包括第二筒体，第二筒体上通过第二螺栓设置有第二盖板，第二盖板的上表面设置有第二压力表、第二进气口和第二排气阀，第二进气口与输气管连通，第二筒体的下端设置有第二出浆口，第二出浆口通过球阀与注浆软管相连通。
[0015]进一步地，模型试验箱包括圆柱箱体，圆柱箱体的两端通过第三螺栓分别设置有第三盖板，其中一个第三盖板上开设有用于注浆花管插入试验土体内的注浆插入口，圆柱箱体上开设有溢浆阀。
[0016]进一步地，注浆花管为钢管，钢管上交错设置有若干个出浆孔，钢管的一端为封闭的锥头状，钢管的另一端的端部外表面设置开设有螺纹。
[0017]第二方面，提供一种采用浅埋暗挖砂层隧道注浆加固模型试验系统的试验方法，其包括以下步骤：
[0018]步骤S1：装填试验土体，将试验土体分层装填入模型试验箱中，并对验土体进行分层夯实，使试验土体均匀，然后将注浆花管从注浆插入口插入试验土体中；
[0019]步骤S2：配置注浆浆液，关闭第一承压筒的第一出浆口，和第二承压筒的第二出浆口，按照试验设计的比例配置浆液并搅拌均匀，用电子台秤测量试验前浆液的质量，并进行记录；
[0020]步骤S3：开始进行试验，通过输气管使空压机分别与第一承压筒和第二承压筒相连通，以及通过注浆软管使第一承压筒和第二承压筒均与模型试验箱相连通，打开空压机，待空压机上的调压阀到达指定的压力后，打开第一承压筒和第二承压筒的出浆口，使两种浆液均匀进入模型试验箱内的试验土体中；
[0021]步骤S4：浆液测量，待注浆完成后，关闭空压机，测量并记录此次试验所用浆液量；
[0022]步骤S5：结石体测量，开挖模型试验箱中试验土体注浆后形成的结石体，测量结石体在各个方向上的尺寸，并取结石体试样，利用三轴试验仪测量结石体的强度。
[0023]进一步地，基于所述试验方法，构建结石体抗压强度σ、扩散半径R或注浆量Q的回归模型，其具体步骤如下：
[0024]步骤A1：根据步骤S1中试验土体的土体孔隙率、步骤S2中注浆浆液的浆液水灰比
和步骤S3中的注浆压力，构建各参数之间的注浆参数相关模型，其注浆参数相关模型为：
[0025]Y＝A
·
X
1B
X
2C
X
3D
[0026]步骤A2：对注浆参数相关模型的两边取对数，得到：
[0027]logY＝logA+BlogX1+ClogX2+DlogX3[0028]步骤A3：设y＝logY，a＝logA，x
i
＝logX
i
，采用多元线性回归方法对注浆参数相关模型进行线性拟合，得到结石体抗压强度σ、扩散半径R或注浆量Q的回归模型：
[0029]y＝a+Bx1+Cx2+Dx3[0030]其中，X为自变量，X1为浆液水灰比m，X2为注浆压力P，X3为土体孔隙率n，Y为因变量，该因变量为结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种浅埋暗挖砂层隧道注浆加固模型试验系统，其特征在于：包括分别设置于两个电子台秤(3)上的第一承压筒(1)和第二承压筒(2)，所述第一承压筒(1)内盛放有第一浆液，所述第二承压筒(2)内盛放有第二浆液；所述第一承压筒(1)和第二承压筒(2)的上端均通过输气管(4)与空压机(5)相连通；所述第一承压筒(1)和第二承压筒(2)的下端均通过注浆软管(6)与模型试验箱(7)相连通；所述模型试验箱(7)内盛放有试验土体，试验土体内穿设有注浆花管(8)，所述注浆花管(8)与注浆软管(6)相连通。2.根据权利要求1所述的浅埋暗挖砂层隧道注浆加固模型试验系统，其特征在于：所述第一承压筒(1)包括第一筒体(11)，所述第一筒体(11)上通过第一螺栓(12)设置有第一盖板(13)；所述第一盖板(13)的上表面设置有第一压力表(14)、第一进气口(15)和第一排气阀(16)，所述第一进气口(15)与输气管(4)连通；所述第一筒体(11)的下端设置有第一出浆口(17)，所述第一出浆口(17)通过球阀与注浆软管(6)相连通。3.根据权利要求2所述的浅埋暗挖砂层隧道注浆加固模型试验系统，其特征在于：所述第一盖板(13)的上表面设置有电机(18)，所述电机(18)的输出轴穿过第一盖板(13)的端部上设置有搅拌轴(19)，所述搅拌轴(19)位于第一浆液内。4.根据权利要求1所述的浅埋暗挖砂层隧道注浆加固模型试验系统，其特征在于：所述第二承压筒(2)包括第二筒体(21)，所述第二筒体(21)上通过第二螺栓(22)设置有第二盖板(23)；所述第二盖板(23)的上表面设置有第二压力表(24)、第二进气口(25)和第二排气阀(26)，所述第二进气口(25)与输气管(4)连通；所述第二筒体(21)的下端设置有第二出浆口(27)，所述第二出浆口(27)通过球阀与注浆软管(6)相连通。5.根据权利要求1所述的浅埋暗挖砂层隧道注浆加固模型试验系统，其特征在于：所述模型试验箱(7)包括圆柱箱体(71)，所述圆柱箱体(71)的两端通过第三螺栓(72)分别设置有第三盖板(73)；其中一个所述第三盖板(73)上开设有用于注浆花管(8)插入试验土体内的注浆插入口(74)；所述圆柱箱体(71)上开设有溢浆阀(75)。6.根据权利要求5所述的浅埋暗挖砂层隧道注浆加固模型试验系统，其特征在于：所述注浆花管(8)为钢管，所述钢管上交错设置有若干个出浆孔(81)，所述钢管的一端为封闭的锥头状，所述钢管的另一端的端部外表面设置开设有螺纹。7.一种采用权利要求1
‑
6任一所述的浅埋暗挖砂层隧道注浆加固模型试验系统的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：装填试验土体，将试验土体分层装填入模型试验箱(7)中，并对验土体进行分层夯实，使试验土体均匀，然后将注浆花管(8)从注浆插入口(74)插入试验土体中；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李飞，冯畅，曹荦，董恒，何芳，曹强，全群力，王鹏，张吉龙，杜柯，袁刚，魏进，卞海丁，温涵，李嘉淇，王微笑，王锦涛，魏红，常清，张晨，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：