模拟地面注浆对盾构隧道影响机制研究的测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了模拟地面注浆对盾构隧道影响机制研究的测试装置及方法，涉及试验装置技术领域，具体方案包括：箱体，以第一仿土层

【技术实现步骤摘要】
模拟地面注浆对盾构隧道影响机制研究的测试装置及方法


[0001]本专利技术属于试验装置
，尤其涉及模拟地面注浆对盾构隧道影响机制研究的测试装置及方法
。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术
。
[0003]随着我国城镇化进程的加快，地面交通设施已难以承载与日增长的交通量，地下空间建设成为缓解交通压力的重要手段之一，越来越多的地铁建成随之而来的便是一系列地铁安全方面问题；目前地铁车站隧道一般采用暗挖法施工，其中典型代表为矿山法和盾构法，盾构法以其安全高效的优点被广泛应用在城市地铁建设中；但是由于不同地区的地层具体条件不同，地下水赋存情况等会对盾构施工造成一定的安全隐患，对于地下水系发达的地区，采用冻结法能防止施工过程中地下水的影响，但是随着隧道使用周期变长，需要定期对其维护修缮，如果隧道外部环境不稳定或存在富水区域，会对洞室内部的安全存在潜在的威胁
。
[0004]目前解决此类问题一般采用洞内注浆和
(
洞外
)
地面注浆的方法进行止水以降低隧道衬砌周围土体的渗透系数，阻隔地下水与隧道洞室的联系
。
洞内注浆由于受隧道空间和地铁运行时间的限制，一般用于改造范围不大
、
涌水量有限和注浆量较小的地段；地面注浆主要用于隧道周围为富水地层
、
改造范围广和注浆量大的地段，它可以从根本上改造隧道外围地层环境，对系统防治隧道涌水起到决定性作用；地面注浆是通过在隧道附近区域上方地面进行钻孔注浆经地层渗流以封堵附近松散含水体；由于注浆压力随着浆液扩散传递，会对隧道衬砌结构会产生一定影响，，注浆压力过大会破坏损伤隧道结构甚至造成安全事故，注浆压力过小又会使浆液不能有效充填空隙
,
对地层改造效果差，起不到应有的阻水作用；因此，研究地面注浆压力控制对既有隧道结构的影响机制具有重要的理论与工程价值，对衬砌结构安全和控制地层稳定有重要的指导意义
。
[0005]目前尚无地面注浆对隧道管片研究装置，但来自地层的注浆压力传递至管片的作用机制是极其复杂的，难以通过理论研究进行确切描述，而现有装置无法实现外部浆液模拟扩散至隧道管片的过程
。

技术实现思路

[0006]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了模拟地面注浆对盾构隧道影响机制研究的测试装置及方法，模拟地面注浆过程，得到管片应力应变及位移随时间的变化规律
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0008]本专利技术第一方面提供了模拟地面注浆对盾构隧道影响机制研究的测试装置
。
[0009]模拟地面注浆对盾构隧道影响机制研究的测试装置，包括：
[0010]箱体，以第一仿土层
、
第二仿富水砂层
、
第三仿土层的顺序进行土体填充，箱体的
一侧开设有进水口，用于向第二仿富水砂层注水；注浆管从箱体外部伸入到第二仿富水砂层进行注浆，用于模拟地面注浆；
[0011]管片模型，设置在箱体的第二仿富水砂层中，用于模拟盾构隧道；
[0012]应力应变传感器和位移传感器，固定在所述管片模型上，用于感知应变和位移；
[0013]分析模块，基于感知到的应变和位移，得到地面注浆对盾构隧道的影响机制；
[0014]其中，所述影响机制，包括所述管片模型的应力应变及位移随时间的变化规律及不同注浆压力作用下所述管片模型的应力
、
轴力
、
弯矩和位移力学特征
。
[0015]进一步的，所述箱体，由厚亚克力板制成，四周设有承压的钢架，一侧开设进水口，另一侧底部开设出水口；
[0016]所述进水口和出水口，设置透水薄膜，用于防止细砂流失
。
[0017]进一步的，所述注浆管通过管道连接有注浆系统；
[0018]所述注浆系统，包括空气压缩机
、
注浆筒
。
[0019]进一步的，所述注浆筒为金属密封罐体，用于盛放浆液，以及作为浆液泵送的承压装置
。
[0020]进一步的，所述注浆筒，顶部设有两个阀门，一个用作进气阀，以连接所述空气压缩机，另一个用作泄压阀；底部设有出浆阀与注浆管相连
。
[0021]进一步的，所述注浆管的下端水平方向设有小孔，浆液通过小孔进入第二仿富水砂层，用于模拟注浆过程中浆液扩散
。
[0022]进一步的，所述管片模型，为两端开口的管状物，以实际盾构管片作为原型制备，横向设置在箱体的第二仿富水砂层中，采用橡胶垫圈对管片模型与箱体侧壁的接触部分进行密封
。
[0023]进一步的，所述应力应变传感器为多个，均匀分布并固定在所述管片模型的内壁和外壁上；
[0024]所述位移传感器为多个，一端固定在所述管片模型内部的横杆上，另一端与所述管片模型内壁上接触
。
[0025]进一步的，所述分析模块，包括采集仪和电脑；
[0026]所述应力应变传感器和位移传感器，均连接有采集仪；
[0027]所述采集仪，采集所述应力应变传感器的应变监测值和位移传感器的位移监测值；
[0028]所述电脑，得到管片模型的应力应变及位移随时间的变化规律，计算不同注浆压力作用下管片模型的应力
、
轴力
、
弯矩和位移力学特征
。
[0029]本专利技术第二方面提供了模拟地面注浆对盾构隧道影响机制研究的测试方法
。
[0030]模拟地面注浆对盾构隧道影响机制研究的测试方法，采用本专利技术第一方面提供的测试装置，进行模拟地面注浆对盾构隧道影响机制研究的测试，具体步骤为：
[0031]通过进水口向第二仿富水砂层内持续注水，模拟富水环境；
[0032]在预设注浆压力下，通过注浆管向第二仿富水砂层内注浆；
[0033]浆液渗流扩散至管片模型，通过应力应变传感器和位移传感器感知管片模型的应变及位移；
[0034]调整不同注浆压力进行重复测试，基于感知到的应变和位移，得到地面注浆对盾
构隧道的影响机制；
[0035]其中，所述影响机制，包括所述管片模型的应力应变及位移随时间的变化规律及不同注浆压力作用下所述管片模型的应力
、
轴力
、
弯矩和位移力学特征
。
[0036]以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0037]本专利技术中，管片模型设置在箱体的第二仿富水砂层中，两端与箱体接触并利用胶圈进行密封防水处理，比起现有装置，更加真实模拟隧道管片在受外界较小作用时所具有的维持自身稳定的能力
。
[0038]本专利技术中，通过配制相似材料与控制各地层的厚度来模拟不同埋深以及不同地层环境的渗透扩散情况，利用空压机的调压装置进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
模拟地面注浆对盾构隧道影响机制研究的测试装置，其特征在于，包括：箱体，以第一仿土层
、
第二仿富水砂层
、
第三仿土层的顺序进行土体填充，箱体的一侧开设有进水口，用于向第二仿富水砂层注水；注浆管从箱体外部伸入到第二仿富水砂层进行注浆，用于模拟地面注浆；管片模型，设置在箱体的第二仿富水砂层中，用于模拟盾构隧道；应力应变传感器和位移传感器，固定在所述管片模型上，用于感知应变和位移；分析模块，基于感知到的应变和位移，得到地面注浆对盾构隧道的影响机制；其中，所述影响机制，包括所述管片模型的应力应变及位移随时间的变化规律及不同注浆压力作用下所述管片模型的应力
、
轴力
、
弯矩和位移力学特征
。2.
如权利要求1所述的模拟地面注浆对盾构隧道影响机制研究的测试装置，其特征在于，所述箱体，由厚亚克力板制成，四周设有承压的钢架，一侧开设进水口，另一侧底部开设出水口；所述进水口和出水口，设置透水薄膜，用于防止细砂流失
。3.
如权利要求1所述的模拟地面注浆对盾构隧道影响机制研究的测试装置，其特征在于，所述注浆管通过管道连接有注浆系统；所述注浆系统，包括空气压缩机
、
注浆筒
。4.
如权利要求3所述的模拟地面注浆对盾构隧道影响机制研究的测试装置，其特征在于，所述注浆筒为金属密封罐体，用于盛放浆液，以及作为浆液泵送的承压装置
。5.
如权利要求3所述的模拟地面注浆对盾构隧道影响机制研究的测试装置，其特征在于，所述注浆筒，顶部设有两个阀门，一个用作进气阀，以连接所述空气压缩机，另一个用作泄压阀；底部设有出浆阀与注浆管相连
。6.
如权利要求1所述的模拟地面注浆对盾构隧道影响机制研究的测试装置，其特征在于，所述注浆管的下端水平方向设有小孔，浆液通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海燕，夏茂哲，吕璇，廖泽来，鲁大鹏，范建国，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：