[发明专利]盾构隧道同步注浆试验用模拟系统及其试验方法

说明书

技术领域

本发明属于地下建筑工程技术领域，涉及盾构隧道同步注浆试验用模拟系统及其试验方法。

背景技术

盾构法隧道施工过程中，在盾构机不断被顶进的同时，拼装好的管片不断脱出盾尾，由于管片外径小于盾壳外径，因而形成了盾尾建筑空隙，由于隧道周围软黏土自稳能力很差，盾尾空隙如未被浆液及时充填，将导致周围地层的坍塌变形，如盾尾空隙内注入的浆液过多、压力过大，土体超孔隙水压力的消散将导致地层后期沉降加剧。目前，软土地区盾构法隧道施工引起的地层变形中，施工后期由于超孔隙水压力消散与地层次固结导致的地层位移占总沉降量的30%～90%。因此，了解与掌握盾尾空隙内浆液的流动与扩散过程，以及浆液压力与浆液性态的转变过程及其影响因素，对确保盾尾空隙的有效充填与盾尾处地层的稳定至关重要。

目前，盾构同步注浆理论的研究主要从现场监测、数值解析、模型试验和数值仿真四个方面展开的。但理论解析往往需要以大量的假设为前提，数值模拟涉及的大量参数很难准确设定，复杂的数值建模技术很难被一般的技术人员熟练掌握，现场实测的相关数据又很难被有效利用，模拟试验研究可以有效地避免理论分析中各种假设条件的限制，更加真实地反映岩土工程的各种物理现象及其内在规律，因此成为了一种非常有效的研究方法。

国内外关于同步注浆浆液和方法的研究较多，而用于研究同步注浆规律及机理的模型试验研究还鲜见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种盾构隧道同步注浆试验用模拟系统。

为了克服现有注浆方法无法进行不同注浆方式下同步注浆模拟试验的缺陷，本发明的另一个目的是提供一种盾构隧道同步注浆模拟试验方法。该方法能够模拟盾构掘进过程中管片脱出盾尾形成的建筑空隙的充填过程，同时可以模拟不同的掘进速度与不同的盾构埋深条件等工况，进而为盾构隧道同步注浆的地层适应性理论研究提供一个平台。

本发明的技术方案如下：

一种盾构隧道同步注浆试验用模拟系统，包括模型土、模型浆液和同步注浆模拟试验平台；模型浆液通过同步注浆模拟试验平台被注入模型土中；

所述的同步注浆模拟试验平台包括土箱、数据采集系统、加载系统、盾构推进控制系统、模拟盾构机、压力传感器和注浆系统；模拟盾构机、模型土设置于土箱中，盾构推进控制系统推动模拟盾构机向前掘进过程中，通过加载系统对模型土施加荷载，同时注浆系统将模型浆液注入模型土，通过压力传感器测得模型土的压力变化。

进一步，所述的模拟盾构机包括模拟管片、模拟盾壳、推进液压缸、注浆管路、盾尾密封圈、盾尾空隙、右端盖上连接杆、右端盖下连接杆、左端盖、右端盖、导向桶、拉杆、左限位钢管、右限位钢管；

所述导向桶通过两根固定连接在土箱两侧的左限位钢管、右限位钢管固定在土箱中，其左侧开口端用螺栓与左端盖连接，右侧开口端紧密套在左端开口、右端封闭的模拟盾壳外侧；模拟盾壳右端与焊接在土箱上的右端盖上连接杆、右端盖下连接杆搭接；模拟盾壳与推进液压缸的拉杆采用螺栓连接，模拟盾壳紧密地套在左端封闭右端开口的模拟管片外侧，通过推进液压缸的拉杆实现沿导向桶内壁和模拟管片外壁进行轴向滑移；模拟管片右端与右端盖用螺栓固定；推进液压缸的缸体与左端盖采用螺栓固定，右端固定在模拟盾壳左封闭端上；利用注浆管路将模型浆液注入盾尾空隙，盾尾密封圈设于模拟盾壳的右端，并沿整个环向布置，用以隔绝盾尾空隙内浆液沿着模拟盾壳与模拟管片之间的间隙渗漏。

所述的注浆系统包括注浆控制系统、上路注浆泵、下路注浆泵、上路浆液桶、下路浆液桶、第一注浆孔、第二注浆孔、第三注浆孔、第四注浆孔、第一球阀、第二球阀、第三球阀、第四球阀、左限位钢管、右限位钢管、第一注浆管、第二注浆管、第三注浆管、第四注浆管；

第一注浆孔、第二注浆孔、第三注浆孔、第四注浆孔、沿模拟盾壳右端面均匀布置，第一注浆孔与第一球阀通过第一注浆管路相连，第二注浆孔与第二球阀通过第二注浆管路相连，第一注浆管路和第一注浆管路由上部注浆泵控制，第三注浆孔与第三球阀通过第三注浆管路相连，第四注浆孔与第四球阀通过第四注浆管路相连，第三注浆管路和第四注浆管路由下部注浆泵控制。

所述注浆泵为能够调节浆液的流量的螺杆计量泵，通过上部注浆泵、下部注浆泵的流量控制与管路球阀的开关，可以单独控制4个注浆孔中的浆液流量，进而实现不同注浆方式下的同步注浆试验；或/和，

所述注浆孔的数量为所述注浆泵数量的两倍，每一条所述注浆管路中都设置一个所述球阀。