[实用新型]一种钢管混凝土拱架灌注模拟系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及地下工程支护材料试验领域，特别是一种地下工程中常用的钢管混凝土 拱架灌注效果模拟系统。

背景技术

随着我国基础设施建设的快速发展，公路铁路隧道、煤矿巷道、地铁、水电硐室等修建 越来越广泛，很多工程所处的地质条件愈发恶劣，如大埋深、软岩、断层构造等都带来了严 重的支护失效问题。针对此，钢管混凝土拱架由于其高强特性，在地下工程支护领域中扮演 着越发重要的角色，取得较好的社会经济效益。

然而，目前的钢管混凝土拱架支护参数的设计施工仍然以经验为主，钢管混凝土的灌注 工艺和参数选取缺少依据，如浆液流动性、灌浆速度、灌浆孔位置等的设计都没有明确依据， 从而会影响核心混凝土的灌注密实度、强度等一系列重要指标。而混凝土的灌注效果对钢管 混凝土拱架的实际承载能力影响巨大，并最终决定其支护效果。众所周知，研究钢管混凝土 灌注效果的最直观方法是开展模拟试验，通过不断提高试验方法的科学性和试验系统的仿真 度，逐步得到较为精确的试验结果。但是，目前尚没有相关模拟系统或模拟系统能够实现该 目的。

因此，当前亟待开发一种具有针对性的钢管混凝土拱架灌注模拟系统和效果测评方法， 依此开展一系列钢管混凝土拱架灌注模拟试验。通过对比分析，掌握钢管混凝土拱架灌注参 数、工艺、工序等对拱架混凝土灌注效果的影响规律，进而优化设计和施工参数，改善灌注 效果，完善钢管混凝土拱架支护设计理论并促进该项技术的进步。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的技术缺陷，本实用新型公开了一种钢管混凝土拱架灌注模拟 系统，其通过该模拟系统模拟矿山巷道、隧道、地铁等工程常用钢管混凝土拱架的混凝土灌 注场景，进而开展相关试验，研究不同的灌浆工艺、参数、方法以及其他因素对灌浆效果的 影响规律。深入、直观、准确的分析各种影响因素下灌浆效果的差异，进而总结出钢管混凝 土灌浆的最优方案。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种钢管混凝土拱架灌注模拟系统，包括一个由空心钢管拼装而成的拱架模具，在所述 的拱架模具上设有与灌浆系统相连的灌浆孔和用于在灌注混凝土时排出拱架模具内多余气体 的排气孔，且在所述的拱架模具上还设有沿拱架模具轴线一前一后交错布置在拱架模具的正 面和背面的观测条带以及设置在拱架模具的底端的重力传感器；所述的重力传感器与数据采 集系统相连。

所述的拱架模具为由钢管拼装而成的拱架形状的组合结构，其整体形状为圆形、直腿半 圆拱形或三心拱形，其净横截面为圆形、方形或矩形；所述的拱架模具由数节构件通过套管 连接而成，每一节构件的各段由横向法兰连接而成，每一段是由从中轴线纵剖的钢管通过纵 向法兰连接而成；所述的拱架模具在各套管和法兰处均可自由拆装，便于灌浆养护结束后拆 模。

所述的观测条带是在试验拱架侧壁设定位置切出条状孔后用高强透明树脂材料填充而成 的，既能填充条状孔防止混凝土外泄又能实现透明观测试验拱架内部情况的目的。

所述的拱架模具还通过一个支撑装置进行支撑，所述的支撑装置由立柱、横梁、固定铰 支座、卷扬机、斜撑和支撑台组成；所述的横梁固定在立柱上，在立柱的相同高度，前后各 设置一根，前后两根横梁间形成放置和固定拱架模具的间隔；所述的固定铰支座设置在立柱 底端，所述的卷扬机通过钢丝绳连接横梁，用于牵拉所述的支撑装置，使支撑装置和拱架模 具可以以固定铰为中心转动。

所述的斜撑连接在立柱上，用于在固定支撑装置，以保证灌注过程中支撑装置的稳定。

所述的灌浆系统包括混凝土输送泵、灌浆管、灌浆接头、灌浆孔和排气孔。所述的混凝 土输送泵通过所述的灌浆管和所述的灌浆接头连接所述的拱架模具，混凝土输送泵向拱架模 具中灌注不同配合比的混凝土；所述的灌浆接头内设置单向阀，使混凝土浆液只可单向流入 装置而不可逆向流出，确保拆除灌浆管时浆液不会由灌浆孔流出。当混凝土从所述排气孔流 出时，灌浆达到结束标准，停止混凝土输送泵。

所述的灌浆系统还包括一个振动器，所述的振动器固定在拱架模具上，根据试验需要选 择是否开启并选择合适的震动参数，在灌浆过程中对拱架模具提供振动作用。

所述的观测条带均匀的布置在试验拱架上，试验员可通过观测条带，实时观测记录混凝 土浆液灌注的位置，从而推算灌浆体积和速度。