[发明专利]管涌对隧道的影响及灌浆治理研究的室内模拟试验装置

说明书

本发明涉及一种管涌对隧道的影响及灌浆治理研究的室内模拟试验装置，由模型箱、隧道衬砌模型、管涌模拟装置、灌浆模拟装置、多组应变计、位移计支架以及多个位移计构成。隧道衬砌模型为分段空心铝管，管涌模拟装置由塑料薄膜内填沙子组成，通过注入一定体积的水溶液来模拟管涌渗透现象的发生，灌浆模拟装置包含由注浆管与注浆装置组成并且布置在管涌模拟装置的两端，其中隧道外壁贴有多组应变计，以实现对隧道的应变测量；位移计固定于位移计支架上，可以实现对隧道模型上部土体以及隧道沉降的测量。本发明能够方便有效地针对管涌现象对隧道的影响以及灌浆治理的研究，对于制定隧道施工安全穿越技术标准以及对于管涌现象的治理具有重要的参考价值。

技术领域

本发明涉及一种城市地下空间开发以及地下建筑工程中的隧道模拟试验装置，具体涉及一种管涌对隧道的影响及灌浆治理研究的室内模拟试验装置。

背景技术

随着我国城市化的进一步发展，城市地下轨道交通作为最为方便快捷的城市交通系统也得到迅速发展，越来越多的过江隧道正在建设。在隧道施工的过程当中，因支护结构接缝处理存在问题或者是降水不当从而引起的渗漏、管涌事故经常发生。管涌在隧道施工当中所表现出的问题是非常严重的，且对很多工程都造成了非常严重的损失。若事故不能明确的分析原因，并采取有效的处理措施，不仅不能保证隧道施工的安全，严重的还会导致隧道报废，危及周边环境的安全，造成更大的损失。而在很多对管涌的处理综合技术的选择上，灌浆治理是一个有效可行的方法。因此，如何预估管涌对隧道的影响及灌浆治理的效果是隧道施工工程中的一个核心问题。

国内外相关学者针对管涌对隧道的影响主要是理论分析法、随机模型、数值模拟法以及现场监测法。理论分析方法主要来自于工程经验，由统计方法得到的经验值，不能从机理上分析管涌的成因；随机模型也只是宏观的描述了管涌发生的某一种因素和过程，并不能全面的解释发生的机理；数值模拟的方法局限在有限元模拟渗流的范围内，将渗流与土割裂开来，不能考虑土体和渗流的相互作用；现场监测的方法受到尺寸效应、边界条件和土质条件的影响，使得监测结果并不能准确反应实际工况 。

发明内容

本发明目的在于上述现有技术的不足，提出一种管涌对隧道的影响及灌浆治理研究的室内模拟试验装置，实现管涌现象对隧道沉降，变形，应力的研究，以及观测灌浆治理的效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种管涌对隧道的影响及灌浆治理研究的室内模拟试验装置，包括模型箱、隧道衬砌模型、管涌模拟装置、灌浆模拟装置、多组应变计、多个LVDT位移计，所述模型箱由铝合金材料制成的长方形箱，分为上下两个部分，其顶面设为开口；所述隧道衬砌模型2为铝合金空心管，纵向分段放置于模型箱上半部分的砂土层内；所述管涌模拟装置为长筒型塑料薄膜构成的管涌膜，管涌膜呈U型状，并沿纵向放置在模型箱，下穿隧道衬砌模型，两端置于地表且与地表垂直；所述灌浆模拟装置在管涌模拟装置的长筒型塑料薄膜两端设置一组灌浆小管，一端安装设有注液电磁阀的注液导管，另一端水平方向上安装设有排沙液电磁阀的排沙导管；多个LVDT位移计分别通过位移计支架固定在土体表面及隧道衬砌模型的拱腰处；多个应变计分别对称地的布置在隧道模型的拱顶及拱底。

所述管涌模拟装置的管涌膜内预先填满沙子，通过注水来模拟管涌现象的发生，并且通过控制注水的体积和速度，可模拟不同程度管涌现象的发生。

所述灌浆模拟装置中的注浆液为聚氨酯溶液。

所述灌浆模拟装置中用于控制注浆的电磁阀兼用于平衡塑料膜内外压力，以保证膜内液体压力与外界土压力相等。

所述灌浆模拟装置可模拟灌浆治理的工程情况，通过控制注浆的速度，浆体的配合比，注浆体积，从而实现对比观测不同灌浆治理工况下的隧道和土体的响应，得到更为有效的灌浆治理方法。

本发明的有益效果是：