[发明专利]一种模拟盾构隧道开挖注浆施工的抽离式模型试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟盾构隧道开挖注浆施工的抽离式模型试验装置及方法，属于地下工程模型试验技术领域。

背景技术

随着我国国民经济的高速发展，城市化进程不断加快，为缓解地面交通，很多城市正在逐步进入地铁建设的高速时期。地铁隧道施工中盾构法是较为常用的方法，而盾构开挖对地层及周边建筑物变形的影响也日益受到关注。

通过试验方法针对盾构隧道施工造成的周边环境不良进行研究，能够得到较为直观的观测结果，限于现场原位测试受地层不均匀性大、施工条件复杂、测试原件埋设困难等因素影响，利用室内模型试验代替原位测试能够得到较理想结果，且可重复进行，达到多工况对比的目的。

目前已有部分模型试验方法用于模拟盾构隧道开挖对地层及建筑物的影响，如采用旋转钻进式机械模拟盾构开挖，但由于模型试验中衬砌圆环难以逐环添加，多采用整体圆管跟进模拟衬砌，从而造成无法进行盾尾注浆，而如果利用小型盾构机进行相关模型试验则造价过于昂贵。在盾尾注浆方面，已有模型试验方法多采用预埋双层套管，在外层套管拔出过程中进行尾部注浆，此法难以精确模拟盾构开挖过程对地层的扰动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟盾构隧道开挖注浆施工的抽离式模型试验装置及方法，不仅可以模拟盾构隧道开挖对周围土体的扰动，也可以模拟盾构掘进施工时的盾尾注浆过程。

本发明的技术方案在于：一种模拟盾构隧道开挖注浆施工的抽离式模型试验装置，包括用于装填土体的模型箱，所述模型箱的两侧壁分别开设有圆孔，模型箱内设置有两端分别搭接在圆孔上的实心圆柱，模型箱的一侧设置有插入侧工作台，模型箱的另一侧设置有抽出侧工作台，所述插入侧工作台上设置有用于从模型箱一侧的圆孔穿入模拟箱内的空心隧道圆管，所述空心隧道圆管上套置有内侧面与空心隧道圆管相粘结的橡胶环套，空心隧道圆管内设置有注浆管，所述注浆管的一端穿过空心隧道圆管的侧壁与橡胶环套相连接，另一端与液压控制系统相连接。

进一步地，所述实心圆柱的直径与圆孔相同，且实心圆柱靠近抽出侧工作台一侧的端部穿出圆孔并设置有抽拉把手。

进一步地，所述橡胶环套沿空心隧道圆管的轴向分为若干段，相邻两段橡胶环套之间紧密相连，且每段橡胶环套上分别设置有穿过空心隧道圆管侧壁与液压控制系统相连接的注浆管。

进一步地，所述空心隧道圆管上靠近其插入端的首段橡胶环套的宽度由实际盾构管片宽度按照几何相似比转换所得，且各段橡胶环套的宽度由空心隧道圆管的插入端至空心隧道圆管的另一端逐渐加宽；所述橡胶环套由软橡胶制作而成并为双层环状结构。

进一步地，所述液压控制系统包括浆液室，所述浆液室经浆液泵与出浆管相连接，每段橡胶环套上连接的注浆管分别与出浆管相连接。

进一步地，所述注浆管的一端穿过设置有空心隧道圆管侧壁上的开孔与橡胶环套相连接，注浆管与出浆管相连接的区段上还分别设置有控制阀、压力表和流量表。

进一步地，所述插入侧工作台和抽出侧工作台的下部分别设置有具有脚轮并可升降的移动架，插入侧工作台的台面高度与空心隧道圆管的底部安装高程一致，所述抽出侧工作台的台面高度与实心圆柱抽出后的底面线高度一致。

一种模拟盾构隧道开挖注浆施工的抽离式模型试验方法，采用一种模拟盾构隧道开挖注浆施工的抽离式模型试验装置，步骤如下：

1）依照开挖土体特性为实心圆柱选材制作，将制备好的实心圆柱周身均匀涂抹润滑剂放入模型箱内，实心圆柱的两侧段搭接于模型箱两圆孔处且靠近抽出侧工作台的一侧端露出圆孔；

2）调整抽出侧工作台高度，使抽出侧工作台的高度与实心圆柱抽出后的底面线高度一致；

3）向模型箱中填入模拟盾构施工现场环境的土体，并将土体压实、静置；

4）在空心隧道圆管外围的橡胶环套外表面均匀涂抹润滑剂并放置于插入侧工作台上；

5）将插入侧工作台的高度调整至使空心隧道圆管的断面圆心与模型箱插入侧的孔圆圆心大致重合的位置，等待插入土体；

6）拉动实心圆柱，使实心圆柱从模型箱另一侧的圆孔逐步抽离土体，每抽离一步实心圆柱，空心隧道圆管便从模型箱一侧的圆孔插入对应长度，空心隧道圆管停止插入后，由液压控制系统向最新插入段空心隧道圆管外周的橡胶环套内注浆，注浆过程根据空心隧道圆管推进或静止状态分段执行。

进一步地，所述模型箱中的土体材料特性由实际盾构施工环境中土体对应特性按照预定相似比转换所得。