[发明专利]一种可视化的盾构隧道施工注浆效果检测试验装置和方法

说明书

本发明公开了一种可视化的盾构隧道施工注浆效果检测试验装置和方法，有机玻璃箱体内装有用于模拟地层的透明土；盾构机刀盘设置于盾构机外壳前端，并由驱动系统驱动；液压千斤顶前端连接驱动系统，模拟盾构的顶推过程，后端作用于盾构管片，模拟对盾构管片的挤压作用；盾构管片通过拼装系统进行环向和纵向错缝拼装，模拟管片间的连接以及相互作用；通过同步注浆系统进行壁后注浆，通过二次注浆系统由盾构管片上预留的二次注浆孔进行二次注浆。本发明为试验提供了一个可视化的外在环境，能够直接观测浆液渗流、凝结等状态；考虑了施工中顶推、管片拼装、二次注浆等过程，可以分析各施工工序对注浆的影响。

技术领域

本发明涉及构隧道施工检测技术领域，具体为一种可视化的盾构隧道施工注浆效果检测试验装置和方法。

背景技术

随着城市化进程越来越快，地下空间建设已经得到了快速的发展，盾构法隧道施工为地下空间建设提供保证。盾构法施工过程中，盾构机械在地下推进，推进时依靠刀盘切削土体，后方千斤顶作用在已拼装管片上加压顶推前进，盾构机外壳与管片支承周围围岩压力。由于盾构机外壳与拼装管片间存在间隙，需要掘进时候注入浆液填充空隙。注浆效果直接影响管片稳定情况，在隧道施工过程中正是其最需要关心的时期，同时同步注浆浆液有一定的初凝时间，而在其达到初凝并形成一定强度的时间范围内，盾构掘进仍在进行，由于施工对其造成的影响也是需要关注的。因此需要针对施工过程中注浆效果进行研究，这对于隧道稳定及后期运营安全都有非常重要的意义。研究注浆效果时，需要进行理论研究、数值模拟与大量室内模型试验。而由于壁后注浆的特殊性，在施工现场无法直观观测浆液在壁后的流动固结情况，难以展开相关试验，因此必须在室内进行试验研究，才能为盾构隧道开挖提供理论指导。

目前，对于盾构隧道注浆效果的研究，主要由理论研究、数值模拟与室内试验：

1）专利权人为河海大学，中国专利申请号201610223266.1与201620299444.4，介绍了一种模拟泥水盾构泥浆在地层中渗透的试验装置。该装置包括玻璃箱体、溢流槽、模型刀盘、法兰盘、排泥阀等，可以在玻璃箱体中装入透明土制备的模拟地层，在玻璃圆筒中注入试验泥浆，进行渗透试验，可以观测泥浆在地层中的渗透形态，同时可以模拟不同刀盘开口率下渗透情况。但是浆液具有一定的初凝时间，在注入后，不仅是单纯的自由渗流，在凝结达到强度前还会受到掘进、管片挤压等多方面影响，这些都会影响其渗透形态，而该方法没有考虑盾构管片对浆液挤压等一系列影响，因此该方法具有一定的局限性。

2）专利权人为中国矿业大学北京，中国专利申请号201510731363.7，介绍了一种研究盾构开挖间隙对沉降影响的数值模拟方法。该数值模拟方法在盾构模型的外壳上添加了一层填充层，向填充层中注入浆液，通过改变填充层材料的力学参数模拟不同填充材料对沉降的影响。但是由于实际施工是一个复杂的过程，在过程中浆液会存在渗透、串流等一系列变化，都将对结果产生影响，因此该方法可能存在一定的偏差。

3）专利权人为中交二公局第四工程有限公司，中国专利申请号为201710419037.1，介绍了一种用于盾构模型试验的钻进式试验装置。该装置包括工作台、驱动系统、刀盘以及注浆系统等，该试验装置能做到将开挖钻进与盾尾注浆相结合，通过液压泵控制管内液压大小来模拟盾尾注浆，很好地还原了现场盾构开挖及注浆的过程，并能进行多工况试验，是一种适应性较好的盾构开挖注浆模型试验装置。但是未考虑盾构施工中的管片拼装与顶推过程的模拟，实际拼装过程中千斤顶作用在管片上，管片会对浆液产生挤压，影响注浆效果；实际施工中存在二次注浆等工序，而该装置未考虑施工中二次注浆的模拟；在该装置中，隧道管片为均质圆环，对于管片错缝拼装的形式未进行研究；综上，该装置有一定的局限性。