[发明专利]复杂地层水下泥水盾构泥膜形成模拟装置及模拟方法

说明书

本发明公开了一种复杂地层水下泥水盾构泥膜形成模拟装置，包括土箱、半圆形盾壳和动力加载系统，土箱和盾壳采用透明材质制作，动力加载系统为泥水仓内混有荧光粉的泥浆提供驱动力，土箱内位于刀盘的前方设有连接至U型压力计的超孔隙水压力监测孔，土箱上还设有为其提供常水头的常水头模拟装置；土箱设有盾壳的侧壁上设有与盾壳轴线平行的刻度尺，土箱的底部设有通过排水管连接至量筒的排水孔，排水管上设有排水阀。该装置可以控制不同地层条件、泥浆配比、注浆压力、注浆量等进行泥水盾构注浆系统模拟，测定泥浆滤水量、泥膜厚度及泥膜前方土体超孔隙水压力等参数进行泥膜形成效果的研究分析。

技术领域

本发明属于盾构施工技术领域，尤其涉及一种复杂地层水下泥水盾构泥膜形成模拟装置及模拟方法。

背景技术

随着我国城市轨道交通建设的不断发展，出现越来越多复杂条件下的隧道施工，如水下隧道、近接既有隧道及建筑物施工、砂卵石等复杂地质条件下隧道施工等。泥水平衡盾构具有施工安全、施工扰动小、适用性广等优点，广泛应用在研究高水压强渗透复杂地质条件下的隧道施工。泥水平衡盾构隧道施工的核心就是通过注浆在开挖面前方形成一层致密的泥膜，从而将泥浆压力有效的作用在开挖面平衡地层的水土压力，保证开挖面稳定性。而对于复杂地层水下盾构隧道施工对泥膜形成效果的要求更高，因此如何在复杂地质条件选择能形成致密泥膜的泥浆配比、注浆压力及注浆量等是广大工程人员密切关注的问题。而通过施工现场对泥膜进行取样测试涉及施工工序较多，不经济，不利于深入进行泥浆性能对不同地质条件下泥膜形成效果的研究。

专利2015109384764公开了一种用于模拟盾构泥膜形成的实验装置，本发明对泥膜形成过程各监测参数变化规律以及泥浆渗透情况和泥膜性能定性参数进行归纳分析，找出影响泥浆平衡式盾构有效泥膜形成的主要因素，为泥浆盾构施工开挖面稳定提供可靠的实验依据。

专利2017109040525公开了一种泥水盾构室内模拟掘进装置及其模拟方法，该专利适用地质情况广泛，对泥水盾构的动态掘进模拟全面，可对地层进行多角度的监测，试验结果可以为现场开挖面的稳定、掘进参数及泥浆配比提供技术支持。

但是上述专利并不能模拟水下泥水盾构隧道的泥膜形成效果，而且观察泥膜的形成情况需要在注浆结束后，挖出实验土层，取出泥膜，较为麻烦，容易破坏泥膜，不能实时的观察泥膜的形成情况和泥浆在实验土层中的渗透路径。因此如何设计一种复杂地质条件下室内泥水盾构隧道注浆模拟系统，是亟需解决的工程问题。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种复杂地层水下泥水盾构泥膜形成模拟装置。该装置可以控制不同地层条件、泥浆配比、注浆压力、注浆量等进行泥水盾构注浆系统模拟，测定泥浆滤水量、泥膜厚度及泥膜前方土体超孔隙水压力等参数进行泥膜形成效果的研究分析。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种复杂地层水下泥水盾构泥膜形成模拟装置，包括土箱、半圆形盾壳和动力加载系统，所述盾壳固定安装在所述土箱的内侧壁上，所述盾壳的前端设有刀盘，内部形成有泥水仓，所述土箱和盾壳采用透明材质制作，所述动力加载系统为所述泥水仓内混有荧光粉的泥浆提供驱动力，所述土箱内位于所述刀盘的前方设有连接至U型压力计的超孔隙水压力监测孔，所述土箱上还设有为其提供常水头的常水头模拟装置；所述土箱设有盾壳的侧壁上设有与盾壳轴线平行的刻度尺，所述土箱的底部设有通过排水管连接至量筒的排水孔，所述排水管上设有排水阀。

进一步的，所述常水头模拟装置包括第一水箱、第二水箱和抽水泵，所述第一水箱设置在所述第二水箱的下方，所述第二水箱的出水口通过进水管连接至所述土箱顶部的进水口，所述第二水箱的侧部设有连通至所述第一水箱的溢流口，所述第一水箱通过抽水泵将其内的水泵送至与所述第二水箱，所述进水管上设有进水阀。

进一步的，所述盾壳的内腔通过活塞分隔为前侧的泥水仓和后侧的气压仓，所述泥水仓的侧壁上设有注浆孔，所述注浆孔通过注浆管连接至注浆设备。