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原文传递一种模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法

专利名称：	一种模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法
摘要：	本发明提供一种模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，首先配置模型相似材料；然后组装试验系统；再模拟隧道超挖，测量土体的变化情况；然后模拟补偿注浆，测量注浆的扩张形态和土体变化情况；最后进行数据分析，得出补偿注浆扩张形态的扩张轮廓计算模型。本发明提供的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，通过在隧道模型外表面加刻导流槽的方式解决了排水孔易被外覆薄膜堵塞的问题，也解决了流动性相对较差的浆液的注入与不均匀分布的问题。通过注入能够自硬化的浆液材料，不仅能够描述注浆补偿率与地表及土体内部竖向位移的关系，而且可以获得盾构隧道补偿注浆的扩张形态。对盾构隧道补偿注浆的实际运用具有重要的意义。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	安徽;34
申请人：	安徽建筑大学
发明人：	郝英奇;李秉坤;曹广勇;黄赵美;马海军
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-23T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910063711.6
公开号：	CN109781968A
代理机构：	北京五洲洋和知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	刘春成;刘素霞
分类号：	G01N33/38(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	230601 安徽省合肥市经济技术开发区紫云路292号
主权项：	1.一种模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，其特征在于，所述试验方法包括如下步骤： S1，配置模型相似材料作为试验用的土体； S2，组装试验系统； S3，模拟隧道超挖，测量土体变化情况； S4，模拟补偿注浆，测量注浆的扩张形态和土体变化情况； S5，数据分析，将步骤S3和步骤S4中测得的数据进行分析整理，得出补偿注浆扩张形态的扩张轮廓计算模型。 2.如权利要求1所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括如下步骤： S11，确定试验方案及其相似参数；根据工程情况和地质勘查报告确定试验方案；依据相似理论确定相似参数，包括几何相似常数、时间相似常数、粘聚力相似常数、内摩擦角相似常数、压缩模量相似常数和重度相似常数； S12，配制模型相似材料；根据实际工程情况及步骤S11中确定的相似参数，计算出模型相似材料的物理力学指标，包括几何尺寸、粘聚力、摩擦角、压缩模量、重度；选择合适的相似材料并进行配合比设计与试验，配制出模型相似材料作为试验用的土体。 3.如权利要求1所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，其特征在于，所述试验系统包括：模型试验箱，所述模型试验箱包括箱体和铺设在所述箱体内的土体；所述箱体为顶部开口的刚性箱体；隧道模拟装置，所述隧道模拟装置放置在所述模型试验箱的土体内，所述隧道模拟装置包括隧道模型、外覆薄膜、导流槽和密封环，所述隧道模型为筒状结构，所述隧道模型的外表面设置有内凹的导流槽，所述外覆薄膜将所述隧道模型环向紧密包裹，所述密封环位于所述隧道模型的两端，将所述隧道模型和所述外覆薄膜紧密连接在一起，使所述隧道模型的外表面和所述外覆薄膜之间形成密闭结构；所述隧道模型的两端面分别设置有进液口和出液口，所述进液口和所述出液口将隧道模型外表面和外覆薄膜之间形成的腔体与外界连通；补偿注浆模拟装置，所述补偿注浆模拟装置包括注液装置、进液管、进液阀、排液管和排液阀；所述注液装置通过所述进液管连接至所述进液口，所述进液管中部设置有所述进液阀；所述排液管连接所述出液口，所述排液管中部设置有所述排液阀；土体沉降信息采集装置，所述土体沉降信息采集装置包括处理器、机械式位移传感器、光电式位移传感器、位移导杆和传感器支架；所述传感器支架将所述机械式位移传感器和所述光电式位移传感器分别固定在所述模型试验箱的上方，所述位移导杆的一端与所述机械式位移传感器连接，所述位移导杆的另一端探入所述土体中；所述光电式位移传感器和所述机械式位移传感器分别与所述处理器连接，便于读取测量的位移数值；土体应力信息采集装置，所述土体应力信息采集装置包括压力传感器，所述压力传感器分布在所述外覆薄膜的外表面，所述压力传感器与所述处理器连接，便于读取压力传感器测量的压力数值；优选地，所述传感器支架采用测量横梁，所述测量横梁横架在所述模型试验箱的侧壁上部，所述测量横梁的上表面保持水平；再优选地，所述机械式位移传感器和所述光电式位移传感器分别与所述测量横梁的上表面保持垂直。 4.如权利要求3所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下步骤： S21，组合符合尺寸要求的模型试验箱，使模型试验箱保持水平； S22，在所述模型试验箱的上部垂直于所述隧道模型的轴线安装所述测量横梁，所述测量横梁的中点处安装光电式位移传感器，并以所述测量横梁的中点为中心依次向两端对称排布光电式位移传感器；在所述测量横梁上安装机械式位移传感器，所述机械式位移传感器的排布方式与所述光电式位移传感器的排布方式相同； S23，将步骤S1中配置好的土体依次分层填入模型箱内并铺平，当土体填充至设计标高时，打开位于所述测量横梁中点处的所述光电式位移传感器，根据激光点的位置放置隧道模型，使所述隧道模型的顶点与所述述测量横梁中点位于同一铅垂面； S24，打开所述排液阀和所述进液阀，通过注液装置开始注液，待所述排液管的出口处不再有气泡溢出且所述导流槽内充满水而所述外覆薄膜仍紧贴所述隧道模型的外表面时关闭排液阀门，计算出进液管、导流槽和排液管内水的体积为V1； S25，打开进液阀，根据试验方案注入相应超挖体积为V2的水量；沿隧道模型径向截面的周向在外覆薄膜的外表均布多个压力传感器；继续填充所述土体至试验要求的标高处并进行平整；待所述土体稳定后调试所述土体沉降信息采集装置和所述土体应力信息采集装置。 5.如权利要求4所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括如下操作步骤： S31，模拟超挖，打开排液阀，缓慢的从排液阀中抽出体积为V2的水量； S32，测量，通过所述光电式位移传感器和所述机械式位移传感器记录模拟超挖后地表及地层的沉降量，通过压力传感器记录抽水后土体的应力变化情况。 6.如权利要求5所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括如下操作步骤： S41，配置注浆浆液；选取800-1300目的超细水泥作为灌浆料，水灰比1.45-0.6，加入0.3％-0.4％的减水剂进行均匀搅拌，制得注浆浆液； S42，模拟补偿注浆，测量注浆的扩张形态和土体变化情况。 7.如权利要求6所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，其特征在于，所述步骤S42具体包括如下操作步骤： S421，打开所述进液阀和所述排液阀，从所述进液口处缓慢注入体积为V1的所述注浆浆液，同步从所述排液管的出口处缓慢抽出体积为V1的水后关闭所述排液阀； S422，根据试验设计分步每次注入体积为V1/100的所述注浆浆液并记录每次注入所述注浆浆液后所述光电式位移传感器、所述机械式位移传感器及所述压力传感器的数值，直至所述隧道模拟装置上方的土体表面中心点抬升至超挖前的标高，关闭所述进液阀； S423，待注浆浆液硬化凝固后，通过所述光电式位移传感器和所述机械式位移传感器测量地表以及土体内部的位移情况，通过所述压力传感器测量隧道模拟装置周围土体的应力变化； S424，取出所述隧道模拟装置，沿所述隧道模拟装置的径向切割截取横断面，建立极坐标系，在截取的隧道模拟装置横断面上，测量圆环各处的的壁厚，即可获得补偿注浆后注浆浆液沿隧道模型周围的厚度即隧道补偿注浆的扩张形态。 8.如权利要求1所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括如下操作步骤： S51，绘制地表与土体内部竖向位移s与注浆补偿率q之间的s-q曲线； S52，绘制隧道管壁周围土体应力p与注浆补偿率q之间的p-q曲线； S53，绘制隧道周围浆液厚度h在隧道周围沿圆心角θ之间的h-θ数据表，并根据数据表作出坐标散点图，再选取合适的函数进行拟合得出补偿注浆扩张轮廓，用于优化所述扩张轮廓计算模型。 9.如权利要求3所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统，其特征在于，所述补偿注浆模拟装置还包括压力表，所述压力表设置在进液阀与进液口之间的进液管上。 10.如权利要求3所述的模拟盾构隧道补偿注浆扩张形态的试验系统，其特征在于，所述导流槽包括环向螺旋导流槽和纵向导流槽，所述环向螺旋导流槽螺旋设置在所述隧道模型的外表面，所述纵向导流槽与所述隧道模型的轴线平行；优选地，所述环向螺旋导流槽的横截面为开口宽度3mm、深度为3mm的V形结构；所述纵向导流槽的横截面为开口宽度4mm、深度为3mm的U形截面。
所属类别：	发明专利