[发明专利]泥水盾构带压开舱时开挖面泥膜闭气值的测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种泥水盾构带压开舱条件下，室内测试开挖面上形成的泥膜的闭气值的装置及方法，属于地下工程领域。

背景技术

我国采用盾构工法修建的水下隧道时多会穿越高渗透性、高石英含量的砂卵石等地层，经常遭遇盾构机刀盘刀具磨损严重、刀盘结饼及障碍物等情况，而被迫停机进行开舱清理或维修等作业。由于受到隧道上部有河流、湖泊等水域、构筑物或者其他原因的影响，从地表加固地层常压开舱的方法被限制，以压气工法为基础的带压开舱方法越来越多被使用。常规的压气工法一般适用于渗透系数小于10^-2cm/s的土层，对于渗透系数大于10^-2cm/s的粗粒土地层，常采用泥浆在开挖面上形成闭气性良好的泥膜等辅助方法来降低地层的透气性，保证开挖面的稳定性。由于泥膜是一种特殊的多孔介质，其所能承受的最大气压值即泥膜的闭气值的大小，直接决定了带压开舱时压力舱内气压值的设定。因此，若能在带压开舱实施之前，先对拟采用的泥浆所形成的泥膜的闭气值进行测试，则可对开舱用的泥浆配比和成膜条件进行验证和改进，有利于带压开舱的安全进行。而在现场进行泥膜闭气性的测试，不仅不经济，而且还存在较大的风险。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种泥水盾构带压开舱时开挖面泥膜闭气值的测试装置及方法，能快速测试特定地层条件和泥浆压力条件下形成的泥膜的闭气值。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种泥水盾构带压开舱时开挖面泥膜闭气值的测试装置，它包括管状的试验柱、与试验柱的顶部相连接的空压机和气压表、设置在试验柱与空压机之间的进气阀、位于试验柱底部的排水口、位于试验柱中部的排泥口。

进一步地，排水口处设置有控制排水口开关的排水阀。

进一步地，排泥口处设置有控制排泥口开关的排泥阀。

一种利用上述的泥水盾构带压开舱时开挖面泥膜闭气值的测试装置的测试方法，它包括以下步骤：

a.首先在试验柱中装入一定厚度的砂颗粒作为滤水层，在滤水层上装入厚度为滤水层厚度4倍的试验地层，装入地层时，控制地层的干密度，然后采用从下自上的方法进行地层的饱和；

b.在试验柱中饱和的地层上装入厚度与地层厚度大致相等的试验泥浆，泥浆的液面与试验柱的顶部具有一定距离，将试验柱密封好，调节空压机和气压表，设定泥浆渗透的气压值，然后打开进气阀，使气压作用在泥浆液面上；由于实际填装时，由于手法和测量的问题，存在一定的误差，因此这里说厚度大致相等，而不能做到绝对相等；

c.打开试验柱底部的排水口，测量排出液体的体积和重量并计算出泥浆的渗透流量，测量泥膜的厚度；

d.试验进行一定时间后，关闭试验柱底部的排水口，然后打开试验柱中部的排泥口，将试验柱中的泥浆全部排出；

e.关闭排泥口和进气阀，确定测试泥膜闭气值的压力等级和作用时间，设定第一级气压后，打开进气阀，使气压直接作用在泥膜上；

f.打开排水口，测试第一级气压作用下的渗透流量随时间的变化；若渗透流量随时间变化量很小时，待渗透流量的变化量稳定之后，施加下一级气压，继续测试该级气压作用下的渗透流量随时间的变化；

g.若在某一级气压作用下，渗透流量突然变大，随后气体即穿透泥膜，则结束试验，对应的该级压力值即为试验泥浆形成泥膜的闭气值。

进一步地，步骤a中，试验柱中装入的滤水层为粒径范围2mm-5mm的单一粒径砾砂层。

进一步地，步骤a中，试验柱中装入的地层为实际开舱工程中所处位置的地层；步骤b中，试验柱中装入的泥浆为实际开舱工程中拟使用的泥浆。

进一步地，步骤d中，试验进行的时间应根据具体工程中的泥浆成膜时间来设定。

进一步地，步骤b中，采用法兰将试验柱密封。

进一步地，步骤c中，通过烧杯测量出排出液体的体积，通过电子称测量出排出液体的重量。

进一步地，排水口对接有烧杯，烧杯置于电子称上，步骤c和步骤f中，通过烧杯测量出排出液体的体积，通过电子称测量出排出液体的重量