[发明专利]一种用于模拟盾构泥膜形成的实验装置

说明书

本发明公开了一种用于模拟盾构泥膜形成的实验装置，该装置包括地层模拟箱、用于模拟泥浆仓的有机玻璃管道和为有机玻璃管道内的泥浆供驱动力的动力加载系统；所述有机玻璃管道的一端与所述地层模拟箱套接连通，所述动力加载系统从有机玻璃管道的另一端为有机玻璃管道内的泥浆提供驱动力。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。

技术领域

本发明涉及隧道与地下工程实验仪器技术领域，特别是涉及一种用于模拟盾构泥膜形成的筒套筒实验装置。

背景技术

泥浆平衡式盾构法施工在浅埋软土地层中修建地铁、道路隧道或大直径跨海越江隧道工程中被广泛采用。由于软土地层以及江河下部土体一般稳定性很差，地质环境十分复杂，导致泥浆盾构开挖面的环境越来越严峻，在实际工程中新的问题不断涌现，施工安全受到到严重威胁。大量的工程实践和理论表明：在开挖面上形成一层有效的泥膜作为支护介质是确保其稳定的关键，关于泥膜的形成机理、形成条件、有效性评价指标等问题，国内外许多学者进行了一些有意义的尝试，取得了一定研究成果，为我们后续的研究起到了良好的借鉴作用。但泥浆盾构开挖面稳定的机理十分复杂，就影响泥膜形成的因素以及各因素影响的程度及规律和地层参数、施工参数、泥浆特性之间的相互作用关系，尚无清晰的认识，这些问题的研究，多数需要借助实验来完成。

有效泥膜的形成是开挖面稳定的前提，泥膜作为一种隔水材料，为泥浆有效压力与地下水压力和土侧压力的平衡提供作用介质。由于做现场实验具有很大的安全风险且不经济，对于泥浆盾构开挖面稳定性的实验研究几乎都采用室内实验方法，因此，室内实验装置和相关设备的研制是泥浆盾构开挖面稳定性研究的关键性工作之一。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明采用下述技术方案：

一种用于模拟盾构泥膜形成的实验装置，该装置包括地层模拟箱、用于模拟泥浆仓的有机玻璃管道和为有机玻璃管道内的泥浆供驱动力的动力加载系统；

所述有机玻璃管道的一端与所述地层模拟箱套接连通，所述动力加载系统从有机玻璃管道的另一端为有机玻璃管道内的泥浆提供驱动力。

优选的，所述地层模拟箱中按模拟需求在箱内布置有至少一组土压力盒、空隙水压力计和温度传感器。

优选的，所述地层模拟箱上进一步设有多个通孔；

所述多个通孔中的一个通孔用于与外部容器或管路连接的渗流量测量孔；

所述多个通孔中除渗流量测量孔之外的至少一个通孔用于为地层模拟箱中的土压力盒、空隙水压力计和温度传感器与外部数据采集装置提供连接；

所述地层模拟箱上的设有渗流量测量孔的内壁上进一步铺设有透水石。

优选的，所述有机玻璃管道包括泥浆室以及设置在有机玻璃管道上的泥浆灌孔、排气孔和泥浆排孔。

优选的，所述动力加载系统包括传力活塞和具有充放气口的加载气囊；

所述传力活塞和加载气囊依次设置在有机玻璃管道内泥浆的动力施加方向。

优选的，所述动力加载系统进一步包括通过连接管道与所述加载气囊连接的空气压缩机和设置在连接管道上的调压阀。

优选的，该实验装置进一步包括用于密封有机玻璃管道的背离地层模拟箱的一端的端部密封板和设置在端部密封板和有机玻璃管道端面之间的密封垫；

所述端部密封板通过至少两个螺栓杆固定在所述地层模拟箱上；

所述端部密封板上设有容纳加载气囊与外部装置连接的连接管道的通孔。

优选的，该实验装置进一步包括具有进气端和出气端的泥膜冻结装置。