[发明专利]一种泥水盾构简易压力舱模型及其使用方法

说明书

技术领域

本发明属于地下工程领域，具体涉及一种泥水盾构简易压力舱模型及其使用方法。

背景技术

我国采用盾构工法修建的水下隧道多会穿越高渗透性、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被广泛使用。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。由于泥膜是一种特殊的多孔介质，其闭气性能直接决定了带压开舱的实施条件和工程安全性。因此，若能在带压开舱实施之前，先对拟采用的泥膜进行闭气性测试，然后根据实验结果对开舱用的泥浆配比和成膜条件进行调整，有利于保证带压开舱的安全、高效的进行。而在现场进行泥膜的闭气性测试，不仅不经济，而且还存在较大的风险。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种泥水盾构简易压力舱模型及其使用方法。可以近似模拟双舱式泥水盾构压力舱内泥浆成膜的过程，同时可以测试带压开舱时泥水盾构开挖面上泥膜的闭气性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种泥水盾构简易压力舱模型，包括：

有机玻璃筒，其下部侧面连接有集水装置，上部侧面通过调压装置与空压机连接，其顶端和底端分别安装有法兰盘支座，所述法兰盘支座之间通过不锈钢柱预紧连接；

隔板，设置在有机玻璃筒的中部，用于将有机玻璃筒筒体分成设置在上部的压力舱和设置在下部的泥水舱，所述隔板的一侧开设有连通缺口，用于连通泥水舱和压力舱，另一侧设置有通过阀门控制的连通孔；

支架，分别安装在顶端和底端的法兰盘支座的侧端，并与连通缺口位于相同侧，用于压力舱模型水平放置时的支撑。

进一步地，所述泥水舱的侧壁上设有毫米刻度尺。

进一步地，所述隔板固定在压力舱上。

进一步地，所述有机玻璃筒的下部侧面与集水装置相连位置处设有排水阀；所述有机玻璃筒的上部侧面与调压装置相连位置处有进气阀。

进一步地，所述钢柱依次贯穿底部法兰盘支座、筒体和顶部法兰盘支座。

进一步地，当压力舱模型水平放置时，所述连通缺口位于隔板的下部；所述连通孔位于隔板的上部。

本发明还提供了一种泥水盾构简易压力舱模型的使用方法，包括以下步骤：

步骤一： 在有机玻璃筒的下部依次由下往上装入滤层和试验地层，并反向充水饱和；

步骤二：将有机玻璃筒的泥水舱和压力舱固定安装在一起，关闭隔板一侧的连通孔，在泥水舱中装入泥浆，使泥浆的高度满足当有机玻璃筒水平放置时，压力舱内的液位高于开设在隔板另一侧的连通缺口的顶端；

步骤三：采用法兰盘支座对有机玻璃筒的顶端和底端进行密封；打开连通在有机玻璃筒上部侧面的空压机开关，向有机玻璃筒内提供气压，同时打开连通在有机玻璃筒下部侧面的集水装置的阀门，开始泥浆渗透成膜实验；

步骤四：待底部滤水量变化稳定后，将有机玻璃筒水平放置，并使连通缺口位于隔板的下部，连通孔位于隔板的上部；

步骤五：调整有机玻璃筒内气压值至实验气压，打开连通孔阀门，使压力舱的压缩空气进入泥水舱，同时泥水舱内的泥浆逐渐进入压力舱，直至压力舱和泥水舱的泥浆液位持平；

步骤六：测试气压作用下地层表面泥膜的闭气性，记录泥膜在气压作用下的厚度和滤水量的变化。

进一步地，步骤一中的试验地层为实际开舱工程中所处位置的地层，装入地层时通过控制地层干密度使试验地层接近实际地层。

进一步地，步骤二中装入的泥浆为实际开舱工程中拟使用的泥浆。

进一步地，步骤三中所述底部滤水量变化稳定是指单位时间内的滤水量小于预设值，预设值由试验者确定。

本发明的有益效果：

本发明将有机玻璃筒竖直放置，使泥浆在地层中渗透形成泥膜，然后将装置横放，根据连通器原理使气压直接作用在泥膜上，进行泥膜的闭气性测试。该模型可以近似模拟双舱式泥水盾构压力舱内泥浆成膜的过程，同时可以测试带压开舱时泥水盾构开挖面上泥膜的闭气性，而且该模型操作简单、压力设定方便，通过模型的放置方式即可实现由泥浆渗透过程向泥膜闭气过程的转化，是一种值得推广的简易压力舱模型及使用方法。