[发明专利]一种用于盾构法同步注浆的模拟系统及实验方法

说明书

本发明属于盾构隧道工程模拟实验技术领域，具体涉及一种用于盾构法同步注浆的模拟系统，包括模型装置、推进装置、监测装置和处理装置。还涉及一种用于盾构法同步注浆的实验方法，包括如下步骤：一、将实验土体与同步浆液相互混合，形成混合浆液；二、对混合浆液施加压力，至混合浆液凝结为试块；三、获取混合浆液的表面压力和凝结时间的实验数据；四、对实验数据进行分析处理，并对试块的参数进行测定。本发明的目的在于：针对现有模拟盾构法同步注浆实验所存在的对现场指导作用有限的问题，提供一种用于盾构法同步注浆的模拟系统及实验方法。通过该模拟系统及实验方法得到的模拟结果对现场的指导作用有显著提高。

技术领域

本发明属于盾构隧道工程模拟实验技术领域，具体地，涉及一种用于盾构法同步注浆的模拟系统，以及实验方法。

背景技术

现如今，盾构法由于其扰动小、掘进快等优点，已广泛应用于城市地铁、公路、排水等隧道工程施工中。在盾构法施工中，随着盾构机的推进，会在土体和管片之间会形成建筑间隙，即盾尾间隙。为了控制地表沉降、防止管片渗漏水，就需要在管片推进的同时填充这些间隙，即同步注浆。

同步注浆作为盾构法施工中的一道重要工序，国内外许多专家已对其作用和原理进行了大量研究。采用理论分析、数值模拟等方法的优点是简单快捷，但由于地层和地应力条件千差万别，所以其结果未能很好指导现场。而现场监控量测虽然有一定的可取性，但耗费的人力、物力、财力较大，而且比较费时。综合考虑下，通过模拟实验来对同步注浆进行研究是比较科学的。虽然模型实验前人有所涉及，但局限于对填充过程进行模拟，还有就是局限于同步砂浆本身的性质，轻视了泥浆和土体之间的相互作用以及注浆压力、土体静压力和水压力三者的作用对泥浆的凝固时间的影响，导致模拟结果对现场的指导作用有限。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有模拟盾构法同步注浆实验所存在的对现场指导作用有限的问题，提供一种用于盾构法同步注浆的模拟系统及实验方法。通过该模拟系统及实验方法得到的模拟结果对现场的指导作用有显著提高。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于盾构法同步注浆的模拟系统，包括模型装置和推进装置；所述模型装置为上端开口的容器；所述推进装置包括加压活塞，所述加压活塞与所述模型装置相互匹配；所述加压活塞与所述模型装置共同形成容纳实验土体与同步浆液的混合浆液的密闭空间。模型装置用于盛装实验土体和同步浆液，推进装置用于模拟现场注浆压力。

作为优选方案，所述模型装置包括试料筒和底板，所述试料筒为上下两端开口的容器，所述底板将所述试料筒的下端开口封闭，所述底板与所述试料筒的下端可拆卸地连接。模型装置采用拼装结构，便于拆卸、清洗。

作为优选方案，还包括监测装置，所述监测装置包括土压力盒；所述模型装置还包括支架，所述支架设置在所述底板的下部；所述土压力盒设置在所述底板的下部；所述监测装置还包括析水阀门，所述析水阀门连接在所述试料筒的下部，并与所述试料筒的内部连通。监测装置用于观察实验工况并记录浆液凝结时间以及压力变化。土压力盒用于观察实验过程中土压力的变化。析水阀门的作用是：一是析出同步注浆中的水，使其能够凝结；二是通过析水阀门中最后析水的时间，作为试样初凝的判据。监测装置还包括高清数码摄像机和传感器，用于记录实验整个过程，以及试样的凝结时间。

作为优选方案，所述试料筒的内部空间为立方体形状；所述模型装置还包括内嵌筒，所述内嵌筒可拆卸地嵌入所述试料筒的内部，且所述内嵌筒的内部空间为圆柱体形状。为实现立方体与圆柱体之间的转换，在试料筒内部放置跟试料筒尺寸相同的立方体中空筒，但立方体中空部要留出圆柱形空间，尺寸跟圆柱形标准试块相同。得到的试块为两种类型：一是为测试单轴抗压强度的标准尺寸，即圆柱形结构。目的是为了测试不同养护条件下砂浆试样的单轴抗压强度；二是截面形状为混凝土试块的标准试块，即立方体结构，目的是为测试不同水灰比条件下的标准强度。