[发明专利]用于模拟盾构隧道管片上浮的实验装置

说明书

本发明公开了一种用于模拟盾构隧道管片上浮的实验装置，其包括模拟隧道管片的内筒、与内筒形成间隙的外筒、固定并密封外筒的两端挡板、测量内筒上浮位移的位移传感器、顶板、调节装置和定位装置，内筒两端为密闭结构，外筒套设在内筒上，且内筒与外筒总体上同轴；顶板处于外筒上方，所述的内筒顶部通过定位装置与顶板连接，定位装置穿过外筒处上方设有定位螺母；外筒顶部通过调节装置与顶板连接，调节装置穿过顶板处上方设有调节螺母；所述的顶板连接位移传感器。本发明通过在恒定外力作用下，注入不同类型的浆液，来研究研究不同浆液对管片上浮的影响，还可以通过改变重物的重量来调整作用于内筒的外力，研究不同外力作用下内筒上浮过程。

技术领域

本发明属于盾构施工工程技术领域，尤其涉及一种用于模拟盾构隧道管片上浮的实验装置。

背景技术

盾构法施工具有多方面优势，在城市地铁隧道修建中获得了广泛应用。盾构法施工时，在盾壳内将管片拼装完成，随着盾构机向前推进，管片脱离盾尾，在管片和地层间形成环形间隙，为了控制地层位移需要向环状间隙内进行同步注浆，注入浆液为水、水泥、粉煤灰、添加剂等拌合物。在浆液凝固前，浆液处于可流动状态，根据阿基米德浮力原理，浆液会对管片产生浮力，导致管片上浮。管片上浮后会出现管片错台，形成错台裂缝，降低管片密封质量，产生管片漏水等现象，因此对于管片上浮问题的研究显得尤为重要。

实际工程中管片被浆液包围，在浆液浮力作用下，管片上浮排开上部浆液，浆液沿着环形间隙向下流动，管片和浆液都处于运动状态。经过查阅相关文献，中国专利CN108872297A公开了“一种盾尾注浆浆液凝结及管片上浮过程模型试验装置”，利用该装置试验时，将模型土置于模型箱中，模型土内预埋压力盒等位移传感器，将固结压缩板置于模型土的上侧，通过压实机构对固结压缩板施压，将模型土压实，以此模拟真实的土层密实度；然后将固结压缩板取出，通过螺栓将钢管片模型固定于模型箱的上端，通过模型箱侧壁和钢管片模型上的注浆口向钢管片模型与模型土之间注浆，施压机构通过加载板对模型土施压，以模拟地层压力，当浆液在凝固过程中，控制加载板的压力模拟管片上浮的过程。

上述专利的实验装置中，钢管片模型是固定不动的，不能模拟管片的上浮过程，也不能模拟浆液沿环状间隙的流动过程，因此并不能模拟实际工程中管片的上浮过程。无法测量管片浮力，研究管片上浮过程中浮力变化规律，也无法研究不同浆液对管片浮力的影响。

发明内容

基于背景技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种测试盾构隧道同步注浆浆液性质的模型实验装置，在装置内部的管片模型被浆液包围，管片上浮时浆液向下流动，管片与浆液的动态变化过程与实际工程相符，从而能够模拟管片上浮现象，测量管片在恒定外力作用下的上浮过程，为研究浆液性质打下基础。

为了达到目的，本发明提供的技术方案为：

本发明涉及一种用于模拟盾构隧道管片上浮的实验装置，其包括模拟隧道管片的内筒、与内筒形成间隙的外筒、固定并密封外筒的两端挡板、测量内筒上浮位移的位移传感器、顶板、调节装置和定位装置，内筒两端为密闭结构，外筒套设在内筒上，且内筒与外筒总体上同轴；顶板处于外筒上方，所述的内筒顶部通过定位装置与顶板连接，定位装置穿过外筒处上方设有定位螺母；外筒顶部通过调节装置与顶板连接，调节装置穿过顶板处上方设有调节螺母；所述的顶板连接位移传感器；挡板侧部安装有注浆装置，注浆装置与内外筒之间的间隙连通。

优选地，还包括一个为内筒上浮提供外力的外部框架，所述的外部框架设于挡板的外侧；外部框架上设有重力机构，所述的重力机构包括两个定滑轮、牵引绳和重物，其中一个定滑轮安装在顶板的正上方，另一个安装在顶板的侧上方，所述的牵引绳连接在两个定滑轮上，牵引绳的一端与顶板连接，另一端悬挂重物。

优选地，所述的调节装置对称设置在顶板中心的两侧，调节装置包括调节螺杆和调节螺母，所述的调节螺杆下端通过内嵌在外筒顶部的固端螺母与外筒固定连接，调节螺杆上端通过调节螺母连接在顶板上。