[发明专利]考虑盾尾壁后注浆影响的管片环上浮力的试验装置及方法

说明书

本发明涉及一种考虑盾尾壁后注浆影响的管片环上浮力的试验装置与方法，主要包括一种测试壁后注浆引起的管片环上浮力的试验装置，包括圆柱形有机玻璃长管、加压系统、孔压采集系统，排水集水装置。测试方法包括通过测试不同高度位置的浆液孔隙水压力，并处以两者之间的高差得到浆液的浮力重度随时间的变化规律。该装置可考虑不同壁后注浆液、不同注浆压力和不同地层作用下，浆液中孔隙压力及浆液浮力重度随时间的变化过程及变化规律。本发明装置仪器构造简单，操作方便，易于掌握，测试方法简便易懂，便于实验室大量开展浆液对管片环上浮、错台的机理性试验研究，也便于工程应用及推广。

技术领域

本发明是一种考虑盾尾壁后注浆影响的管片环上浮力的试验装置及方法，属于地下工程施工技术领域。

背景技术

随着我国国民经济快速发展，我国城市规模快速扩张，城市交通拥堵已经成为了大城市的通病。采用大流量的地铁运输是大城市高效运营的一种有效交通组织形式，而盾构隧道工法由于对城市交通影响较小、安全高效快速掘进的功能使之成为了城市地铁建设的主流方法。

盾构机尾部进行管片拼装的施工工艺必然导致拼装的管片环与地层之间存在一环形空隙——盾尾空隙。盾构管片壁后注浆是盾构隧道工法中通过向该空隙中泵入浆液进行主动控制地层沉降和稳定管片。国外大多采用具有速凝特点的双液浆进行同步注浆，满足壁后注浆工艺的功能要求，但是对操作人员素质要求较高，否则极易导致堵管被迫频繁停工严重影响工期。正因为如此，国内地铁施工盾尾壁后注浆液通常采用单液浆，其初凝时间过长，导致刚脱出的管片环长期处于液态浆液的包裹中。通过初步计算，可知管片环初期所受到的浆液浮力为管片环自重近4倍，脱出盾尾的管片环上浮是必然的。目前地铁盾构隧道现场施工监测结果显示，刚脱出盾尾的管片环上浮量在几厘米到十几厘米，使得管片拼装质量达不到设计要求，管片破损、裂隙、错台、渗漏现象比比皆是，对将来的地铁运营安全和隧道维护带来巨大的挑战。

目前对于该问题解决存在以下两个难题：1）浆液对管片环的上浮力如何确定以及随时间的变化规律目前都不清楚；2）为了减少管片环错台，管片环侧面发展了多种定位栓、定位凹凸榫等多种形式，其对管片环间接头剪切刚度贡献目前不清楚。随着我国对地铁建设质量越来越重视，该问题的解决提到日程上，引起我国工程界和学术界的高度重视。

发明内容

本发明提出的是一种考虑盾尾壁后注浆影响的管片环上浮力的试验装置及方法，其目的在于针对现有技术存在的上述难题，提供了一种新的浆液对管片环的上浮力的测试装置及其测试方法，该装置体积小、操作简单、可重复性强，可大量开展研究工作，便于研究浆液对管片上浮力随时间的变化规律，为管片上浮、错台机理及防治措施提供了重要的参考。

本发明的技术解决方案：考虑盾尾壁后注浆影响的管片环上浮力的试验装置，试验装置包括圆柱形有机玻璃长管、加压系统、孔压采集系统和排水集水装置，所述加压系统包括空压机、调压装置、进气阀和连接管线，圆柱形有机玻璃长管底部设有排水口，其上铺设地层土样，上部为压缩空气，顶部设有密封盖，侧面顶部设有进气口，进气口通过连接管线连接空压机，设定给定的浆液固结压力，连接管线上设有调压装置和进气阀；所述孔压采集系统包括两个孔压传感器、采集器和计算机，两个孔压传感器安装在圆柱形有机玻璃长管侧壁，孔压传感器与采集器相连，采集器信号输出端连接计算机；所述排水集水装置包括排水阀、集水器、电子天平和计算机，所述排水阀安装在圆柱形有机玻璃长管侧壁下部，通过管道连接集水器，集水器设于电子天平上，电子天平信号输出端连接计算机。

所述有机玻璃圆柱管长度为70cm，在距离底部竖直距离28cm、27cm处侧向开有直径为1cm的圆孔2个，且玻璃圆柱管内侧光滑，管内直径为8cm。

所述计算机安装有孔压数据采集软件和排水集水采集软件。