[发明专利]一种单环管片上浮力试验装置及其方法

说明书

一种单环管片上浮力试验装置，包括箱体和管片上浮模型，所述箱体的顶部开口，所述管片上浮模型包括外筒和内铁筒模型，所述内铁筒装满砂子以满足模型相似比要求，所述内铁筒模型位于外筒内腔，所述外筒内腔的上部设有注浆口，所述外筒位于箱体内，所述注浆管与注浆管连接，所述注浆管穿过所述箱体侧壁与储浆罐连通，所述内铁筒模型顶部设置连接管，所述连接管穿过所述外筒的顶面与测力计连接，所述测力计与反力架连接，所述反力架安装在机架上。以及提供一种单环管片上浮力试验方法。本发明可在实验室模拟单环管片同步注浆的全过程，以便于研究管片上浮的作用机理。

技术领域

本发明属于盾构施工领域，涉及一种单环管片上浮力试验装置及其方法。

背景技术

由于地上空间的大量使用，交通运行已出现早、晚工作日；节假日严重堵车的现状。目前我国已开始大量投入资金向地下空间的开发当中，地铁、隧道在如火如荼地建设。在地铁施工中，施工机具以盾构为主。盾构分为泥水平衡、土压平衡以及泥气压平衡几种原理的种类。

采用盾构施工具有施工速度快、噪音小、受外界环境影响小、可有效的保证施工的工期以及掘进的准确问题等优点。但是，由于地下土层情况的突变，盾构推进需要适当调整盾构机施工参数，这仅仅靠的是盾构机司机的经验而来，并未有准确的理论指导。

盾构机推进过程中，由于盾构机直径比管片大，故管片脱离盾尾时，地层与管片之间会产生建筑空隙。由于开挖，土体也会发生应力重分布从而产生隆起效应。工程中，为防止空隙导致地层发生位移变形、地表发生沉降，故采用同步注浆技术填满建筑空隙。考虑浆液会对管片产生浮力，当管片自重小于管片上浮力时，管片则会发生上浮从而会导致管片规律性错台破坏发生渗水事故。但目前从室内研究的角度研究管片上浮少之又少，大量采用数值模拟的方法进行模拟，无法了解浆液在建筑空隙中真实的力学特性作用。

发明内容

为了克服已有技术的不足，本发明提供了一种单环管片上浮力试验装置及其方法，可在实验室模拟单环管片同步注浆的全过程，以便于研究管片上浮的作用机理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种单环管片上浮力试验装置，包括箱体和管片上浮模型，所述箱体的顶部开口，所述管片上浮模型包括外筒和内铁筒模型，所述内铁筒装满砂子以满足模型相似比要求，所述内铁筒模型位于外筒内腔，所述外筒内腔的上部设有注浆口，所述外筒位于箱体内，所述注浆管与注浆管连接，所述注浆管穿过所述箱体侧壁与储浆罐连通，所述内铁筒模型顶部设置连接管，所述连接管穿过所述外筒的顶面与测力计连接，所述测力计与反力架连接，所述反力架安装在机架上。

进一步，所述机架包括位于箱体相对的两侧的钢架，两个钢架分别连接至顶部的反力架。

所述储浆罐与空气压力机连接，所述空气压力机与储浆罐的连通管道上设置压力表。采用空气加压原理加压注浆，由空压机加压，调整压力表值，将储浆罐中的浆液注入建筑空隙中。

优选的，所述外筒的顶部设有备用注浆口，备用注浆口内安装密封盖。若因浆液黏度太大，空压机无法注入，装置设置设有备用注浆口，利用重力将浆液流入空隙中，填满后将此密封盖盖住；

所述连接管为钢管，设置两根钢管将外筒与内铁筒悬空挂住。考虑边界效应，外筒与模型箱内壁留一定的距离。

所述装置包括上浮力测量组件，所述上浮力测量组件包括一个测力计和6个压力传感器，其中3个压力传感器均匀埋设在内铁筒模型的顶部外边缘，其他3个压力传感器均匀埋设在内铁筒模型的底部外边缘。

所述内铁筒模型的顶部外边缘和底部外边缘设有埋置口。

优选的，所述箱体采用钢化玻璃制成，所述模型箱侧面钢化玻璃表面每隔10cm设置标记带。目的便于观察浆液填充规律以及管片上浮量。