[发明专利]一种模拟注浆及盾构的多功能透明土模型试验装置

说明书

发明提供一种模拟注浆及盾构的多功能透明土模型试验装置。该试验装置包括试验底座、立柱、矩形框架、横行纵梁、隧道专用透明土模型槽、模型槽轨道、注浆系统和隧道盾构系统。矩形框架位于试验底座正上方且两者之间通过若干立柱连接，试验底座上安装有模型槽轨道，隧道专用透明土模型槽滑动安装在模型槽轨道上，注浆器安装在横行纵梁上，通过注浆管道与双液注浆装置相连，隧道盾构系统安装在试验底座上。本发明将注浆装置和隧道盾构开挖装置组合在一个装置中，可同时模拟注浆和隧道盾构开挖工况，提高了试验装置的功能性和利用率；同时，采用自动化轨道，减少了试验模型和弃料的搬运工作量。

技术领域

本发明涉及透明土模型试验技术领域，特别涉及一种模拟注浆及盾构的多功能透明土模型试验装置。

背景技术

随着我国经济快速发展，基础设施建设需求量越来越大，各种隧道工程建设也迎来了发展的高潮。盾构法是隧道工程的主流的施工方法，施工过程中不影响地面交通及居民生活，大幅度提升了隧道施工的效率，为隧道工程建设提供了保证。

隧道施工会对土体产生扰动，引起地面沉降或隆起，使周围土体产生较大变形，造成破坏。为了控制地表沉降及防止管片渗漏水，在隧道施工中常涉及注浆施工工艺。注浆施工工艺也常考虑土体的变形和压力变化等。

然而，现有模拟试验对隧道施工中注浆的研究比较单一，无法全面的模拟施工过程中所存在的一系列可变因素，导致模拟结果对现场的指导作用有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟注浆及盾构的多功能透明土模型试验装置，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种模拟注浆及盾构的多功能透明土模型试验装置，包括试验底座、立柱、矩形框架、横行纵梁、模型槽、轨道系统、注浆系统、隧道盾构系统和数据采集系统。

所述试验底座的上表面布置有轨道系统。所述轨道系统包括模型槽轨道和模型槽承载台。所述模型槽承载台可沿模型槽轨道移动。所述模型槽承载台上表面布置有模型槽。所述模型槽为上端敞口的矩形箱体。所述模型槽的一侧侧壁上设置有隧道口和若干螺丝孔Ⅰ。所述螺丝孔Ⅰ围绕在隧道口旁侧。所述模型槽和模型槽承载台均采用透明材料制成。所述模型槽中填筑透明土试样。所述透明土试样中布置有地下结构模型。

所述试验底座的上表面还布置有若干根立柱。所述矩形框架架设在立柱上方。所述矩形框架包括两根横梁和两根纵梁。所述横梁的长度方向与模型槽轨道的长度方向平行。所述纵梁的长度方向与模型槽轨道的长度方向垂直。所述两根横梁的上表面设置有滑轨。所述横行纵梁架设在两根横梁之间。所述横行纵梁可沿滑轨移动。所述横行纵梁沿长度方向设置有引拔导向槽。

所述注浆系统包括注浆器和双液注浆装置。所述注浆器包括二自由度机械臂、引拔和注浆针头。所述引拔套设在二自由度机械臂上。所述二自由度机械臂可通过引拔在竖直方向移动。所述二自由度机械臂具有内腔。所述注浆针头设置在二自由度机械臂末端。所述引拔通过引拔导向槽嵌设于横行纵梁上。所述引拔可沿引拔导向槽自由滑动。

所述双液注浆装置包括空气压缩机、两个储液罐、输气管道、出液管道和注浆管道。所述输气管道连通空气压缩机与储液罐的注浆孔。所述出液管道连通注浆管道与储液罐的出浆孔。所述注浆管道一端与出液管道连通，另一端伸入二自由度机械臂的内腔后与注浆针头连通。

所述隧道盾构系统包括电控闸阀、出土用模型槽、隧道模型盾构装置和扭转顶进装置。

所述出土用模型槽整体为上端敞口的矩形箱体。所述出土用模型槽相对的两侧侧壁上分别设置有隧道侧孔和轴杆侧孔。所述隧道侧孔和轴杆侧孔同轴设置，且隧道侧孔的直径大于轴杆侧孔的直径。所述隧道侧孔向内延伸出筒状护壁结构。所述隧道侧孔旁侧环绕有若干螺丝孔Ⅲ。