[发明专利]考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置及方法

说明书

本发明公开一种考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置及方法，所述考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置包括试验筒、储水组件、浆液筒、压力施加装置以及检测组件。本发明中，该装置能够准确模拟出大埋深、高水压环境下的盾构隧道壁后注浆过程，并测定出注浆过程中浆液时变性、流变性和渗透范围的变化对土体渗透系数、强度和弹模等物理力学参数的影响，通过该装置可以解决不同土层应力状态下的浆液固结以及渗透扩散问题，本发明解决了现有试验装置无法模拟处于大埋深、高水压环境下的盾构隧道壁后注浆过程的问题。

技术领域

本发明涉及注浆试验装置技术领域，特别涉及一种考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置及方法。

背景技术

随着地下空间的逐步利用，盾构施工方法因其高效、安全、环保等特点逐渐被用于修建各大城市的地铁和重要过江隧道。在盾构机往土体掘进的过程中，因掘进机主机外径大于管片直径，所以当盾构机脱离管片后，管片和天然土体之间将留下建筑间隙。为防止间隙引起土体坍塌、漏水和管片错台等问题，需要使用浆液及时填充盾尾间隙，尽可能减小间隙对施工的影响，并起到提高周围土体抗渗能力和加固土体的作用。但是因为壁后注浆的填充和渗透过程较为隐蔽，所以周围土体的抗渗能力和强度变化难以直观得知。因此，在浆液渗透过程中，周围土体的渗透系数和强度随时间和空间的变化为盾构隧道壁后注浆研究方向的一个关注热点。

对于模拟盾构隧道壁后注浆渗透过程，过去的研究对象主要为浅埋隧道，这也导致以往对盾构隧道同步注浆过程中浆液的渗透扩散过程的研究，常常忽略土体应力状态的影响，且实验装置的设计未考虑土体围压及孔隙水压力。但随着穿江越海的大直径盾构隧道的不断修建，如今，对壁后注浆渗透扩散的研究对象开始往长距离越江、湖等水下盾构隧道方向发展，但这些穿江越海的盾构隧道均面临着高水压、大埋深的问题，这导致土体应力状态与一般的浅埋隧道不同。因此，针对大埋深、高水压的实际工程问题，就需要研究不同应力状态下浆液的固结及渗透扩散过程，要求试验装置能够为土体施加不同的应力状态。但现有的试验装置无法满足不同应力状态下的浆液渗透试验，尤其是高应力状态。因此，需要提供一种考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置。

发明内容

本发明的主要目的是提出考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置及方法，旨在解决现有试验装置无法模拟处于大埋深、高水压环境下的盾构隧道壁后注浆过程的问题，即无法模拟高水压、不同应力状态下的浆液固结以及渗透扩散。

为实现上述目的，本发明提出的一种考虑大埋深、高水压的盾构隧道壁后注浆试验装置，包括：

试验筒，包括土样筒、围压筒、注浆室以及排水室，所述土样筒内用以填充土样，且所述土样筒的筒壁可形变设置，所述围压筒套设于所述土样筒，且所述围压筒的筒壁与所述土样筒的筒壁之间限定出围压腔，所述注浆室与所述土样筒的下筒口连通，所述排水室与所述土样筒的上筒口连通；

储水组件，包括第一储水装置和第二储水装置，所述第一储水装置与所述围压腔连通，所述第二储水装置与所述排水室连通；

浆液筒，与所述注浆室连通，所述浆液筒用以储存浆液；

压力施加装置，用以分别向所述第一储水装置内、所述第二储水装置内以及所述浆液筒内施加气压；以及，

检测组件，用以检测所述土样筒内的土样的孔压、以及用以检测所述第二储水装置的重量。

可选地，所述土样筒包括上下连接的多个子筒体，每一所述子筒体包括橡胶薄膜和固定框架，所述橡胶薄膜围合成筒状，所述固定框架套设在所述橡胶薄膜的外周，多个所述橡胶薄膜构成所述土样筒的筒壁。

可选地，相邻所述子筒体之间通过法兰连接。

可选地，所述检测组件包括：

多个孔压计，多个所述孔压计用以上下间隔地放置在所述土样筒内的土样内，以对应检测土样多个高度处的孔压；以及，