类矩形盾构掘进机防背土试验设备及其试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及隧道工程技术领域，特指一种类矩形盾构掘进机防背土试验设备及其试验方法。
【背景技术】
[0002]盾构掘进机背土，即由于泥土粘性及土压力作用，泥土粘附于盾构掘进机外表面，且泥土与机器无法脱离并跟随机器共同前进的一种现象。背土现象会导致盾构掘进机周围土体严重扰动，并可能引起地表隆起或塌陷，对施工区域地表及地表建筑物造成严重影响。传统的圆形盾构机，因其表面为圆形，不易产生背土现象，但是类矩形盾构掘进机由于其背部盾壳呈平面形状，因此很容易在其背部盾壳处产生背土现象。在目前的盾构隧道施工中，主要是通过在盾构掘进机外表面开设注浆孔，并注入减摩浆液的方法来防止背土现象的产生。但由于盾构机截面各异，其注入减摩浆液的效果无法预知，故需要一种相同截面形状的盾构掘进机防背土试验设备来对盾构掘进机的防背土效果进行试验，以保证盾构掘进机在隧道施工中的安全性。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种类矩形盾构掘进机防背土试验设备及其试验方法，解决现有类矩形盾构掘进机采用表面注入减摩浆液防止背土现象时无法预知注入减摩浆液的效果的问题。
[0004]实现上述目的的技术方案是:
[0005]本发明一种类矩形盾构掘进机防背土试验设备，包括:
[0006]工作井，包括前洞门、后洞门、以及设于所述前洞门和所述后洞门之间的土体结构；
[0007]埋设于所述土体结构内的试验模拟盾尾，所述试验模拟盾尾的外表面开设有复数个注浆口 ；
[0008]试验模拟管片，头部伸入所述试验模拟盾尾内，尾部与所述后洞门连接固定；以及
[0009]推进千斤顶，支设于所述试验模拟管片的前端面与所述试验模拟盾尾的前端之间，以推进所述试验模拟盾尾向所述前洞门顶进。
[0010]采用试验模拟盾尾模仿盾构掘进机的盾尾，在盾构掘进机防背土试验中，通过在试验模拟盾尾上开设复数个注浆口，不仅能对减摩浆液的压力进行调整，还能依赖对注浆位置的调整获取较佳的减摩浆液的注浆方案，对实际施工具有良好的指导作用。
[0011]本发明类矩形盾构掘进机防背土试验设备的进一步改进在于，所述注浆口沿所述试验模拟盾尾外周设置，每一所述注浆口连通有一注浆管，通过所述注浆管注入减摩浆液。
[0012]本发明类矩形盾构掘进机防背土试验设备的进一步改进在于，所述后洞门处设有固定法兰，所述固定法兰连接所述试验模拟管片的尾部。
[0013]本发明类矩形盾构掘进机防背土试验设备的进一步改进在于，所述土体结构内插设有多个测斜沉降管，以监测所述试验模拟盾尾顶进过程中土体的扰动状况；所述土体结构表面还布设有地表位移计。
[0014]本发明类矩形盾构掘进机防背土试验设备的进一步改进在于，所述试验模拟盾尾的后部与所述试验模拟管片之间设置有盾尾刷，所述盾尾刷设于所述注浆口的后方。
[0015]本发明一种类矩形盾构掘进机防背土试验设备的试验方法，包括:
[0016]挖掘工作井，于所述工作井的中部填土至设定标高以形成土体结构，所述土体结构的前方和后方分别形成有前洞门和后洞门；
[0017]在所述工作井内填土过程中，将试验模拟盾尾和试验模拟管片埋入土体结构内，其中:所述试验模拟盾尾的外表面开设有复数个注浆口，所述试验模拟管片的头部伸入所述试验模拟盾尾内，尾部与所述后洞门连接固定，于所述试验模拟管片的前端面与所述试验模拟盾尾的前端之间支设推进千斤顶；
[0018]通过所述推进千斤顶推进所述试验模拟盾尾向所述前洞门顶进，在所述试验模拟盾尾顶进过程中，通过所述注浆口控制注浆压力并监测土体扰动状况以获取注浆方案。
[0019]本发明类矩形盾构掘进机防背土试验设备的试验方法的进一步改进在于，于每一所述注浆口处连通一注浆管，通过所述注浆管实现注浆压力的控制。
[0020]本发明类矩形盾构掘进机防背土试验设备的试验方法的进一步改进在于，于所述后洞门处设置固定法兰，将所述试验模拟管片连接所述固定法兰。
[0021]本发明类矩形盾构掘进机防背土试验设备的试验方法的进一步改进在于，于所述土体结构内插设多个测斜沉降管，以监测所述试验模拟盾尾顶进过程中土体的扰动状况；
[0022]于所述土体结构表面布设地表位移计以监测地表位移。
[0023]本发明类矩形盾构掘进机防背土试验设备的试验方法的进一步改进在于，于所述试验模拟盾尾的后部与所述试验模拟管片之间设置盾尾刷，将所述盾尾刷设于所述注浆口的后方。
【附图说明】
[0024]图1为本发明类矩形盾构掘进机防背土试验设备的侧面剖视图。
[0025]图2为本发明类矩形盾构掘进机防背土实验设备中试验模拟盾尾和试验模拟管片的部分剖开结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0027]本发明提供了一种本发明类矩形盾构掘进机防背土试验设备及其试验方法，将试验模拟盾尾和试验模拟管片的形状设置为与类矩形盾构掘进机截面形状相同，通过推进千斤顶推进试验模拟盾尾在土体中顶进，且顶进过程中通过试验模拟盾尾上开设的注浆口注入减摩浆液，推进千斤顶对试验模拟盾尾的推进模拟实际施工中盾构掘进机的推进过程，在减摩浆液的注入过程通过控制注浆压力和调整注浆位置，配合监测土体的扰动状况，确定减摩浆液的防背土效果，能够取得最佳的注浆方案，以指导实际工程。下面结合附图对本发明类矩形盾构掘进机防背土试验设备及其试验方法进行说明。
[0028]参阅图1，显示了本发明类矩形盾构掘进机防背土试验设备的侧面剖视图。下面结合图1，对本发明类矩形盾构掘进机防背土试验设备进行说明。
[0029]如图1所示，本发明类矩形盾构掘进机防背土试验设备包括工作井11、试验模拟盾尾12、试验模拟管片13、以及推进千斤顶14，该防背土试验设备旨在模拟类矩形盾构掘进机的掘进过程，对类矩形盾构掘进机进行缩尺模拟，利用大型的工作井11进行盾构掘进机防背土试验。
[0030]工作井11包括前洞门111、后洞门112、以及设于前洞门111和后洞门112之间的土体结构113。该工作井11按照设定的尺寸进行挖掘，然后再于工作井11的中部回填土体，对回填的土体进行穷实以形成土体结构113。
[0031]试验模拟盾尾12埋设于土体结构113中，该试验模拟盾尾12为类矩形截面，在试验模拟盾尾12的外表面开设复数个注浆口 121，减摩浆液从注浆口 121注入到试验模拟盾尾12的外表面，该注浆口 121沿着试验模拟盾尾12的外表面四周布设若干个，在进行注浆的过程中，可以选择不同位置的注浆口 121进行注浆，以实现对注浆位置的调整。
[0032]试验模拟管片13的头部伸入到试验模拟盾尾12内，尾部与后洞门112连接固定，该试验模拟管片13为多节管节连接形成，该试验模拟管片13部分伸入到试验模拟盾尾12内，部分埋在土体结构113中，试验模拟管片13的截面也为类矩形结构。在后洞门112处固设有固定法兰115，试验模拟管片13固定在固定法兰115上，通过固定法兰115将试验模拟管片13固定。
[0033]推进千斤顶14支设于试验模拟管片13的头部和试验模拟盾尾12之间，推进千斤顶14支撑于试验模拟盾尾12的前端和试验模块管片13的前端面，该推进千斤顶14的一端支设固定于试验模拟盾尾12前端的内侧面上，由于试验模拟管片13固定在后洞门112上，通过推进千斤顶14的推进，使得试验模拟盾尾12向前洞门111的方向顶进。推进千斤顶14数量为若干，安装在试验模拟管片13的前端。
[0034]在试验模拟盾尾12的顶进过程中，通过选择注浆口 121的开通与闭合来调整减摩浆液的注浆位置，控制每一注浆口 121注入减摩浆液的注浆压力，配合监测土体结构的扰动状况，通过模拟试验，能够确定减摩浆液的防背土效果，获取最佳的注浆方案，以指导实际工程施工。
[0035]在土体结构113中插设有多个测斜沉降管114，用于测量土体结构113的倾斜和沉降情况，实现监测土体的扰动状况。该测斜沉降管114插设于试验模拟盾尾12的四周以及顶部，较全面的监测土体扰动状况。在土体结构113的表面布设有地表位移计，监测地表位移情况。
[0036]在前洞门111处设置有洞门方圆节116，该洞门方圆节116的截面为类矩形，洞门方圆节116用于接收试验模拟盾尾12。前洞门111对应实际工况中的接收井，后洞门112对应实际工况中的始发井。
[0037]结合图2所示，在试验模拟盾尾12的内壁上安装有多个注浆管122，注浆管122可以通过焊接固定在试验模拟盾尾12上，注浆管122的数量对应注浆口 121的数量，每一注浆口 121连通一个注浆管122，各个注浆管122之间互不相通，每一注浆管122为单独对应的注浆口 121注浆，减摩浆液经由注浆管122栗送，再从注浆口 121排出至试验模拟盾尾12的外表面。
[0038]在试验模拟盾尾12的后部与试验模