盾构隧道注浆试验模拟装置的制作方法

1.本发明公开属于建筑施工技术领域，具体地，涉及一种盾构隧道注浆试验模拟装置。


背景技术：

2.随着城市地铁修建规模迅速发展，地铁施工工况及地质条件日趋复杂。地铁隧道受力以及变形控制对注浆工艺、参数以及观测方法提出了更高要求。合理设计复杂条件下地铁隧道注浆试验装置，构建对应试验方法，为解决盾构施工过程中注浆参数的优化、注浆过程监测提供指导。
3.目前针对盾构隧道注浆相关模拟试验主要有以下解决方案：
4.申请号为201210495735.7的中国专利提出了一种盾构隧道背注浆试验的模拟装置及使用方法，属于盾构隧道试验模拟技术领域。包括：外壳、圆筒形盾壳和套设盾壳的内管，通过注浆填满环形空间，模拟盾构隧道背填注浆过程，优化注浆参数和注浆工艺。
5.申请号为202020108322.9的中国专利提出一种盾构隧道注浆试验装置，包括：试验舱、盖板和浇筑系统。试验舱形成的开口容纳腔通过注浆系统经注浆孔充填，模拟盾构隧道不同方位及角度的注浆情况，提高注浆效率。
6.申请号为202210414684.4的中国专利提出一种可视化盾构隧道底部注浆室内试验模拟装置及方法，属于盾构隧道注浆技术领域。包括模型箱、隧模成型机构和注浆机构。通过模拟不同注浆控制参数下盾构隧道底部注浆后浆土混合体形态及注浆工艺，优化注浆参数，提高施工效率。
7.目前盾构隧道施工受力状态评估、差异变形的恢复以及注浆质量评价，对于注浆工艺提出了更高的要求，尤其要减少后期地层扰动。但是，目前对于注浆参数和工艺的优化主要基于经验和现场监测，毫无规律方法可行。而不同的工人在施工过程中作业方式也存在一定差异。同时，由于地层扰动较大，故难以保证盾构施工时整体的受力状态。
8.另外，对于注浆工艺的优化及效率提高，主要措施依托于室内的相似试验，通过不同注浆参数及注浆方案对所设置腔体进行充填试验分析规律。然而在相似试验过程中，不同次的模型制作设备、地层参数和工艺误差，导致横向对比精度差，获取的规律可靠度低。
9.因此，针对现有技术中盾构施工过程中注浆参数无规律可循、施工工艺复杂以及盾构隧道不稳定的问题，还需要提供一种更为合理的技术方案，以解决当前的技术问题。


技术实现要素：

10.本发明的目的是提供一种盾构隧道注浆试验模拟装置，以解决盾构施工过程中注浆参数无规律可循、施工工艺复杂以及盾构隧道不稳定的问题。
11.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
12.本发明提供了一种盾构隧道注浆试验模拟装置，包括支撑件、底座、支架机构、注浆机构和隧模成型机构，所述支撑件在竖直方向上具有基础长度，且所述支撑件配设为两
个，并且间隔设置；
13.所述底座水平设置并且分别连接于两个支撑件；所述底座相对于所述支撑件的底部具有间距；
14.所述支架机构设置于所述底座上方，并且所述支架机构的上方分别连接于两个支撑件；
15.所述隧模成型机构连接于所述支架机构，且所述隧模成型机构上设有注浆空间；所述注浆机构用于向所述注浆空间中注入浆体。
16.在一种可能的设计中，所述支撑件上设有与所述底座相适配的嵌口，以使得所述底座的两端能够分别嵌设于所述支撑件上。
17.在一种可能的设计中，所述嵌口的纵向截面形状呈梯字形，且该梯字形的嵌口的小端面对所述底座。
18.在一种可能的设计中，所述底座上设有多个间隔设置的插孔，所述支架机构上设有与所述插孔相适配的支腿，所述支腿上设有限位部，以使得所述支腿能够从所述底座的上方插设于所述插孔中并抵接于所述底座。
19.在一种可能的设计中，所述限位部配设为限位杆，所述支腿上设有与所述限位杆相适配的定位孔，所述定位孔配设为多个，并高度方向间隔设置；所述限位杆可插设于所述定位孔中。
20.在一种可能的设计中，所述支架机构包括竖撑、横撑和底托，所述横撑设置于所述竖撑上，且所述底托焊接于所述横撑并位于所述竖撑的延长线上；所述竖撑连接于所述底座。
21.在一种可能的设计中，所述隧模成型机构包括外壳、带有注浆孔的内壳，所述外壳套设于所述内壳外周，所述内壳和所述外壳之间的区域形成所述注浆空间，其中，所述内壳与所述外壳之间嵌设有滚珠，以当向外沿轴线抽拉所述滚珠时，以使得所述注浆机构导出的浆液能够注入至所述注浆空间；所述隧模成型机构还包括封盖，所述封盖用于封堵注浆空间。
22.在一种可能的设计中，所述注浆机构包括：包括注浆管、转换器和注浆泵，所述注浆管配设为至少两根并分别连通于所述注浆空间，所述注浆泵通过所述转换器连通于所述注浆管。
23.在一种可能的设计中，所述装置包括控制器和压力监测机构，所述压力监测机构用于监测注浆过程中周围围岩的压力信息；
24.所述压力监测机构和所述注浆机构分别通信连接于所述控制器，所述控制器根据所述压力信息对应的控制所述注浆机构执行相应的动作。
25.在一种可能的设计中，所述控制器配置为中央处理器、可编程逻辑控制器、数字信号处理器、专用集成电路和现场可编程门阵列中的一者；
26.所述压力监测机构配置为压力传感器。
27.通过上述技术方案，当注入的浆体凝固后，即可得到所需的隧道模型。通过这种方式，相似模拟试验架按照相似比可同时安设多个盾构隧道模型，能够获取一致岩层和设备参数条件下的注浆参数及注浆工艺对盾构施工影响，避免多次相似试验导致的人为、装置等误差。同时，能够同步获得注浆参数、注浆工艺、岩土层受力状态信息，为解决盾构施工过
程中出现的变形、失稳等问题提供指导。另外，该试验方法简单可靠、效率高、成本低。
附图说明
28.图1为本发明提供的盾构隧道注浆试验模拟装置在进行相似模拟实验时的结构示意图；
29.图2为本发明提供的盾构隧道注浆试验模拟装置中支撑件的结构示意图；
30.图3为本发明提供的盾构隧道注浆试验模拟装置中底座的结构示意图；
31.图4为本发明提供的盾构隧道注浆试验模拟装置中支架机构的结构示意图；
32.图5为本发明提供的盾构隧道注浆试验模拟装置中外壳向外移动的滚珠示意图；
33.图6为本发明提供的盾构隧道注浆试验模拟装置中内壳及注浆管布设示意图；
34.图7为本发明提供的盾构隧道注浆试验模拟装置的结构示意图。
35.附图标记说明
36.1-支撑件，101-嵌口，2-底座，201-插孔，31-竖撑，32-横撑，33-底托，34-定位孔，35-限位杆，41-内壳，42-外壳，43-滚珠，44-注浆空间，45-封盖，50-注浆孔，51-注浆管，52-转换器，53-注浆泵，6-压力监测机构，7-围岩。
具体实施方式
37.下面结合附图及具体实施例来对本发明做进一步阐述。
38.根据本公开的具体实施方式，提供了一种盾构隧道注浆试验模拟装置。其中，图1至图7示出了其中一种具体实施方式。
39.该装置主要是根据盾构隧道注浆工作原理设计相似试验模型，采用外壳42和内壳41进行嵌套，预制于相似试验架上的相似岩土层中，以位置可调的支架机构固定其位置。利用内壁焊有万向滚珠43的外壳42抽出与内壳41形成注浆空间44，使用预埋注浆管51通过注浆孔50进行充填注浆。
40.在同一支架机构上，可进行一致地层条件不同注浆参数多个盾构施工过程模拟及围岩7状态监测，也可以实现小净距盾构隧道注浆施工模拟。优化注浆工艺、注浆参数以及获取隧道围岩7受力、变形分布规律。
41.参阅图1至图7所示，盾构隧道注浆试验模拟装置包括支撑件1、底座2、支架机构、注浆机构和隧模成型机构，所述支撑件1在竖直方向上具有基础长度，且所述支撑件1配设为两个，并且间隔设置；所述底座2水平设置并且分别连接于两个支撑件1；所述底座2相对于所述支撑件1的底部具有间距。
42.所述支架机构设置于所述底座2上方，并且所述支架机构的上方分别连接于两个支撑件1；所述隧模成型机构连接于所述支架机构，且所述隧模成型机构上设有注浆空间44；所述注浆机构用于向所述注浆空间44中注入浆体。
43.这样一来，当注入的浆体凝固后，即可得到所需的隧道模型。通过这种方式，相似模拟试验架按照相似比可同时安设多个盾构隧道模型，能够获取一致岩层和设备参数条件下的注浆参数及注浆工艺对盾构施工影响，避免多次相似试验导致的人为、装置等误差。同时，能够同步获得注浆参数、注浆工艺、岩土层受力状态信息，为解决盾构施工过程中出现的变形、失稳等问题提供指导。另外，该试验方法简单可靠、效率高、成本低。
44.在本公开中，所述支撑件1上设有与所述底座2相适配的嵌口101，以使得所述底座2的两端能够分别嵌设于所述支撑件1上。这样一来，可便于进行安装。
45.当然，也可以是在插接的基础上，再使得底座2焊接于支撑件1，进而提高两者之间的连接强度。
46.而在其他实施例中，亦可以是使得底座2直接焊接于支撑件1，本领域技术人员可以根据实际需求灵活设置。
47.在本公开提供的一种实施例中，所述嵌口101的纵向截面形状呈梯字形，且该梯字形的嵌口101的小端面对所述底座2。这样一来，使得底座2只能横向方向推进，而避免从纵向方向脱出，进而保证可以保证底座2位置的稳定性。
48.在本公开提供的一种实施例中，所述底座2上设有多个间隔设置的插孔201，所述支架机构上设有与所述插孔201相适配的支腿，所述支腿上设有限位部，以使得所述支腿能够从所述底座2的上方插设于所述插孔201中并抵接于所述底座2，从而实现对于支架机构的快速安装。并且，可便于根据实际施工需求灵活的变更支架机构与底座2的连接位置，具有较好的灵活性。
49.在一种可能的设计中，所述限位部配设为限位杆35，所述支腿上设有与所述限位杆35相适配的定位孔34，所述定位孔34配设为多个，并高度方向间隔设置；所述限位杆35可插设于所述定位孔34中。这样一来，实现了对支架机构的定位和安装，并且结构简单、操作方便，可以根据施工需求改变限位杆35的插入孔位高度。
50.为了保证限位杆35的强度，选用合金材料或者不锈钢材料等作为限位杆35的制造材料。
51.在本公开提供的一种实施例中，所述支架机构包括竖撑31、横撑32和底托33，所述横撑32设置于所述竖撑31上，且所述底托33焊接于所述横撑32并位于所述竖撑31的延长线上；所述竖撑31连接于所述底座2。这样，不仅可以便于这几者的快速安装，还有益于保证底托33的整体抗压强度，具有较好的灵活性和适用性。
52.在本公开提供的一种实施例中，所述隧模成型机构包括外壳42、带有注浆孔50的内壳41，所述外壳42套设于所述内壳41外周，所述内壳41和所述外壳42之间的区域形成所述注浆空间44，其中，所述内壳41与所述外壳42之间嵌设有滚珠43，以当向外沿轴线抽拉所述滚珠43时，以使得所述注浆机构导出的浆液能够注入至内壳和外壳之间的注浆空间44；所述隧模成型机构还包括封盖45，所述封盖45用于从内壳和外壳的侧面来封堵注浆空间44。
53.这样一来，当朝向注浆空间44注浆时，可以先挪除滚珠43，从而使得注浆空间44的区域处于畅通的状态，以使得导入的浆体能够在所述注浆空间44中流动并充满所述注浆空间44。这样在凝固后，即可以得到所需的隧道模型。
54.在本公开提供的一种实施例中，所述注浆机构包括：包括注浆管51、转换器52和注浆泵53，所述注浆管51配设为至少两根并分别连通于所述注浆空间44，所述注浆泵53通过所述转换器52连通于所述注浆管51，从而对注浆空间44进行有效注浆。
55.而注浆管51配设为至少两根，可以通过多路分别向注浆空间44中灌注浆体，从而使得浆体能够均匀地灌注至注浆空间44的各个位置，保证隧道模型的成型质量。
56.具体地，在本公开中，注浆管51配设为三根。而在其他实施例中，亦可以配设为两
根、四根或者五根等任意合适的数量，从而朝向所述注浆空间44快速均匀地注入浆体。
57.在本公开中，支撑件1的底部越靠近地面，支撑件1的横截面积越大。
58.在本公开提供的一种实施例中，所述装置包括控制器和压力监测机构6，所述压力监测机构6用于监测注浆过程中周围围岩7的压力信息；所述压力监测机构6和所述注浆机构分别通信连接于所述控制器，所述控制器根据所述压力信息对应的控制所述注浆机构执行相应的动作。
59.这样一来，有益于根据周围围岩7的压力信息调节注浆机构的注浆状态，从而保持一致岩性，并减少对围岩7的影响，进而有效模拟盾构隧道注浆过程。
60.具体地，在本公开中，控制器配置为中央处理器(central processing unit，cpu)。而在其他实施例中，控制器还可以是配置为数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)或现场可编程门阵列(field－programmable gate array，fpga)中的一者。此外，控制器也可以是网络处理器(network processor，np)、其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。对此，本领域技术人员可以根据实际应用环境灵活组配。
61.所述压力监测机构6配置为压力传感器。
62.进一步地，压力监测机构6、注浆机构和控制器可以是通过gprs、wifi、蓝牙等各种本领域公知的无线传输协议实现数据的传输，从而减少信号线的铺设。当然，也可以通过通信线缆等实现数据的有线传输，本公开对此不做限制。
63.该盾构隧道注浆试验模拟装置在应用时，其盾构隧道注浆同步试验模拟方法包括以下步骤：
64.步骤1：支撑件1与底座2垂直焊接牢固，横撑32和竖撑31尺寸匹配。去除嵌口101和插孔201尺寸外，支撑件1和底座2净宽度不小于20cm。
65.步骤2：岩土层搭建过程同步安装固定模型隧道。按照实际工程和相似比取值，逐层垒砌岩土层(砂石料)，达到预制注浆盾构隧道标高。
66.步骤3：达到预制注浆盾构隧道标高后，将横撑32安设在对应标高的嵌口101。根据隧道位置在对应插孔201安设竖撑31，竖撑31与底托33焊连。通过对应标高定位孔34安设螺栓进行固定。底托33与外壳42半径相匹配。
67.步骤4：将隧道模型中的内壳41上的注浆孔50依次连接注浆管51及转换器52，并在其后端盖上密封盖45。将固定万向滚珠43的外壳42和做好连接的内壳41进行嵌套。
68.步骤5：将装配好的隧道模型安设在底托33之上。若为多个盾构隧道，则制备所需竖撑31和底托33以及隧道模型，重复步骤3和步骤4进行安设。
69.步骤6：隧道模型安设完毕后，继续分层搭建模拟岩土层至指定标高，分层搭建过程中布设监测传感器(压力传感器)。
70.步骤7：模型搭建完毕室内静置72h。连接注浆管51、注浆泵53，同时轴向牵引外壳42，根据牵引速度注浆泵53逐次注浆，使浆液灌注至注浆空间44中。同步监测注浆过程中岩土层受力变化数据，取出24小时后注浆空间44样品测试。多个盾构隧道注浆可以分别设置不同浆液配比、注浆量、注浆压力等参数，开展试验。
71.在步骤2中，岩土层搭建过程同步安装固定模型隧道。按照实际工程和相似比取值，逐层垒砌岩土层，达到预制注浆盾构隧道标高。
72.在步骤2和步骤5中，将装配好的隧道模型安设在底托33之上。若为多个盾构隧道，则制备所需竖撑31、底托33以及隧道模型，重复步骤3和步骤4进行安设。
73.在步骤6中，隧道模型安设完毕后，继续分层搭建模拟岩土层至指定标高，分层搭建过程中布设监测传感器。
74.在步骤7中，模型搭建完毕室内静置72h。连接注浆管51、注浆泵53，同时轴向牵引外壳42，逐次注浆，使浆液灌注至注浆空间44中。同步监测注浆过程中岩土层受力变化数据，取出24小时后注浆空间44样品测试。
75.需要说明的是，多个盾构隧道注浆可以分别设置不同浆液配比、注浆量、注浆压力等参数，开展试验。
76.以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。