CN104900132A - 盾构法施工斜井管片壁后填充的模拟试验装置 - Google Patents
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Abstract
一种盾构法施工斜井管片壁后填充的模拟试验装置，包括弧形钢板和钢支架托垫；所述弧形钢板由内弧形钢板、外弧形钢板和封挡钢板组成，封挡钢板沿着内弧形钢板和外弧形钢板之间四周边的间隙布设，用于连接内弧形钢板和外弧形钢板；所述内弧形钢板上制有多个注浆孔洞，该孔洞连接外部吹填豆砾石设备及注浆设备；所述封挡钢板上均匀制有多个进出水孔，通过进水孔连接外部稳压泵；所述钢支架托垫与外弧形钢板固接。本发明可以模拟盾构在不同坡度、不同管片外壁和围岩壁之间的空隙、不同外部水压及水流流量、不同注浆材料及不同注浆施工工序对斜井盾构管片壁后填充注浆施工封堵效果的影响，试验装置简便，易于操作。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿、铁路及水利等领域施工用设备，特别涉及一种盾构法施工斜井管片壁后填充的模拟试验装置。
背景技术
盾构掘进机集钻、掘、护于一体，能够有效实现长大隧道施工的工厂化作业，是世界上最先进的大型综合性隧道施工设备，代表着国际隧道施工技术的最高水平，在国际上已广泛应用于交通、水电、矿山、市政、国防等工程领域中，现已由应用最广泛的***坡地铁施工扩展到大坡度条件下的斜井(或斜坡隧道)施工，将面临一系列新的技术问题。
对于盾构工法盾尾空隙壁后填充技术，国内外许多专家学者以现场量测与经验方法、物理模型试验、数值分析等方法进行了系列研究。研究主要集中在注浆材料配比的优化、同步注浆施工工艺革新、注浆压力和注浆量对周边环境影响的评价注浆效果的检测等方面。在盾构施工中应对工程要求、地质条件、浆材性能、注浆工艺、成本等因素进行综合考虑，选择合适的注浆材料和注浆施工技术，并结合具体工程的实际，对现有的注浆材料和注浆技术进行完善和革新，以满足地下工程的要求。由于问题的复杂性，盾构注浆技术研究成果距工程实践的要求尚有一定的差距，对于大坡度盾构施工的注浆技术尚未开展***研究，特别是对于物理模型试验由于盾构使用坡度的限制，模型试验均为水平(或近水平)条件下进行的，尚未开展大坡度条件下盾构施工模型试验研究。
发明内容
本发明目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种盾构法施工斜井管片壁后填充的模拟试验装置，该模拟试验装置可以模拟盾构在不同坡度、不同管片外壁和围岩壁之间的空隙、不同外部的水压及水流流量和不同注浆材料及不同注浆施工工序对斜井盾构管片壁后填充注浆施工封堵效果的影响。
如上构思，本发明的技术方案是：
一种盾构法施工斜井管片壁后填充的模拟试验装置，其特征在于：包括弧形钢板和钢支架托垫；所述弧形钢板由内弧形钢板、外弧形钢板和封挡钢板组成，封挡钢板沿着内弧形钢板和外弧形钢板之间四周边的间隙布设，用于连接内弧形钢板和外弧形钢板；所述内弧形钢板上制有多个注浆孔洞，该孔洞连接外部吹填豆砾石设备及注浆设备；所述封挡钢板上均匀制有多个进出水孔，通过进水孔连接外部稳压泵；所述钢支架托垫与外弧形钢板固接。
上述内弧形钢板和外弧形钢板为同心圆。
上述内弧形钢板的纵、横向分别焊接有环形加固肋板和纵向加固肋板。
上述内弧形钢板半径与管片外径相同。
上述外弧形钢板半径为围岩开挖半径。
上述钢支架托垫为斜坡结构，其坡度范围是0°～45°。
上述钢支架托垫由纵向三排不等高的H型钢、水平连接相邻两排H型钢的连接杆和斜向连接相邻两排H型钢的拉杆三部分组成。
本发明具有如下的优点和积极效果：
1、本发明的内、外弧形钢板分别模拟盾构管片外壁和地层围岩壁，内弧形钢板半径与管片外径相同，可根据管片外径调整，钢板满足刚度要求，外弧钢板半径为围岩开挖半径。在内弧形钢板上按管片分块布置制有作为吹填豆砾石及注浆孔的孔洞，用于连接外部吹填豆砾石设备及注浆设备，可分别模拟不同管片分块上注浆孔的位置。
2、本发明内、外弧形钢板四周的带进出水孔封挡钢板,通过进水孔连接外部稳压泵设备，可摸拟盾构施工地下水的水压与水流量对管片壁后填充效果的影响，其中地下水水压可摸拟范围为0～30m，水流量为0～10m3/h。
本发明钢支架托垫做成斜坡状态，用于摸拟斜井或斜坡隧道的坡度。
附图说明
图1为本发明结构平面示意图。
图2为本发明结构正面示意图。
图3为本发明结构侧面示意图。
图中：1、内弧钢板；2、外弧钢板；3、封挡钢板；4、注浆孔洞；5、环向肋板；6、纵向肋板；7、进出水孔；8、H型钢；9、槽钢连接；10、拉杆。
具体实施方式
如图1、2、3所示：一种盾构法施工斜井管片壁后填充的模拟试验装置，包括弧形钢板和钢支架托垫，弧形钢板由内弧形钢板、外弧形钢板和封挡钢板组成。内弧形钢板1与外弧形钢板2为同心圆，内弧形钢板1的内径为管片外径，内弧形钢板1与外弧形钢板2的间距为管片外壁和围岩壁之间的空隙，其间距为封挡钢板3的宽度，封挡钢板3沿内弧形钢板1、外弧形钢板2的边沿布置，并起到连接内弧形钢板1与外弧形钢板2的作用。为加强试验装置钢度，在内弧形钢板1的纵、横向分别焊接有环向肋板5与纵向肋板6。为实现对吹填豆砾石与注浆加固的试验研究，在内弧形钢板1开九个小孔，即注浆孔洞4，即可连接外部豆砾石吹填设备进行豆砾石吹填施工，也可以吹填完豆砾石后，进行注浆施工，摸拟不同注浆材料的注浆填充效果。根据九个注浆孔洞选取作业顺序的不同，可进行施工工序的影响研究。
如图2所示，在试验设备的上下两个坡面切面的封挡钢板3上，分别开三个进出水孔7，通过进水孔7连接外部稳压泵设备，摸拟盾构施工地下水的水压与水流量对管片壁后填充效果的影响。通过下游三个出水孔7的出水物组成、颜色等定性评估对地下水流对注浆材料的冲蚀影响。
如图2、图3所示，钢支架托垫由H型钢8、水平连接相邻两排H型钢的连接杆9和斜向连接相邻两排H型钢的拉杆10三部分组成，水平连接相邻两排H型钢的连接杆9和斜向连接相邻两排H型钢的拉杆10起到整体稳定钢支架托垫的作用，H型钢8由于支承整个试验的荷载，并通过纵向三排H型钢8高度的变化，实现试验坡度的摸拟。
最后通过本试验装置可实现以下两方面的试验研究：
(1)试验通过对豆砾石的吹填量、豆砾石吹填压力、豆砾石吹填所选注浆孔的顺序等对斜坡条件下豆砾石吹填效果进行评价。
(2)在吹填豆砾石的基础上，通过封挡钢板带孔接通外部人工设定水源向管片外壁和围岩壁之间的空隙提供稳定的水压及水流，结合钢支架托垫做成斜坡状态，可以模拟盾构在不同坡度、不同管片外壁和围岩壁之间的空隙、不同外部水压及水流流量、不同注浆材料及不同注浆施工工序对斜井盾构管片壁后填充注浆施工封堵效果的影响。
本发明通过封挡钢板带孔接通外部人工设定水源向管片外壁和围岩壁之间的空隙提供稳定的水压及水流，结合钢支架托垫做成斜坡状态，可以模拟盾构在不同坡度、不同管片外壁和围岩壁之间的空隙、不同外部水压及水流流量、不同注浆材料及不同注浆施工工序对斜井盾构管片壁后填充注浆施工封堵效果的影响，试验装置简便，易于操作。
Claims (7)
1.一种盾构法施工斜井管片壁后填充的模拟试验装置，其特征在于：包括弧形钢板和钢支架托垫；所述弧形钢板由内弧形钢板、外弧形钢板和封挡钢板组成，封挡钢板沿着内弧形钢板和外弧形钢板之间四周边的间隙布设，用于连接内弧形钢板和外弧形钢板；所述内弧形钢板上制有多个注浆孔洞，该孔洞连接外部吹填豆砾石设备及注浆设备；所述封挡钢板上均匀制有多个进出水孔，通过进水孔连接外部稳压泵；所述钢支架托垫与外弧形钢板固接。
2.根据权利要求1所述的盾构法施工斜井管片壁后填充的模拟试验装置，其特征在于：上述内弧形钢板和外弧形钢板为同心圆。
3.根据权利要求1所述的盾构法施工斜井管片壁后填充的模拟试验装置，其特征在于：上述内弧形钢板的纵、横向分别焊接有环形加固肋板和纵向加固肋板。
4.根据权利要求1所述的盾构法施工斜井管片壁后填充的模拟试验装置，其特征在于：上述内弧形钢板半径与管片外径相同。
5.根据权利要求1所述的盾构法施工斜井管片壁后填充的模拟试验装置，其特征在于：上述外弧形钢板半径为围岩开挖半径。
6.根据权利要求1所述的盾构法施工斜井管片壁后填充的模拟试验装置，其特征在于：上述钢支架托垫为斜坡结构，其坡度范围是0°～45°。
7.根据权利要求1所述的盾构法施工斜井管片壁后填充的模拟试验装置，其特征在于：上述钢支架托垫由纵向三排不等高的H型钢、水平连接相邻两排H型钢的连接杆和斜向连接相邻两排H型钢的拉杆三部分组成。
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