CN107179391B - 一种用于超浅埋下穿隧道浅层注浆的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种用于超浅埋下穿隧道浅层注浆的试验装置，包括主体外框架、底部位移控制***、顶部加压振动***、注浆***及测量***。主体框架由若干个钢支撑组成，底部位移控制***可以控制拱形位移板不同部位产生升降变形从而模拟隧道开挖卸荷，顶部加压振动***由环形液压千斤顶、反力架、加压板、液压伺服控制器及激振器组成，可以向土体施加轴向静荷载或者振动荷载。注浆效果通过位移计和波速测试探头及取样测试数据体现。本发明能够精确测量超浅埋下穿隧道浅层注浆范围、厚度、抗振性能、强度、沉降性能等重要指标参数，弥补已有方法不足，能够为工程地质、隧道工程等相关领域提供超浅埋下穿隧道浅层注浆设计参数。
Description
技术领域
本发明属于地质工程、隧道工程技术领域，尤其是涉及一种用于超浅埋下穿隧道浅层注浆的试验装置。
背景技术
自1993年建成的我国第一座广州白云山公路连拱隧道以后，我国公路连拱隧道数量大增。目前，我国连拱隧道总里程数已超过200km，成为连拱隧道座数最多，总里程数最长的国家。随着城市地下工程建设和某些特殊涉及环境保护以及地表文物遗址等地下工程，遇到越来越多的超浅埋的地下工程，在遇到这些地下工程的时候，一方面要关心地下工程本身诸如稳定性的问题，同时更重要的是要评价和评估这些工程的建设对地表环境的影响，特别是对设计到地表重要的建筑物以及文物遗址的时候，就对地下工程的建设提出了更高的要求。对于浅埋隧道浅层注浆问题，注浆的作用和其环境影响一直被广泛关注，并急需展开相关试验研究。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述技术缺陷而提供的一种用于超浅埋下穿隧道浅层注浆的试验装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于超浅埋下穿隧道浅层注浆的试验装置，其特征在于，该装置包括主体外框架、底部位移控制***、顶部加压振动***、注浆***及测量***。
所述的主体外框架包括若干个钢管撑、若干个法兰连接盘及若干个支撑翼。所述的钢管撑采用大直径无缝钢管制成，具有较高的整体刚度；所述的法兰连接盘焊接于钢管撑两端用于连接若干个钢管撑；所述的支撑翼位于法兰连接盘与钢管撑连接处，用于增加钢管撑侧向刚度及法兰连接盘与钢管撑的连接刚度。
所述的底部位移控制***包括拱形位移底板和机械锁固式千斤顶。所述的拱形位移底板为上拱形可变性活动板，主要用于模拟隧道开挖所引起的拱顶变形，拱形位移底板上部为试验土体；所述的机械锁固式千斤顶由若干个机械千斤顶组成，可控制拱形位移板不同部位产生升降变形。
所述的顶部加压振动***由环形液压千斤顶、反力架、加压板、液压伺服控制器及激振器组成。所述的环形液压千斤顶锚固在顶部反力架上；所述的反力架通过法兰连接盘与最上端钢管撑连接；所述的加压板位于环形液压千斤顶下部，直接与试验土体接触，可提供轴向压力；所述的液压伺服控制器与环形液压千斤顶相连，用于实时控制环形液压千斤顶压力；所述的激振器位于加压板上部，可通过加压板向土体施加振动荷载。
所述的注浆***由注浆管、止浆塞与注浆机组成，注浆管从装置顶部深入，穿过反力架、环形液压千斤顶与加压板后***试验土体中；所述的止浆塞设置在注浆管与试验土体接触的上部，用于阻止浆液沿注浆管管壁向上涌出；所述的注浆机在试验装置外，与注浆管直接相连用于向注浆管内泵送浆液。
所述的测量***由位移计、若干个取样孔及若干个波速测试探头组成。所述的位移计与加压板直接相连，可测量加压板位移；所述的若干个取样孔位于钢管撑侧面，试验过程中保持盖紧，当注浆结束后可打开利用专用设备采集注浆体试样；所述的若干个波速测试探头设置在钢管撑侧面，并连接数据采集仪，用于实时测量注浆过程中试验土体机械波传播速度。
本发明的使用：
首先将模型箱若干个钢管撑的法兰连接盘拆开，拆除反力架、环形液压千斤顶及加压板，利用机械锁固式千斤顶将拱形位移底板移动至预设位置，向钢管撑内填放试验土体并分层击实，逐渐连接若干个钢管撑直至预设高度。在试验土体上方分别放置加压板、环形液压千斤顶和反力架，将注浆管穿过反力架、环形液压千斤顶与加压板后***试验土体中，并在注浆管与试验土体接触的上部安装止浆塞。利用液压伺服控制器控制环形液压千斤顶通过加压板向试验土体施加轴向压力，并通过液压伺服控制器实时调节所施加压力。开启注浆机向试验土体中注浆，待注浆完成后静置直至浆液完全凝固，开启激振器进行振动试验，停止激振器，移动机械锁固式千斤顶使拱形位移底板产生变形模拟隧道开挖卸荷，以上过程中实时记录全过程中位移计、波速测试探头数据。最后打开取样孔利用专用设备采集注浆体试样。
本发明技术方案的有益效果：
本发明能够精确测量超浅埋下穿隧道浅层注浆范围、厚度、抗振性能、强度、沉降性能等重要指标参数，弥补已有方法不足，能够为工程地质、隧道工程等相关领域提供超浅埋下穿隧道浅层注浆设计参数。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图；
数字标记：
11钢管撑，12法兰连接盘，13支撑翼，2试验土体，
31拱形位移底板，32机械锁固式千斤顶，
41环形液压千斤顶，42反力架，43加压板，44液压伺服控制器，45激振器，
51注浆管，52注浆机，53止浆塞，
6位移计，
7取样孔，
81波速测试探头，82数据采集器
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
具体实施例中，如图1所示，该装置包括钢管撑1，法兰连接盘11，支撑翼12，试验土体2，拱形位移底板31，机械锁固式千斤顶32，环形液压千斤顶41，反力架42，加压板43，液压伺服控制器44，激振器45，注浆管51，注浆机52，止浆塞53，位移计6，取样孔7，波速测试探头81，数据采集器82。
主体外框架包括两个钢管撑11、四个法兰连接盘12及二十四个支撑翼13。法兰连接盘12焊接于钢管撑11两端，支撑翼13位于法兰连接盘12与钢管撑11连接处，多个钢管撑11可以通过法兰连接盘12连接。
拱形位移底板31为上拱形可变性活动板，其上部直接放置试验土体2，机械锁固式千斤顶32由五个机械千斤顶组成，可控制拱形位移板31不同部位产生升降变形。
反力架42通过法兰连接盘12与最上端钢管撑11连接，环形液压千斤顶41锚固在其下方，加压板43位于环形液压千斤顶41与试验土体2之间，液压伺服控制器44用于实时控制环形液压千斤顶41压力，而固定在加压板43上的激振器45可向土体施加振动荷载。
注浆管51穿过反力架42、环形液压千斤顶41与加压板43后***试验土体2中，并在注浆管51与试验土体2接触的上部设置止浆塞53，用于阻止浆液沿注浆管51管壁向上涌出，浆液通过注浆机52向泵送进注浆管51。
位移计6与加压板43直接相连，可测量加压板位移，二十二个取样孔位7于钢管撑11侧面，试验过程中保持盖紧，当注浆结束后可打开利用专用设备采集注浆体试样，五个波速测试探头81设置在钢管撑侧面，并连接数据采集仪82，用于实时测量注浆过程中试验土体机械波传播速度。
装置使用时，首先将模型箱若干个钢管撑11的法兰连接盘12拆开，拆除反力架42、环形液压千斤顶41及加压板43，利用机械锁固式千斤顶32将拱形位移底板31移动至预设位置，向钢管撑11内填放试验土体2并分层击实，逐渐连接若干个钢管撑11直至预设高度。在试验土体2上方分别放置加压板43、环形液压千斤顶41和反力架42，将注浆管51穿过反力架42、环形液压千斤顶41与加压板43后***试验土体2中，并在注浆管51与试验土体2接触的上部安装止浆塞53。利用液压伺服控制器44控制环形液压千斤顶41通过加压板43向试验土体2施加轴向压力，并通过液压伺服控制器44实时调节所施加压力。开启注浆机52向试验土体2中注浆，待注浆完成后静置直至浆液完全凝固，开启激振器45进行振动试验，停止激振器45，移动机械锁固式千斤顶32使拱形位移底板31产生变形模拟隧道开挖卸荷，以上过程中实时记录全过程中位移计6、波速测试探头81数据。最后打开取样孔7利用专用设备采集注浆体试样。
Claims (1)
1.一种用于超浅埋下穿隧道浅层注浆的试验装置，其特征在于，该装置包括主体外框架、底部位移控制***、顶部加压振动***、注浆***及测量***；
所述的主体外框架包括若干个钢管撑、若干个法兰连接盘及若干个支撑翼；所述的钢管撑采用无缝钢管制成；所述的法兰连接盘焊接于钢管撑两端用于连接若干个钢管撑；所述的支撑翼位于法兰连接盘与钢管撑连接处，用于增加钢管撑侧向刚度及法兰连接盘与钢管撑的连接刚度；
所述的底部位移控制***包括拱形位移底板和机械锁固式千斤顶；所述的拱形位移底板为上拱形可变性活动板，主要用于模拟隧道开挖所引起的拱顶变形，拱形位移底板上部为试验土体；所述的机械锁固式千斤顶由若干个机械千斤顶组成，可控制拱形位移板不同部位产生升降变形；
所述的顶部加压振动***由环形液压千斤顶、反力架、加压板、液压伺服控制器及激振器组成；所述的环形液压千斤顶锚固在顶部反力架上；所述的反力架通过法兰连接盘与最上端钢管撑连接；所述的加压板位于环形液压千斤顶下部，直接与试验土体接触，可提供轴向压力；所述的液压伺服控制器与环形液压千斤顶相连，用于实时控制环形液压千斤顶压力；所述的激振器位于加压板上部，可通过加压板向土体施加振动荷载；
所述的注浆***由注浆管、止浆塞与注浆机组成，注浆管从装置顶部深入，穿过反力架、环形液压千斤顶与加压板后***试验土体中；所述的止浆塞设置在注浆管与试验土体接触的上部，用于阻止浆液沿注浆管管壁向上涌出；所述的注浆机在试验装置外，与注浆管直接相连用于向注浆管内泵送浆液；
还包括测量***，
所述的测量***由位移计、若干个取样孔及若干个波速测试探头组成；所述的位移计与加压板直接相连，可测量加压板位移；所述的若干个取样孔位于钢管撑侧面，试验过程中保持盖紧，当注浆结束后可打开采集注浆体试样；所述的若干个波速测试探头设置在钢管撑侧面，并连接数据采集仪，用于实时测量注浆过程中试验土体机械波传播速度。
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