CN204703926U - 一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台，包括内部装有需试验土体的试验箱、用于模拟盾构机的推进***、用于模拟盾构隧道用管片环的试验管和用于模拟盾构施工用同步注浆***的注浆装置；试验管由多个管节拼成；推进***包括钻头和安装在试验管后侧的顶推装置，钻头安装在试验管前端且其直径大于试验管的外径，钻头与试验管之间的连接处留有注浆口；注浆装置包括浆液存储装置、导浆管和注浆泵；需试验土体上安装有土体沉降监测装置，顶推装置上装有顶推力检测单元和顶推位移检测单元。本实用新型结构简单、设计合理、投入成本低且使用操作简便、使用效果好，能对盾构施工同步注浆过程进行模拟，并能对注浆后土体沉降状况进行监测。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种注浆模拟试验平台，尤其是涉及一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台。
背景技术
现如今，盾构法已经成为地铁隧道施工的主要施工方法。盾构法施工过程中，引起盾构隧道发生变形的变形因素很多，但主要是由于开挖引起土层损失从而导致地面沉降。因而，盾构开挖过程中，及时、充分地进行同步壁后注浆，可有效地减少土层损失，而注浆是否充分、浆液在凝固过程中是否会产生流失等因素，都会对土层附加变形产生直接影响。为此，国内外许多专家学者以理论分析、现场量测、模型实验、数值模拟等方法进行了壁后注浆方面的相关研究。
盾构施工造成地表沉降的主要原因是由于盾构外径比管片环的外径大而形成的建筑空隙(即盾尾空隙)，由于脱离盾构机盾尾后一段时间内盾尾空隙接近于无支撑状态，随着周围土体扰动范围的增大，盾尾空隙的变形或局部坍塌直接影响地表沉降的程度，解决这一问题的最好方法是壁后注浆。实际施工时，可先通过现场实验的方法将泥浆注入盾构机盾尾，进而对于所注泥浆控制地面沉降的效果进行分析。但现阶段，对于不同泥浆控制地面沉降效果的研究，绝大部分是通过现场在所施工盾构隧道上选取实验段的方式进行研究，这种研究方法投入费用较大，风险也较大，并且仅能对泥浆本身的物理性质、化学性质和力学性质进行检测(即对泥浆的粘度、凝胶力、流动度、凝胶时间等进行检测)以及对固结硬化后的泥饼质量状况进行检测，然后做出该泥浆是否能起到工程所需效果，但这种检测方法并没有考虑到盾构施工地地质、土质的复杂性，以及土体与泥浆的相互作用，因而不能很好地反映现场的实际施工状况，有一定的局限性，主要原因在于泥浆控制地表变形的真正效果并不和泥浆本身的物理力学性质成正比。
综上，需设计一种结构简单、设计合理、投入成本低且使用操作简便、使用效果好的盾构施工用同步注浆模拟试验平台，能对盾构施工过程中的同步注浆过程进行模拟，并能对注浆后的土体沉降状况进行有效监测。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台，其结构简单、设计合理、投入成本低且使用操作简便、使用效果好，能对盾构施工过程中的同步注浆过程进行模拟，并能对注浆后的土体沉降状况进行有效监测。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台，其特征在于：包括内部装有需试验土体的试验箱、用于模拟盾构机的推进***、用于模拟盾构隧道用管片环的试验管和用于模拟盾构施工用同步注浆***的注浆装置；所述试验管由多个管节从前至后拼接而成，多个所述管节呈同轴布设且相邻两个所述管节之间通过连接件进行连接，所述管节为圆管；所述推进***包括钻头和通过试验管由后向前对钻头进行水平顶推的顶推装置，所述钻头同轴安装在试验管前端且其直径大于试验管的外径，所述顶推装置安装在试验管后侧，所述钻头与试验管之间的连接处留有注浆口；所述注浆装置包括浆液存储装置、与所述浆液存储装置的出液口连接的导浆管和安装在导浆管上的注浆泵，所述导浆管的前端***试验管内且其前端与所述注浆口连接；所述需试验土体上安装有土体沉降监测装置，所述顶推装置上装有对其水平顶推力和水平顶推位移分别进行实时检测的顶推力检测单元和顶推位移检测单元。
上述一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台，其特征是：所述顶推装置位于试验管的正后方，所述试验箱为有机玻璃箱。
上述一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台，其特征是：还包括静态应变仪，所述土体沉降监测装置、顶推力检测单元和顶推位移检测单元均与静态应变仪相接。
上述一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台，其特征是：还包括与静态应变仪相接的上位监控机，所述静态应变仪为SDY2206程控静态电阻应变仪。
上述一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台，其特征是：所述土体沉降监测装置包括多个对需试验土体顶部的竖向位移进行实时检测的竖向位移检测单元，多个所述竖向位移检测单元均布设在需试验土体顶部且其均布设在同一竖直面上，多个所述竖向位移检测单元由左至右进行布设。
上述一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台，其特征是：多个所述竖向位移检测单元布设的竖直面为沉降监测面，所述沉降监测面与试验管呈垂直布设。
上述一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台，其特征是：还包括反力架，所述顶推装置为千斤顶，所述千斤顶的缸体底部支顶在反力架上且其活塞杆顶端支顶在试验管后端。
上述一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台，其特征是：所述管节为第一管节或第二管节，所述第一管节和第二管节均为PVC管；所述第一管节的侧壁上开有多个注浆孔，多个所述注浆孔上均设置有临时封孔件，所述第二管节为侧壁密封的管节，所述第一管节和第二管节呈交错布设。
上述一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台，其特征是：还包括第一注浆管和第二注浆管，所述第一注浆管和所述第二注浆管的进液口均与导浆管的出液口连接，所述第一注浆管的出液口与所述注浆口连接，所述第二注浆管的出液口与所述注浆孔连接。
上述一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台，其特征是：所述管节的长度为110mm～130mm、外径为Φ100mm～Φ120mm且其内径为Φ90mm～Φ110mm；所述钻头的直径为110mm～130mm。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、结构简单、设计合理且投入成本低，加工制作及安装布设方便。
2、使用操作简便且实现方便，主要由试验箱、推进***、试验管、注浆装置和测试***组成。实际使用时，通过推进***将试验管由后向前推进至需试验土体内。推进过程中，采用注浆装置向试验管外侧的空隙内注浆；同时，通过测试***对水平顶推力、水平顶推位移和需试验土体的沉降监测面的土体沉降状况(包括土层沉降或***)进行测试，并能对测试结果进行同步存储，以便后期查询。
3、使用效果好且实用价值高，能对盾构施工过程中的同步注浆过程进行真实模拟，其模拟效果接近实际施工情况，不存在施工风险，能直观观测注浆后的土体沉降状况，并能对注浆后土体沉降状况进行有效测试，从而为研究推进过程中地面沉降(或***)的变化规律研究提供有效的数据依据，并为实际盾构施工提供有效依据。
综上所述，本实用新型结构简单、设计合理、投入成本低且使用操作简便、使用效果好，能对盾构施工过程中的同步注浆过程进行模拟，并能对注浆后的土体沉降状况进行有效监测。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型土体沉降监测装置的布设位置示意图。
图3为本实用新型的电路原理框图。
附图标记说明:
1—需试验土体； 2—试验箱； 3—试验管；
4—钻头； 5—导浆管； 6—注浆泵；
7—顶推力检测单元； 8—顶推位移检测单元； 9—竖向位移检测单元；
10—静态应变仪； 11—上位监控机； 12—千斤顶；
13—反力架； 14—压力表； 15—固定支架；
16—储浆桶。
具体实施方式
如图1、图2所示，本实用新型包括内部装有需试验土体1的试验箱2、用于模拟盾构机的推进***、用于模拟盾构隧道用管片环的试验管3和用于模拟盾构施工用同步注浆***的注浆装置。所述试验管3由多个管节从前至后拼接而成，多个所述管节呈同轴布设且相邻两个所述管节之间通过连接件进行连接，所述管节为圆管。所述推进***包括钻头4和通过试验管3由后向前对钻头4进行水平顶推的顶推装置，所述钻头4同轴安装在试验管3前端且其直径大于试验管3的外径，所述顶推装置安装在试验管3后侧，所述钻头4与试验管3之间的连接处留有注浆口。所述注浆装置包括浆液存储装置、与所述浆液存储装置的出液口连接的导浆管5和安装在导浆管5上的注浆泵6，所述导浆管5的前端***试验管3内且其前端与所述注浆口连接。所述需试验土体1上安装有土体沉降监测装置，所述顶推装置上装有对其水平顶推力和水平顶推位移分别进行实时检测的顶推力检测单元7和顶推位移检测单元8。
本实施例中，所述顶推装置位于试验管3的正后方。所述浆液存储装置为储浆桶16。
本实施例中，所述试验箱2为有机玻璃箱。
并且，所述试验箱2为立方形箱体。实际使用时，所述试验箱2也可以采用其它类型的箱体。
本实施例中，所述试验箱2的长度为1500mm、宽度为1000mm且其高度为1000mm，所述试验箱2的壁厚为15mm。
实际加工时，可根据具体需要，对试验箱2的长度、宽度、高度和壁厚进行相应调整。
实际使用时，能对试验箱2内所述推进***的推进过程和所述注浆***的注浆过程进行直观观测，并且需试验土体1更换方便，试验箱2清洗方便、快捷。
本实施例中，多个所述管节的长度和横截面尺寸均相同。
并且，所述管节的长度为110mm～130mm、外径为Φ100mm～Φ120mm且其内径为Φ90mm～Φ110mm；所述钻头4的直径为110mm～130mm。
本实施例中，所述管节的长度为120mm、外径为Φ110mm、内径为Φ100mm且其壁厚为5mm；所述钻头4的直径为120mm。因而，所述钻头4的直径比所述管节的外径大10mm，所述钻头4在需试验土体1内钻取的钻孔的孔壁与试验管3之间存在间隙，且该间隙与盾构施工过程中盾构机的盾尾空隙对应。
实际使用时，可根据具体需要，对所述管节的长度、外径和内径以及钻头4的直径进行相应调整。
本实施例中，所述管节为第一管节或第二管节，所述第一管节和第二管节均为PVC管。所述第一管节的侧壁上开有多个注浆孔，多个所述注浆孔上均设置有临时封孔件，所述第二管节为侧壁密封的管节，所述第一管节和第二管节呈交错布设。
因而，所述管节包括带注浆孔的第一管节和不带注浆孔的第二管节两种，所述管节均为硬质PVC管。本实施例中，所述连接件为钢环。前后相邻两个所述管节之间通过所述钢环紧固连接为一体。
为连接方便，本实用新型还包括第一注浆管和第二注浆管，所述第一注浆管和所述第二注浆管的进液口均与导浆管5的出液口连接，所述第一注浆管的出液口与所述注浆口连接，所述第二注浆管的出液口与所述注浆孔连接。
实际使用时，采用所述注浆***既可以通过所述注浆口向试验管3外侧的间隙注浆，也可以通过多个所述注浆孔向试验管3外侧的间隙注浆。
本实施例中，所述注浆口的数量为多个，且多个所述注浆口沿圆周方向均匀布设。
结合图3，本实用新型还包括静态应变仪10，所述土体沉降监测装置、顶推力检测单元7和顶推位移检测单元8均与静态应变仪10相接。
本实施例中，本实用新型还包括与静态应变仪10相接的上位监控机11，所述静态应变仪10为SDY2206程控静态电阻应变仪。
并且，所述土体沉降监测装置、顶推力检测单元7、顶推位移检测单元8、静态应变仪10和上位监控机11组成测试***。
其中，所述SDY2206程控静态电阻应变仪为北戴河实用电子技术研究所开发的SDY2206程控静态电阻应变仪，具有自动平衡功能，稳定性好。
本实施例中，所述注浆泵6为金湖中泰仪表有限公司生产的ATE2000-ZQ压力泵，结构简单、轻便，且易操作。
并且，所述导浆管5上装有压力表14。所述压力表14为美国Omega公司生产DPG409系列压力表，数字化显示，测试精度高。
本实施例中，所述土体沉降监测装置包括多个对需试验土体1顶部的竖向位移进行实时检测的竖向位移检测单元9，多个所述竖向位移检测单元9均布设在需试验土体1顶部且其均布设在同一竖直面上，多个所述竖向位移检测单元9由左至右进行布设。
并且，多个所述竖向位移检测单元9布设的竖直面为沉降监测面，所述沉降监测面与试验管3呈垂直布设。实际使用时，可根据具体需要，对所述沉降监测面的数量和各沉降监测面的位置进行相应调整。
实际进行接线时，所述顶推力检测单元7、顶推位移检测单元8和多个所述竖向位移检测单元9均与SDY2206程控静态电阻应变仪连接，所述SDY2206程控静态电阻应变仪设置有多个测试通道。
本实施例中，所述顶推位移检测单元8和多个所述竖向位移检测单元9均为位移计，并且顶推位移检测单元8和多个所述竖向位移检测单元9均为吉康仪器股份有限公司生产的BGK-3427线性电位计式大量程位移计，测量精度高。
本实施例中，多个所述竖向位移检测单元9呈均匀布设。并且，所述试验箱2上方设置有供多个所述竖向位移检测单元9安装的固定支架15。所述试验箱2上部开有多个分别供多个所述竖向位移检测单元9安装的安装孔。
本实施例中，本实用新型还包括反力架13，所述顶推装置为千斤顶12，所述千斤顶12的缸体底部支顶在反力架13上且其活塞杆顶端支顶在试验管3后端。
综上，本实用新型主要由试验箱2、推进***、试验管3、注浆装置和测试***组成。实际使用时，通过推进***将试验管3由后向前推进至需试验土体1内。推进过程中，采用所述注浆装置向试验管3外侧的空隙内注浆；同时，通过所述测试***对所述顶推装置的水平顶推力和水平顶推位移以及需试验土体1的沉降监测面的土体沉降状况(包括土层沉降或***)进行测试。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台，其特征在于：包括内部装有需试验土体(1)的试验箱(2)、用于模拟盾构机的推进***、用于模拟盾构隧道用管片环的试验管(3)和用于模拟盾构施工用同步注浆***的注浆装置；所述试验管(3)由多个管节从前至后拼接而成，多个所述管节呈同轴布设且相邻两个所述管节之间通过连接件进行连接，所述管节为圆管；所述推进***包括钻头(4)和通过试验管(3)由后向前对钻头(4)进行水平顶推的顶推装置，所述钻头(4)同轴安装在试验管(3)前端且其直径大于试验管(3)的外径，所述顶推装置安装在试验管(3)后侧，所述钻头(4)与试验管(3)之间的连接处留有注浆口；所述注浆装置包括浆液存储装置、与所述浆液存储装置的出液口连接的导浆管(5)和安装在导浆管(5)上的注浆泵(6)，所述导浆管(5)的前端***试验管(3)内且其前端与所述注浆口连接；所述需试验土体(1)上安装有土体沉降监测装置，所述顶推装置上装有对其水平顶推力和水平顶推位移分别进行实时检测的顶推力检测单元(7)和顶推位移检测单元(8)。
2.按照权利要求1所述的一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台，其特征在于：所述顶推装置位于试验管(3)的正后方，所述试验箱(2)为有机玻璃箱。
3.按照权利要求1或2所述的一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台，其特征在于：还包括静态应变仪(10)，所述土体沉降监测装置、顶推力检测单元(7)和顶推位移检测单元(8)均与静态应变仪(10)相接。
4.按照权利要求3所述的一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台，其特征在于：还包括与静态应变仪(10)相接的上位监控机(11)，所述静态应变仪(10)为SDY2206程控静态电阻应变仪。
5.按照权利要求1或2所述的一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台，其特征在于：所述土体沉降监测装置包括多个对需试验土体(1)顶部的竖向位移进行实时检测的竖向位移检测单元(9)，多个所述竖向位移检测单元(9)均布设在需试验土体(1)顶部且其均布设在同一竖直面上，多个所述竖向位移检测单元(9)由左至右进行布设。
6.按照权利要求5所述的一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台，其特征在于：多个所述竖向位移检测单元(9)布设的竖直面为沉降监测面，所述沉降监测面与试验管(3)呈垂直布设。
7.按照权利要求1或2所述的一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台，其特征在于：还包括反力架(13)，所述顶推装置为千斤顶(12)，所述千斤顶(12)的缸体底部支顶在反力架(13)上且其活塞杆顶端支顶在试验管(3)后端。
8.按照权利要求1或2所述的一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台，其特征在于：所述管节为第一管节或第二管节，所述第一管节和第二管节均为PVC管；所述第一管节的侧壁上开有多个注浆孔，多个所述注浆孔上均设置有临时封孔件，所述第二管节为侧壁密封的管节，所述第一管节和第二管节呈交错布设。
9.按照权利要求8所述的一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台，其特征在于：还包括第一注浆管和第二注浆管，所述第一注浆管和所述第二注浆管的进液口均与导浆管(5)的出液口连接，所述第一注浆管的出液口与所述注浆口连接，所述第二注浆管的出液口与所述注浆孔连接。
10.按照权利要求1或2所述的一种盾构施工用同步注浆模拟试验平台，其特征在于：所述管节的长度为110mm～130mm、外径为Φ100mm～Φ120mm且其内径为Φ90mm～Φ110mm；所述钻头(4)的直径为110mm～130mm。
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