[發明專利]地層劈裂抗力試驗裝置及測定方法

有效

• 申請號: 201310215305.X
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN103308393A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 袁大軍;劉學彥;劉建檳
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于過江隧道工程技術領域，特別涉及一種地層劈裂抗力試驗裝置及測定方法。

背景技術

跨江越海軟土隧道修建時，一般使用泥水盾構法。泥水盾構掘進時，需要設定足夠大的泥水壓力以維持掘進面穩定，否則將出現塌方、冒頂等事故。但是，泥水壓力過大將劈裂地層從而造成泥水噴發、江水倒灌等嚴重工程事故。

而淺覆土粘土地層中，地層的劈裂壓力與維持掘進面穩定所需泥水壓力比較接近。為此，需要確定該地層的劈裂壓力，從而為泥水壓力設定上限提供參考，以保證施工的安全性及科學性。

目前做泥水劈裂試驗主要有室內模擬試驗和泥水盾構機現場試驗兩種方法。室內模擬試驗是事先做好試驗試件，然后利用加壓裝置模擬施加泥水壓力使試件發生劈裂現象；泥水盾構機現場試驗是在施工現場掘進時增大泥水壓力，使盾構機所處掘進地層發生劈裂現象。室內模擬試驗簡單易行，但是該試驗不能得到真實地層的劈裂壓力，因此無法指導現場施工；泥水盾構機現場試驗可以準確的得到掘進地層的劈裂壓力，能夠為現場施工提供準確的參數設定，但是該方法存在相當的風險，易發生工程事故，并且會耗費大量的人力、物力、財力。

目前市場上有劈裂注漿、水壓致裂等設備。這些設備由于使用于工程對象不同而有較大差別。特別是這些設備本身不具備測試功能。尚無地層劈裂抗力的現場原位測定方法和相應裝置。

發明內容

本發明提供了一種地層劈裂抗力試驗裝置及測定方法，可以在耗費比較少的人力、物力、財力的情況下，通過進行簡單易操作的現場試驗，得到掘進地層的真實準確的劈裂壓力，從而為泥水盾構的泥水壓力設定提供壓力設定上限，避免泥水盾構在過江越海隧道施工時發生泥水劈裂、江水倒灌等工程事故。

本發明提供的地層劈裂抗力試驗裝置采用的技術方案為：

泥水箱由有機玻璃箱壁及上下蓋板組成，用于盛放試驗用泥水；上蓋板上連接有排氣閥、注漿管和加壓管，加壓管與氣壓泵連接；泥水箱的側壁上方安裝空氣壓力表，側壁下方連接有地表壓力表；泥水箱的底部連接有鋼管，鋼管上安裝有閥門和流量計，鋼管通過軟膠管與測量管連接；鋼管與軟膠管連接處安裝傳感器，軟膠管與測量管連接處安裝先端壓力表。

所述上蓋板由上結構板和結合板疊合而成，下蓋板由下結構板和結合板疊合而成。

所述泥水箱固定在電動三輪車上，方便移動。

所述泥水箱的外壁粘貼有刻度線，最小刻度為1mm。

本發明提供的基于所述裝置的地層劈裂抗力測定方法，按以下步驟進行：

（a）在需要測定的底層上布置若干個不同深度或不同泥水性能工況的試驗孔；為保證各個試驗點不相互影響，按照45°最大破壞線確定試驗點的布置和其影響范圍；

（b）在布置好的試驗孔底部預埋測量管，并通過軟膠管將泥水箱底部鋼管與測量管連接，保證密封性，并對測量管周邊進行封堵；

（c）對測量管進行清孔，防止底部被淤住；

（d）按預定配比配置泥水；

（e）打開排氣閥和泥水箱底部的閥門，將泥水通過注漿管注入泥水箱，達到泥水箱容積的80%時，停止注入，液面始終位于空氣壓力表下方；

關閉排氣閥和注漿管，通過氣壓泵向泥水箱施加氣壓，通過空氣壓力表讀數控制加壓的速率，使氣壓勻速緩慢增長，加壓速率為1kPa/min～3KPa/min；液面高度緩慢且近似勻速降低，記錄液面高度、地表壓力表、流量計、先端壓力表讀數；不斷增大氣壓，當泥水箱中泥水液面突然迅速下降，壓力不增加甚至減少，且流量計讀數突然增大時，判定土體發生劈裂，此時的先端壓力表讀數即為該地層土體的劈裂壓力值；

（f）對試驗孔開挖，揭示劈裂發生路徑。

所述步驟開始前，先對地層表面的硬殼層進行挖除。

本發明的有益效果為：

（1）使用氣體加壓與液體加壓的組合加壓方式，而非單純的液體加壓，使得劈裂發生時壓力保證一定的連續性，得到準確的劈裂壓力；

（2）定制高精度流量計可以精確地捕捉到劈裂發生；

（3）空氣壓力計、先端壓力表、有機玻璃材質并粘貼刻度泥水箱可以準確顯示劈裂時發生的壓力和流量；

（4）上下蓋板的結合板+結構板的組合設計保證了泥水箱的氣密性。

（5）通過現場劈裂試驗并結合理論分析，給出了盾構機始發后的壓力設定上限值，驗證了預測模型的準確性，對將建設的過江跨海隧道的工程安全有重要的指導意義。

附圖說明

圖1為本發明所述裝置的地上部分結構示意圖；