[發明專利]一種泥水盾構簡易壓力艙模型及其使用方法

有效

• 申請號: 201610204196.5
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN105823717B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 朱偉;閔凡路;張寧;錢勇進;杜瑞;徐靜波
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 葛勝非

技術領域

本發明屬于地下工程領域，具體涉及一種泥水盾構簡易壓力艙模型及其使用方法。

背景技術

我國采用盾構工法修建的水下隧道多會穿越高滲透性、高石英含量的砂卵石等地層，經常遭遇盾構機刀盤刀具磨損嚴重、刀盤結餅及障礙物等情況，而被迫停機進行開艙清理或維修等作業。由于受到隧道上部有河流、湖泊等水域、構筑物或者其他原因的影響，從地表加固地層-常壓開艙的方法被限制，以壓氣工法為基礎的帶壓開艙方法被廣泛使用。常規的壓氣工法一般適用于滲透系數小于10^-2cm/s的土層，對于滲透系數大于10^-2cm/s的粗粒土地層，常采用泥漿在開挖面上形成閉氣性良好的泥膜等輔助方法來降低地層的透氣性，保證開挖面的穩定。由于泥膜是一種特殊的多孔介質，其閉氣性能直接決定了帶壓開艙的實施條件和工程安全性。因此，若能在帶壓開艙實施之前，先對擬采用的泥膜進行閉氣性測試，然后根據實驗結果對開艙用的泥漿配比和成膜條件進行調整，有利于保證帶壓開艙的安全、高效的進行。而在現場進行泥膜的閉氣性測試，不僅不經濟，而且還存在較大的風險。

發明內容

為解決現有技術中存在的問題，本發明提出一種泥水盾構簡易壓力艙模型及其使用方法。可以近似模擬雙艙式泥水盾構壓力艙內泥漿成膜的過程，同時可以測試帶壓開艙時泥水盾構開挖面上泥膜的閉氣性。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種泥水盾構簡易壓力艙模型，包括：

有機玻璃筒，其下部側面連接有集水裝置，上部側面通過調壓裝置與空壓機連接，其頂端和底端分別安裝有法蘭盤支座，所述法蘭盤支座之間通過不銹鋼柱預緊連接；

隔板，設置在有機玻璃筒的中部，用于將有機玻璃筒筒體分成設置在上部的壓力艙和設置在下部的泥水艙，所述隔板的一側開設有連通缺口，用于連通泥水艙和壓力艙，另一側設置有通過閥門控制的連通孔；

支架，分別安裝在頂端和底端的法蘭盤支座的側端，并與連通缺口位于相同側，用于壓力艙模型水平放置時的支撐。

進一步地，所述泥水艙的側壁上設有毫米刻度尺。

進一步地，所述隔板固定在壓力艙上。

進一步地，所述有機玻璃筒的下部側面與集水裝置相連位置處設有排水閥；所述有機玻璃筒的上部側面與調壓裝置相連位置處有進氣閥。

進一步地，所述鋼柱依次貫穿底部法蘭盤支座、筒體和頂部法蘭盤支座。

進一步地，當壓力艙模型水平放置時，所述連通缺口位于隔板的下部；所述連通孔位于隔板的上部。

本發明還提供了一種泥水盾構簡易壓力艙模型的使用方法，包括以下步驟：

步驟一： 在有機玻璃筒的下部依次由下往上裝入濾層和試驗地層，并反向充水飽和；

步驟二：將有機玻璃筒的泥水艙和壓力艙固定安裝在一起，關閉隔板一側的連通孔，在泥水艙中裝入泥漿，使泥漿的高度滿足當有機玻璃筒水平放置時，壓力艙內的液位高于開設在隔板另一側的連通缺口的頂端；

步驟三：采用法蘭盤支座對有機玻璃筒的頂端和底端進行密封；打開連通在有機玻璃筒上部側面的空壓機開關，向有機玻璃筒內提供氣壓，同時打開連通在有機玻璃筒下部側面的集水裝置的閥門，開始泥漿滲透成膜實驗；

步驟四：待底部濾水量變化穩定后，將有機玻璃筒水平放置，并使連通缺口位于隔板的下部，連通孔位于隔板的上部；

步驟五：調整有機玻璃筒內氣壓值至實驗氣壓，打開連通孔閥門，使壓力艙的壓縮空氣進入泥水艙，同時泥水艙內的泥漿逐漸進入壓力艙，直至壓力艙和泥水艙的泥漿液位持平；

步驟六：測試氣壓作用下地層表面泥膜的閉氣性，記錄泥膜在氣壓作用下的厚度和濾水量的變化。

進一步地，步驟一中的試驗地層為實際開艙工程中所處位置的地層，裝入地層時通過控制地層干密度使試驗地層接近實際地層。

進一步地，步驟二中裝入的泥漿為實際開艙工程中擬使用的泥漿。

進一步地，步驟三中所述底部濾水量變化穩定是指單位時間內的濾水量小于預設值，預設值由試驗者確定。

本發明的有益效果：

本發明將有機玻璃筒豎直放置，使泥漿在地層中滲透形成泥膜，然后將裝置橫放，根據連通器原理使氣壓直接作用在泥膜上，進行泥膜的閉氣性測試。該模型可以近似模擬雙艙式泥水盾構壓力艙內泥漿成膜的過程，同時可以測試帶壓開艙時泥水盾構開挖面上泥膜的閉氣性，而且該模型操作簡單、壓力設定方便，通過模型的放置方式即可實現由泥漿滲透過程向泥膜閉氣過程的轉化，是一種值得推廣的簡易壓力艙模型及使用方法。