[發明專利]模擬泥水盾構掘進過程中地層劈裂的裝置及實驗方法

在審

• 申請號: 201910060410.8
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109752253A
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 袁大軍;王滕;羅維平;韓冰宇;李興高;金大龍;吳俊;沈翔;許麗群
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G09B25/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

本發明提供了一種模擬泥水盾構掘進過程中地層劈裂的裝置及實驗方法，包括圍壓室，底板，設置在底板中心的注漿管，注漿管底帽，設置在注漿管底端的油缸，用來模擬盾殼的端管，設置在端管和注漿管頂端之間的連接件，設置在注漿管和端管內部的A、B高壓軟管，包裹在試樣外側的橡膠套，放置在試樣頂部的頂板，設置在頂板上部施加軸壓的軸壓桿，用來連接壓力室和底板的螺栓，設置在壓力室頂部的壓力表和排氣孔，設置在底板上的注水孔，設備臺架。本發明可以實現高水壓條件下泥水盾構掘進過程中動態劈裂過程的模擬，對漿液進行著色便于觀察裂縫的產生，注漿速度、泥漿壓力和注漿管抽出速度可以通過流量計、液壓傳感器和位移傳感器準確測量出來。

技術領域

本發明涉及隧道修建技術領域，尤其涉及一種模擬泥水盾構掘進過程中地層劈裂的裝置及實驗方法。

背景技術

隨著隧道修建技術的不斷進步與發展，盾構法以其開挖速度快、機械化程度高、對周圍環境擾動小、適用范圍廣等優點廣泛應用于各種隧道的建設。尤其是泥水平衡盾構，在穿河跨海隧道的修建過程中基本均得以應用。泥水平衡盾構最大的特點就是采用帶壓泥水維持開挖面穩定的同時，通過泥水循環運出渣土，而泥水壓力的設定是施工中的一個難題。泥水壓力過小，會導致開挖面發生坍塌破壞、泥水壓力過大，會導致開挖面發生劈裂，如果裂縫貫穿至江底引發江水倒灌等事故。因此，研發一種研究裂縫貫穿與泥水壓力之間的關系的裝置與方法對防止劈裂的發生具有重要意義。

目前，對泥水盾構中泥水劈裂的研究相對較少，主要有：袁大軍2010采用自己的現場劈裂儀在地表對深孔注漿，直至地表冒漿，試驗過程中記錄了泥漿壓力、泥漿量等數據，總結出劈裂發生、伸展與泥漿壓力之間的關系、宋為2013年對常規應變式三軸儀進行改造，研究中孔圓柱試樣在不同條件下的劈裂壓力，總結出劈裂發生壓力與各因素之間的關系。

實際工程中泥水劈裂的發生是一個動態過程，裂縫的啟裂位置為刀盤與盾殼之間的開縫處，初始時為微裂縫，之后逐步向上伸展，在伸展至江底之前，隨著盾構機的推進盾殼會堵住裂縫的開口，此時裂縫將停止伸展，而在新的開縫位置開始產生微裂縫，如此循環下去，當泥水倉壓力過大或盾構推進速度過慢時，微裂縫會貫通至江底形成貫通縫，如圖4所示。

目前，現有技術主要針對劈裂發生壓力和單一裂縫的伸展，對裂縫持續產生的動態過程基本沒有研究。

發明內容

本發明的實施例提供了一種模擬泥水盾構掘進過程中地層劈裂的裝置及實驗方法，以克服現有技術的問題。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。

根據本發明的一個方面，提供了一種模擬泥水盾構掘進過程中地層劈裂的裝置，包括：水平放置的底板(6)，在底板(6)上設置壓力室(2)，壓力室(2)的內部放置試樣(4)，在底板(6)的中孔中垂直放置注漿管(22)，所述注漿管(22)從所述試樣(4)的內孔中上下貫穿，在注漿管(22)的下部側壁留有注漿口(31)，底端設置有底帽(8)；

用來模擬盾殼的端管(15)通過連接件(16)與注漿管(22)的頂端連接，在注漿管(22)和端管(15)的內部設置液高壓軟管，在試樣(4)的頂部設置蓋板(12)，在蓋板(12)的上部設置施加軸壓的軸壓桿(10)，在底板(6)上設置注水孔(5)；

從底板(6)上的進水孔(5)往壓力室(2)內注水，直至加到指定圍壓，通過底帽(8)的液體注入口向注漿管(22)的注漿口(31)內注入上色泥漿，注漿管(22)向下運動，連接件(16)牽引著端管(15)同步向下運動，注漿管(22)內的泥漿在開縫處作用在試樣(4)上。

進一步地，所述裝置還包括設置在注漿管(22)底部兩側的兩個油缸(7)，兩個油缸(7)為液壓伸縮式油缸，對稱布置在注漿管(22)的兩側，兩個油缸(7)同步伸縮，以使得注漿管(22)沿豎向運動不會傾斜。