一种沉管隧道注浆模拟试验平台的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种沉管隧道注浆模拟试验平台，包括试验水池和设置在试验水池内的钢筋混凝土试验平台；试验水池采取放坡开挖，坡比为1：2，试验水池的底面设有一层碎石垫层；钢筋混凝土试验平台包括底板和设置在底板周边的侧墙，底板内设有配筋；底板上设有三个注浆孔，三个注浆孔沿底板的长度方向均布；底板上围绕着每个注浆孔的周边设有呈放射状布置的多个长条形浆液扩散观察窗口；所有浆液扩散观察窗口的连线呈三个交叉布置的米字型；试验水池的底面上、并沿钢筋混凝土试验平台的底板四周设有多个支墩。本实用新型可以验证浆液的可泵性、流动性、和易性、缓凝性以及强度等重要性能指标，以保证水下注浆工艺的可靠性。
【专利说明】一种沉管隧道注浆模拟试验平台
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种沉管隧道施工试验装置，尤其涉及一种沉管隧道注浆模拟试验平台。
【背景技术】
[0002]目前，沉管隧道基础处理方法种类很多，大致可分为刮铺法、桩基法、喷砂法、砂流法、灌囊法和注浆法，其中的喷砂法、砂流法、灌囊法和注浆法属于后填法，即先将管段沉放好，再设法将管段与基槽之间的空隙填实。其中，灌囊法是在沙石垫层面上用砂浆囊袋将剩余空隙垫实。预埋孔道管内注浆法是在灌囊法基础上发展起来的一种新颖基础处理方法，它省去了较贵的囊袋、繁复的安装工艺、水上作业和潜水作业。通常做法是在浚挖基槽后，再槽内铺垫40?60cm厚的碎石，整平度达±20cm即可。当管段沉放定位后，沿着管段边墙及封端墙底边抛填闻0.6m?Im左右的砂石混合料,封闭管底空间。接着从險道里面通过预埋在管段底板上的压浆孔向管底空间压注砂浆，充填管段底部和碎石垫层之间的空隙。采用水下注浆进行处理时，尤其是针对高震区、滨海相软土地质层区域内进行沉管隧道的基础处理，确定浆液最佳配比的因素很多，包括浆液的可泵性、流动性、和易性、缓凝性以及强度等重要性能指标，因此，需要研究出模拟大型沉管隧道水下注浆基础试验平台。
实用新型内容
[0003]针对上述现有技术，本实用新型提供一种沉管隧道注浆模拟试验平台。由于隧道施工的需要，尤其是基于高震区、滨海相软土地质层区域内进行隧道设计与施工，为了保证水下注浆基础质量安全，本实用新型提供的水下注浆模拟试验平台，可以验证浆液的可泵性、流动性、和易性、缓凝性以及强度等重要性能指标，同时也可以确定浆液的最佳配比，保证了水下注浆工艺的科学性与可靠性。
[0004]为了解决上述技术问题，本实用新型一种沉管隧道注浆模拟试验平台予以实现的技术方案是:该试验平台包括试验水池和设置在试验水池内的钢筋混凝土试验平台；所述试验水池的深度为3.4至3.Sm，试验水池采取放坡开挖，坡比为1:2，所述试验水池的底面设有一层碎石垫层；所述钢筋混凝土试验平台包括底板和设置在底板周边的侧墙，所述底板内设有配筋；所述底板上设有三个注浆孔，三个注浆孔沿底板的长度方向均布；所述底板上围绕着每个注浆孔的周边设有呈放射状布置的多个长条形浆液扩散观察窗口 ；所有浆液扩散观察窗口的连线呈三个交叉布置的米字型；所述试验水池的底面上、并沿所述钢筋混凝土试验平台的底板四周设有多个支墩。
[0005]本实用新型一种沉管隧道注浆模拟试验平台，其中，所述底板的上面与试验水池的底面的碎石垫层之间的距离等于管段与基槽底部垫层的距离。
[0006]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0007]本实用新型一种沉管隧道注浆模拟试验平台，是根据高震区、滨海相软土地质层区域内的水文、地质、以及沉管管段重量等因素，而研发的一种水下基础注浆模拟施工平台，可以更科学地验证浆液性能以及施工工艺的合理性，有效地保证了深水下注浆施工的质量安全。根据本实用新型试验平台，可以确定浆液的配比以及相关性能，同时也完善与改进了施工工艺。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1是本实用新型中试验水池的平面结构示意图；
[0009]图2是本实用新型中钢筋混凝土试验平台配筋示意图；
[0010]图3是本实用新型中浆液扩散观察窗口布置示意图；
[0011]图4是本实用新型中观察窗预埋钢结构横断面示意图。
[0012]图中:
[0013]11-边坡12-试验区13-支墩
[0014]14-平台预制区21-底板22-侧墙
[0015]23-挡墙24-配筋31-注浆孔
[0016]32-浆液扩散观察窗口41-密封橡胶垫42-高强有机玻璃
[0017]43-橡胶垫44-钢压板45-螺栓塞焊
【具体实施方式】
[0018]下面结合具体实施例对本实用新型作进一步详细地描述。
[0019]本实施例的基础材料是:天津市中央大道海河隧道工程，全长4.2km，其中穿越海河255m采用沉管法工艺，沉管隧道分为三节管段，管段基础采用碎石与膨润土相结合，其中碎石基础在基槽浚挖后采用碎石摊铺船摊铺完成，注浆液基础在管段沉放对接后进行施工。碎石层基础厚度为60cm，砂浆层基础为厚度40cm膨润土砂浆，由水泥、细砂、粉煤灰、钠基膨润土等材料组成，通过在沉管内预埋注浆管与球阀，管段内注浆完成。
[0020]根据上述施工研发本实用新型沉管隧道注浆模拟试验平台的必要性是:
[0021]I)确定注浆压力与扩散半径等性能指标。为了保证浆液能够充分且均匀填充管底与基底之间的空隙，合适的注浆压力以及合理的注浆管间距布置至关重要，通过理论分析与模拟试验，确定注浆压力和浆液扩散半径等性能指标。
[0022]2)确定施工中注浆观测方案。对压力注浆过程实施有效监控是保证浆液能很好填充管底与基底之间空隙，因此需通过试验平台注浆模拟试验，确定其施工中注浆观测方案。
[0023]3)施工工艺改进。水下压力注浆有别于陆地压力注浆，水下注浆不仅要考虑水流、水压力对注浆密实度的影响，而且需将注浆压力控制在合理的范围内，以防止注浆压力过大，沉管段发生异常抬升现象，造成接头破坏，发生透水事故。因此通过该模拟试验，可以科学、合理地分析出水下注浆相关技术参数，以便指导后续施工。
[0024]本实用新型试验平台主要包括三部分，即大型的试验水池、钢筋混凝土平台(注浆装置平台)和浆液扩散观察窗口。
[0025]如图1所示，所述试验水池的深度为3.4至3.8m,试验水池采取放坡开挖，边坡11的坡比为1:2，所述试验水池的底面设有一层碎石垫层，所述碎石垫层由60cm碎石构成，所述试验水池的底面上、并沿所述钢筋混凝土试验平台的底板四周设有多个支墩13，所述支墩13为钢筋混凝土结构。[0026]如图2所示，所述钢筋混凝土试验平台，包括底板21和设置在底板21周边的侧墙22，所述侧墙22的厚度为40 cm,高度为1.2m,所述侧墙22的上部设有挡墙23，所述挡墙23的高度为0.4m，厚度为0.lm，根据实际管段重量在所述底板21内设有配筋24 ;钢筋混凝土试验平台的外轮廓尺寸也即所述底板21的平面尺寸为10 X 26m。试验水池的池底平面尺寸为25mX30m，一边为平台预制区14，另一边为试验区13。
[0027]如图3、图4所示，所述底板21上设有三个注浆孔31，三个注浆孔31沿底板21的长度方向均布，所述底板21的上面与试验水池底面的碎石垫层之间的距离等于管段与基槽底部垫层的距离。所述底板21上围绕着每个注浆孔31的周边设有呈放射状布置的多个长条形浆液扩散观察窗口 32，所有浆液扩散观察窗口 32的连线呈三个交叉布置的米字型，所述浆液扩散观察窗口的宽度为25cm，并由预埋钢结构构成，观察窗口设有高强有机玻璃42，高强有机玻璃42的下面设有密封橡胶垫41，上面设有橡胶垫43和钢压板44，然后通过螺栓塞焊45密封固定。
[0028]利用本实用新型试验平台模拟管段底板，通过调整试验水池内没水深度，可模拟管段的不同抗浮系数，钢筋混凝土试验平台的四周用数根钢支撑(或千斤顶)托住、定位，以确保其试验平台的稳定性。在沿平台长度方向布设三个注浆孔31。在试验水池的池底铺设一层碎石垫层，钢筋混凝土试验平台底面与试验水池池底垫层的距离同管段与基槽底部垫层的距离一致，模拟江底施工的工况条件，试验水池中灌水的淹没高度按设计要求注浆施工时的抗浮安全系数确定。钢筋混凝土试验平台的单位底面积上的抗浮力尽可能接近相应工况沉管底部实际情况。
[0029]试验水池的设计主要从管段的抗浮系数、管段排水、管段荷载、水的压力值、水流速度等方面考虑。因此，也可以开设沟槽与海水连通，以便模拟潮汐及航船造成的水体流动状态。本实施例管段注浆阶段的抗浮安全系数为1.04，管段实际横断面尺寸为36.6mX9.65m，混凝土重度2350 kg /m3。在计算出管段完全浸没时排水量、排水浮力、管段基底超载、试验平台重量、以及悬浮平台时的没水高度等参数值后，进行试验水池的尺寸设计。试验平台深度满足垫层高度与试验平台浮运要求，最小高度为1.198 + I = 2.198m，进行放坡开挖，坡比为1:2，试验水池底平面尺寸取25mX30m。
[0030]钢筋混凝土试验平台在试验水池内预制，并安装支墩13，完毕后试验水池内注水，使钢筋混凝土试验平台起浮，并在试验平台挡墙23上安装沙袋进行配重，模拟管段初步锁定状态。试验平台的制作时，先焊接好观察窗预埋钢结构骨架，再铺设底板钢筋，底板钢筋与浆液扩散观察窗口的预埋钢结构连接为焊接，完成试验池与试验平台后，进行注浆设备的连接，最后才进行深水下膨润土砂浆注浆模拟试验。
[0031]浆液扩散观察窗口 32围绕注浆孔31，并以交叉长条布置，其宽度为25cm，注浆深度为40cm。窗口部分采用预埋通长的钢结构，如图4所示，混凝土浇捣完成后在钢结构上安装高强有机玻璃板42并进行螺栓塞焊45密封，通过该观察窗口可以在注浆过程中观察浆液的流动情况，并结合注浆监测手段进行比较。
[0032]尽管上面结合图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。
【权利要求】
1.一种沉管隧道注浆模拟试验平台，包括试验水池和设置在试验水池内的钢筋混凝土试验平台，其特征在于: 所述试验水池的深度为3.4至3.Sm，试验水池采取放坡开挖，坡比为1:2，所述试验水池的底面设有一层碎石垫层； 所述钢筋混凝土试验平台包括底板和设置在底板周边的侧墙，所述底板内设有配筋；所述底板上设有三个注浆孔，三个注浆孔沿底板的长度方向均布；所述底板上围绕着每个注浆孔的周边设有呈放射状布置的多个长条形浆液扩散观察窗口 ；所有浆液扩散观察窗口的连线呈三个交叉布置的米字型； 所述试验水池的底面上、并沿所述钢筋混凝土试验平台的底板四周设有多个支墩。
2.根据权利要求1所述一种沉管隧道注浆模拟试验平台，其特征在于，所述底板的上面与试验水池的底面垫层之间的距离等于管段与基槽底部垫层的距离。
3.根据权利要求1所述一种沉管隧道注浆模拟试验平台，其特征在于，所述支墩为钢筋混凝土。
4.根据权利要求1所述一种沉管隧道注浆模拟试验平台，其特征在于，所述浆液扩散观察窗口由预埋钢结构与高强有机玻璃构成。
5.根据权利要求1所述一种沉管隧道注浆模拟试验平台，其特征在于，所述碎石垫层由60cm碎石构成。
6.根据权利要求1所述一种沉管隧道注浆模拟试验平台，其特征在于，所述侧墙厚度为40 cm,高度为120cm。
7.根据权利要求1所述一种沉管隧道注浆模拟试验平台，其特征在于，所述侧墙上部设有挡墙，所述挡墙的高度为40cm，厚度为10cm。
8.根据权利要求1所述一种沉管隧道注浆模拟试验平台，其特征在于，所述浆液扩散观察窗口的宽度为25cm。
9.根据权利要求1所述一种沉管隧道注浆模拟试验平台，其特征在于，试验水池的池底平面尺寸为25mX30m，所述底板的平面尺寸为10X26m。
【文档编号】E02D33/00GK203429676SQ201320528169
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】徐捷, 于立群, 王玉国, 张兴业, 周晓鹏, 隋洪瑞, 代敬辉, 孟庆祥, 朱世柱, 王朝辉, 王艳宁, 袁有为, 贺春宁, 沈永芳, 路传华, 李秀华, 张志安, 李建芳, 张斌梁, 黄欣, 赵静波 申请人:中铁十八局集团有限公司, 天津海河下游开发有限公司, 天津市市政工程设计研究院, 上海市隧道工程轨道交通设计研究院, 上海交大海科(集团)有限公司, 天津市成套设备工程监理有限公司, 中外天利(北京)工程管理咨询有限公司