TBM压注式混凝土试验装置的制作方法

本实用新型涉及一种tbm压注式混凝土试验装置和试验方法。

背景技术：

tbm是一种新型的隧道施工技术，广泛应用于铁路、公路、水利水电、地铁等隧道的施工作业，其效率更高，更施工安全。但是，在软弱围岩及大变形地层采用常规tbm容易造成隧道变形，从而导致tbm被卡，影响施工安全及工期要求；在一次衬砌中需要大量人力，增加人员的作业安全风险。

基于此，提出了一种针对tbm的新型施工法，即申请号为201910832222.2的发明专利中记载的基于压注式混凝土支护方式的施工方法，简称tbm压注式混凝土工法。该tbm压注式混凝土工法，即单护盾模式掘进，在破碎带、软弱围岩、中等变形、中等岩爆地层采用压注式钢模板现浇混凝土（钢纤维）支护模式，在极破碎、大变形、强岩爆采用压注式超高性能混凝土同时保留钢模板的支护模式。该工法可解决卡机、塌方、危害人员及设备安全，确保施工安全与进度。

针对上述tbm压注式混凝土工法，需要设计的tbm压注式试验装置来验证此工法。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种用于进行tbm的压注式支护试验，从而验证tbm压注式混凝土工法的tbm压注式混凝土试验装置。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种tbm压注式混凝土试验装置，用于进行tbm的压注式支护试验，所述tbm压注式混凝土试验装置包括：

外壳体，所述外壳体内部形成试验空间；

环境模拟层，用于模拟挖掘环境的所述环境模拟层设置于所述外壳体内侧，且其内部形成移动空间；

仿盾体，用于模拟掘进机机体的筒状的所述仿盾体移动地设置在所述移动空间内；

多个盾体拉伸油缸，用于带动所述仿盾体移动的所述盾体拉伸油缸设置于所述试验空间外并连接在所述仿盾体前端；

主体支撑结构，所述盾体拉伸油缸和所述外壳体安装于所述主体支撑结构上；

多个钢模板，所述钢模板拼接设置于所述移动空间内；

多个压注环滑动油缸，所述压注环滑动油缸安装于所述仿盾体内并位于所述钢模板和所述仿盾体之间；

注浆头总成，用于向所述仿盾体的后端注入混凝土的所述注浆头总成与所述压注环滑动油缸相连接，所述注浆头总成连接有混凝土注入系统；

密封总成，所述密封总成与所述注浆头总成相连接并位于所述注浆头总成与所述仿盾体之间。

优选的，所述环境模拟层包括形成于所述外壳体内侧的容纳腔、设置于所述容纳腔内的能够注水的砂石料。

优选的，所述外壳体上开设有人孔，所述人孔的端口设置有人孔盖。

优选的，所述盾体拉伸油缸通过拉伸油缸销轴而与所述仿盾体相连接。

优选的，所述注浆头总成包括与所述注浆环滑动油缸相连接的注浆环、设置于所述注浆环上的多道盾尾刷。

优选的，所述密封总成包括多个压板、多个唇形密封压环和多个紧固组件，所述压板和所述唇形密封压环交替层叠设置而形成层叠结构并通过所述紧固组件相固定连接。

优选的，所述紧固组件包括压紧螺杆、与所述压紧螺杆相配合的螺母。

优选的，所述紧固组件还包括套设于所述压紧螺杆上并由所述螺母压紧在位于所述层叠结构内端的所述压板侧部的钢管，所述钢管与所述注浆环相连接。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型能够对tbm压注式混凝土工法进行验证，从而能够保证采用该tbm压注式混凝土工法的施工安全和进度。

附图说明

附图1为本实用新型的tbm压注式混凝土试验装置的主视示意图。

附图2为本实用新型的tbm压注式混凝土试验装置的b-b剖视图。

附图3为本实用新型的tbm压注式混凝土试验装置的a部放大视图。

以上附图中：1、外壳体；2、环境模拟层；3、仿盾体；4、盾体拉伸油缸；5、主体支撑结构；6、钢模板；7、压注环滑动油缸；8、注浆头总成；9、密封总成；10、止浆板；11、人孔；12、人孔盖；13、容纳腔；14、砂石料；15、拉伸油缸销轴；16、注浆环；17、压板；18、唇形密封压环；19、压紧螺杆；20、螺母；21、无缝钢管；22、第一道盾尾刷；23、第二道盾尾刷。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本实用新型作进一步描述。

实施例一：如附图1至附图3所示，一种用于进行tbm的压注式支护试验的tbm压注式混凝土试验装置，包括外壳体1、环境模拟层2、仿盾体3、多个盾体拉伸油缸4、主体支撑结构5、多个钢模板6、多个压注环滑动油缸7、注浆头总成8和密封总成9。

外壳体1大致呈圆筒形，其内部中空而形成试验空间。外壳体1上可以开设人孔11，并在人孔11的端口设置人孔盖12。

环境模拟层2设置在外壳体1内侧，沿外壳体1内壁设置，其内部则形成移动空间。环境模拟层2用于模拟tbm的挖掘环境。环境模拟层2包括形成于外壳体1内侧的容纳腔13、设置于容纳腔13内的能够注水的砂石料14。通过向砂石料14加入一定的水压而得到试验所需的环境压力（土体压力）。

仿盾体3呈筒状，其用于模拟掘进机机体，仿盾体3可移动地设置在移动空间中。其轴向的两端分别为其前端和后端，分别对应于图2中的左侧和右侧。仿盾体3的后端可以设置止浆板10。

盾体拉伸油缸4用于带动仿盾体3移动。多个盾体拉伸环状均匀分布，其设置于试验空间外，并通过拉伸油缸销轴15连接在仿盾体3前端。

上述盾体拉伸油缸4和外壳体1安装于主体支撑结构5上，主体支撑结构5可以包括水平设置的底座和竖直设置的安装板，则外壳体1设置在底座上，而盾体拉伸油缸4安装在安装板上。

多个钢模板6依次拼接并设置于移动空间内，当仿盾体3位于移动空间内时，钢模板6也位于仿盾体3内。

多个压注环滑动油缸7均匀分布并安装于仿盾体3内，其沿仿盾体3内壁设置，从而位于钢模板6和仿盾体3之间。

注浆头总成8用于向仿盾体3的后端注入混凝土，其呈环状，并与各个压注环滑动油缸7相连接，注浆头总成8连接有混凝土注入系统（包括混凝土注入管路、用于控制通过混凝土注入而进行的混凝土注入过程的注浆泵等）。注浆头总成8包括与注浆环16滑动油缸相连接的注浆环16、设置于注浆环16上的多道盾尾刷（包括依次设置的第一道盾尾刷22、第二道盾尾刷23）等，注浆环16上开设有注浆口。

密封总成9与注浆头总成8相连接并位于注浆头总成8与仿盾体3之间。密封总成9包括多个压板17、多个唇形密封压环18和多个紧固组件。压板17和唇形密封压环18交替层叠设置而形成层叠结构。通常，压板17的数量比唇形密封压环18的数量多1，使得层叠结构两端均由压板17形成。在本实施例中，设置3个压板17和2个唇形密封压环18，它们均呈圆环形，层叠后所形成层叠结构的轴向为附图2中的左右方向，基于此，定义层叠机构轴向的两端分别为其内端和外端，则内端对应于图2中的左端，而外端对应于图2中的右端。上述压板17唇形密封压环18构成的层叠结构通过紧固组件相固定连接。这些紧固组件相呈环状均布于层叠结构上。紧固组件包括压紧螺杆19、与压紧螺杆19相配合的螺母20，还可以包括套设于压紧螺杆19上并由螺母20压紧在位于层叠结构内端的压板17侧部的无缝钢管21。位于层叠结构外端的压板17上开设有用于容纳压紧螺杆19的螺头的环形的凹槽。从而，压紧螺杆19由右端的压板17开始依次穿过层叠结构的各层和对应的钢管21，最后由螺母20层层压紧。压紧螺杆19的螺头与外端压板17的凹槽槽底之间还可设置橡胶密封垫。而注浆环16则连接在钢管21处。

利用上述tbm压注式混凝土试验装置进行tbm压注式混凝土试验过程中，通过盾体拉伸油缸4将仿盾体3向左侧拉出模拟tbm向前掘进，在砂石料14中打入一定的水压模拟外界土体压力，混凝土从混凝土注入管路同步注入，通过对压注环滑动油缸7无杆腔进行保压，保证压注环对混凝土有一定的压力，从而抵御外部的土体压力，通过不同的试验条件，如混凝土材料、外界水土压力、外界水流情况、推进速度等对试验形成的混凝土环进行强度及性能检测，从而得出满足实际使用的各项指标要求。

具体的试验方法包括以下步骤：

步骤1：对的tbm压注式混凝土试验装置进行空载试验以保证其可以正常运行。

空载试验包括两方面，分别为盾体拉伸油缸4试验和压注环滑动油缸7试验。通过分别启动盾体拉伸油缸4和压注环滑动油缸7运行，并设置合适的运行条件，检查部件之间是否形成干涉，从而来确保其能够正常、流畅运行。

在通过空载试验后，在盾尾刷时间涂好适量盾尾油脂，并拼装好钢模板6，再在外壳体1和仿盾体3之间的容纳腔13中装入砂石料14，请确认润滑系统和尾盾油脂系统运行正常。

步骤2：启动混凝土注入系统（启动注浆泵）并打开外壳体1顶部的排气阀进行第一次混凝土注入，从而向仿盾体3后注入少量混凝土砂浆，使压注环滑动油缸7回缩，当压注环滑动油缸7的回缩量达到x毫米（如200mm左右）时，停止第一次混凝土注入。

步骤3：停止注浆后，对环境模拟层2中的砂石加压而达到所需环境压力（如2bar），同时对压注环滑动油缸7加压而达到所需控制压力（如6.4mpa）。

步骤4：启动盾体拉伸油缸4而将仿盾体3拉出，速度控制在80mm/min。在仿盾体3拉出的同时启动混凝土注入系统进行第二次混凝土注入，单个注浆口的注浆流量控制在68l/min左右。在第二次混凝土注入过程保持环境模拟层2的压力稳定（在2bar左右），可以在合适位置通过设置多个压力传感器来检测压力值，初始的混凝土注入量为y1（如68l/min），当仿盾体3拉出行程达到z1（如2500mm）时，控制拉伸速度不变，减小混凝土注入量至y2（如约35l/min左右），此时会使得压注环滑动油缸7被动伸出，待压注环滑动油缸7完全伸出后，恢复混凝土注入量至y1（68l/min），当仿盾体3拉出行程达到z2（如3000mm）时，关停盾体拉伸油缸4并停止第二次混凝土注入，使压注环滑动油缸7继续保压。

步骤5：待两次注入的混凝土初凝而形成压注环后，将仿盾体3全部拉出，并拆除钢模板6和外壳体1，取出所形成的压注环进行下一步测试。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。