测试盾构隧道同步注浆浆液性质的模型实验装置的制作方法

本实用新型属于盾构施工工程技术领域，尤其涉及一种测试盾构隧道同步注浆浆液性质的模型实验装置。

背景技术：

盾构法施工具有多方面优势，在城市地铁隧道修建中获得了广泛应用。盾构法施工时，在盾壳内将管片拼装完成，随着盾构机向前推进，管片脱离盾尾，在管片和地层间形成环形间隙，为了控制地层位移需要向环状间隙内进行同步注浆，注入浆液为水、水泥、粉煤灰、添加剂等拌合物。在浆液凝固前，浆液处于可流动状态，根据阿基米德浮力原理，浆液会对管片产生浮力，导致管片上浮。管片上浮后会出现管片错台，形成错台裂缝，降低管片密封质量，产生管片漏水等现象，因此对于管片上浮问题的研究显得尤为重要。

实际工程中管片被浆液包围，在浆液浮力作用下，管片上浮排开上部浆液，浆液沿着环形间隙向下流动，管片和浆液都处于运动状态。经过查阅相关文献，中国专利cn108872297a公开了“一种盾尾注浆浆液凝结及管片上浮过程模型试验装置”，利用该装置试验时，将模型土置于模型箱中，模型土内预埋压力盒等位移传感器，将固结压缩板置于模型土的上侧，通过压实机构对固结压缩板施压，将模型土压实，以此模拟真实的土层密实度；然后将固结压缩板取出，通过螺栓将钢管片模型固定于模型箱的上端，通过模型箱侧壁和钢管片模型上的注浆口向钢管片模型与模型土之间注浆，施压机构通过加载板对模型土施压，以模拟地层压力，当浆液在凝固过程中，控制加载板的压力模拟管片上浮的过程。

上述专利的实验装置中，钢管片模型是固定不动的，不能模拟管片的上浮过程，也不能模拟浆液沿环状间隙的流动过程，因此并不能模拟实际工程中管片的上浮过程。

技术实现要素：

基于背景技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种测试盾构隧道同步注浆浆液性质的模型实验装置，在装置内部的管片模型被浆液包围，管片上浮时浆液向下流动，管片与浆液的动态变化过程与实际工程相符，从而能够模拟管片上浮现象，测量管片在恒定外力作用下的上浮过程，为研究浆液性质打下基础。

为了达到目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型涉及一种测试盾构隧道同步注浆浆液性质的模型实验装置，其包括模拟隧道管片的内筒、与内筒形成间隙的外筒、固定并密封外筒的两端挡板、测量内筒上浮位移的位移传感器、顶板、调节装置和定位装置，内筒两端为密闭结构，外筒套设在内筒上，且内筒与外筒总体上同轴；顶板处于外筒上方，所述的内筒顶部通过定位装置与顶板连接，定位装置穿过外筒处上方设有定位螺母；外筒顶部通过调节装置与顶板连接，调节装置穿过顶板处上方设有调节螺母；所述的顶板连接位移传感器；挡板侧部安装有注浆装置，注浆装置与内外筒之间的间隙连通，所述的外部框架设于挡板外侧，外部框架上安装有定滑轮，牵引绳穿过定滑轮，牵引绳一端与顶板连接，另一端悬挂重物。

优选地，所述的挡板四个边角处分别设有第一孔洞，连接杆穿过第一孔洞将挡板与外筒的两侧连接，连接杆的两端通过连接螺母固定。

优选地，所述的注浆装置包括注浆管、流量调节阀和漏斗，所述的注浆管下端穿过挡板与外筒的内部空间连通，漏斗安装在注浆管上端，流量调节阀安装在注浆管上。

优选地，所述的调节装置对称设置在顶板中心的左右两侧，调节装置包括调节螺杆和调节螺母，所述的调节螺杆下端通过内嵌在外筒顶部的固端螺母与外筒固定连接，调节螺杆上端通过调节螺母连接在顶板上。

优选地，所述的定位装置包括定位螺杆和定位螺母，定位螺杆位于调节装置的外侧，所述的外筒顶部设有两个第二孔洞，定位螺杆穿过第二孔洞，定位螺杆下端通过内嵌在内筒顶部的固端螺母与内筒固定连接，定位螺杆中部通过定位螺母与外筒顶部连接，定位螺杆顶部通过固定螺母与顶板固定。

优选地，所述的内筒和外筒为透明材质，外筒的两端为敞口结构，外筒上设有出气孔。

优选地，所述的内筒外表面包裹金属网，金属网外表面涂抹水泥浆。

优选地，所述外部框架上的定滑轮设有两个，其中一个设于顶板的正上方，另一个设于顶板侧上方，牵引绳穿过两个定滑轮，通过固定在顶板上的挂钩与顶板连接。

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本实用新型通过内筒模拟管片、外筒模拟地层，在外筒内注入浆液从而模拟管片的上浮过程，本装置结构简单，管片与浆液的动态变化过程与实际工程相符，从而为分析管片上浮机理提供便利。

2、本实用新型通过改变重物的重量来调整作用于内筒的外力，研究不同外力作用下内筒上浮过程。

3、本实用新型通过安装在顶板上的位移传感器测量内筒上浮的位移情况，测量准确。

4、本实用新型可以再在恒定外力作用下，通过注入不同类型的浆液，研究不同浆液的性质。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的侧视图；

图3是本实用新型的俯视图；

图4是本实用新型中挡板的结构示意图。

示意图中的标注说明：

1-内筒；2-外筒；3-挡板；4-位移传感器；5-调节装置；6-定位装置；7-外部框架；8-注浆装置；9-连接杆；10-连接螺母；11-固端螺母；12-顶板；13-定滑轮；14-牵引绳；15-重物；16-挂钩；21-第二孔洞；22-出气孔；31-第一孔洞；51-调节螺杆；52-调节螺母；61-定位螺杆；62-定位螺母；63-固定螺母；81-注浆管；82-流量调节阀；83-漏斗。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合实施例对本实用新型作详细描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1至图3所示，本实施例涉及一种测试盾构隧道同步注浆浆液性质的模型实验装置，用于模拟盾构隧道管片上浮过程。其包括模拟隧道管片的内筒1、与内筒1形成间隙的外筒2、固定并密封外筒2的两端挡板3、测量内筒1上浮位移的位移传感器4、顶板12、调节装置5和定位装置6，内筒1两端为密闭结构，外筒2套设在内筒1上，且内筒1与外筒2总体上同轴；顶板12处于外筒2上方，所述的内筒1顶部通过定位装置6与顶板12连接，定位装置6穿过外筒2处上方设有定位螺母62；外筒2顶部通过调节装置5与顶板12连接，调节装置5穿过顶板12处上方设有调节螺母52；所述的顶板12连接位移传感器4；挡板3侧部安装有注浆装置8，注浆装置8与内外筒之间的间隙连通。所述的外部框架7设于挡板3外侧，外部框架7上安装有定滑轮13，牵引绳14穿过定滑轮13，牵引绳14一端与顶板12连接，另一端悬挂重物15。

所述的注浆装置8包括注浆管81、流量调节阀82和漏斗83，所述的注浆管81下端穿过挡板3与外筒2的内部空间连通，漏斗83安装在注浆管81上端，流量调节阀82安装在注浆管81上用于控制注浆。

如图2和图4所示，所述的挡板3四个边角处分别设有第一孔洞31，连接杆9穿过第一孔洞31将挡板3与外筒2的两侧连接，连接杆9的两端通过连接螺母10固定。

如图1所示，所述的调节装置5对称设置在顶板12中心的左右两侧，调节装置5包括调节螺杆51和调节螺母52，所述的调节螺杆51下端通过内嵌在外筒2顶部的固端螺母11与外筒2固定连接，调节螺杆51上端通过调节螺母52连接在顶板12上。所述的定位装置6包括定位螺杆61和定位螺母62，定位螺杆61位于调节装置5的外侧，所述的外筒2顶部设有两个第二孔洞21，定位螺杆61穿过第二孔洞21，定位螺杆61下端通过内嵌在内筒1顶部的固端螺母11与内筒1固定连接，定位螺杆61中部通过定位螺母62与外筒2顶部连接，定位螺杆61顶部通过固定螺母63与顶板12固定。

所述的内筒1和外筒2为透明材质，外筒2的两端为敞口结构，外筒2上设有出气孔22。外筒2上的出气孔22用于在向外筒2中注浆时排出外筒2中的空气。所述的内筒1外表面包裹金属网，金属网外表面涂抹水泥浆。可以模拟钢筋混凝土管片表面情况，可以在内筒1外表面打磨粗糙后用涂刷水泥浆，或者包裹金属网、布料等材料后涂抹水泥浆。

所述外部框架7上的定滑轮13设有两个，其中一个设于顶板12的正上方，另一个设于顶板12侧上方，牵引绳14穿过两个定滑轮13，通过固定在顶板12上的挂钩16与顶板12连接。

本实用新型安装过程：

步骤一：内筒1顶部嵌设固端螺母11，将内筒1装入外筒2内部，内筒1的两个固端螺母11与外筒两个第二孔洞21对齐，定位螺杆61穿过第二孔洞21并拧紧在内筒1顶部固端螺母11上；在定位螺杆61上旋入定位螺母62，调整定位螺母62的位置使内筒1与外筒2总体上同轴。

步骤二：在外筒2端面涂抹少量凡士林，两侧挡板3压住外筒2，在两侧挡板3四角处的第一孔洞31穿入连接杆9，旋紧连接螺母10，使两侧挡板3与外筒2之间压紧密封。

步骤三：将调节螺杆51安装于外筒2顶部嵌入的固端螺母11中。先将顶板12下侧的固定螺母63旋入定位螺杆61，再将顶板12放在该固定螺母63上，然后旋入顶板12上侧的固定螺母63，使上下的两个固定螺母63能夹住顶板12。将调节螺母52旋入调节螺杆51，并与顶板12接触。顶板12下方安装位移传感器4，位移传感器4固定在磁性表座上(图中未画出)，调节位移传感器4位置，使其在顶板12上升时两者保持良好接触。将位移传感器4与数据采集仪连接(图中未画出)，将注浆管81安装到挡板3上。

步骤四：外部框架7搭设在挡板3的外部，将两个定滑轮13固定在顶板12上方的外部框架7上，牵引绳14穿过两个定滑轮13一端与顶板上的挂钩16连接，另一端悬挂一个重物15。

本实用新型使用原理：

步骤一：实验装置调试完毕，拌合充足的浆液，浆液通过注浆管81注入内筒1和外筒2之间的间隙中，外筒2内空气体由出气孔22排出，直至浆液充满整个间隙时，关闭调节阀82。

步骤二：待装置整体稳定后，旋开调节螺母52，内筒1在重物15提供的外力作用下通过定滑轮13完成上浮过程，观察上浮过程，位移传感器4记录上浮位移发展过程。

步骤三：改变重物15的重量，重复步骤一和步骤二，研究不同外力作用下内筒上浮过程。

步骤四：注入不同类型的浆液，重复步骤一、步骤二和步骤三研究不同浆液对内筒1上浮过程的影响，从而确定不同浆液的性质。试验完成后拆除挡板3，取出内筒1，清洗试验装置。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方案，实际的结构并不局限于此。所以本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。