一种用于测试双液浆填充性的试验装置及试验方法与流程

1.本发明涉及盾构隧道同步注浆技术领域，尤其涉及一种用于测试双液浆填充性的试验装置及试验方法。


背景技术：

2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.随着经济的快速发展和城市规模的不断扩大，城市地下空间的利用率逐渐提高。同步注浆作为隧道施工过程中最重要的工序之一，对于控制地表沉降、管片受力和隧道稳定性有着举足轻重的影响。
4.目前同步注浆材料主要由单液浆和双液浆组成。单液浆具有成本低、制备简单、原材料来源广泛等优势已被广泛普及，但是由于其在刚注入盾尾间隙时为液态，且凝固时间较长(4-10小时)，会使得管片长时间受到远大于其自重的浆液浮力，因此施工过程中往往会出现较为严重的管片上浮现象，造成管片开裂、管片错台、环间渗漏水等施工风险，严重危害施工安全。为解决单液浆凝固时间慢、前期强度低等问题，以工业硅酸钠、磷水玻璃等为添加剂的双液浆应运而生，由于上述添加剂可以加快水泥的水化反应，具有凝固时间短(小于30分钟)、早期强度高等特点，可及时稳定管片，大大减小了施工过程中的管片上浮现象。然而过快的凝固速度使得双液浆在填充壁后空间时，常常在完全填充壁后空间前就失去了流动性，无法完全填充壁后空间，导致填充效果差。由于缺少了注浆层的保护，地层中的水会渗入管片连接处的缝隙处，易造成隧道内渗漏水等施工风险，不利于施工的正常进行。
5.针对双液浆在施工过程中出现的不足，需要开展不同添加剂对双液浆的填充性影响研究。目前已有的测试项目例如稠度试验、凝结时间试验虽然可以在一定程度上反映其填充性，却无法从根本上反映实际工况下双液浆在壁后空间的填充效果，对于深入判断双液浆的填充性仍存在局限性。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的是提供一种用于测试双液浆填充性的试验装置，能够基于不同工况反映双液浆在盾尾间隙中填充的动态过程，可作为具体工况下双液浆填充性能的判断依据。
7.为了实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
8.一种用于测试双液浆填充性的试验装置，包括：盾尾间隙模型、空压机及摄像机；所述盾尾间隙模型为根据具体工况制作的圆环状结构，包括内环、外环、前端面及后端面，其中所述前端面为透明材质，所述摄像机朝向盾尾间隙模型前端面设置；盾尾间隙模型设置注浆孔和空压孔，所述注浆孔设置在所述盾尾间隙模型的内环上，用于向盾尾间隙模型
内注浆；所述空压孔连接所述空压机用于调节盾尾间隙模型内压力。
9.本发明另一优选的实施方式中，所述盾尾间隙模型上设置有流速传感器，用于监测双液浆被注入盾尾间隙模型后的扩散速度。
10.本发明另一优选的实施方式中，所述流速传感器为非接触式传感器。
11.本发明另一优选的实施方式中，所述盾尾间隙模型的注浆孔连接注浆泵，注浆泵用于模拟双液浆的实际施工过程。
12.本发明另一优选的实施方式中，所述盾尾间隙模型外环底部设置排浆管，所述排浆管下接废浆筒。
13.本发明另一优选的实施方式中，还包括固定台架，所述固定台架上安装立柱，所述盾尾间隙模型通过紧固件固定在所述立柱上。
14.本发明另一优选的实施方式中，所述盾尾间隙模型前端面为亚克力材质。
15.本发明实施例还提供了上述所述的用于测试双液浆填充性的试验装置的试验方法：调整盾尾间隙模型内的压力至预定值，开启摄像机进行数据记录，将预先配置好的双液浆注入管片间隙模型，摄像机通过透明前端面获取双液浆扩散情况。
16.本发明另一优选的实施方式中，根据管片不同的埋深情况调整盾尾间隙模型内的压力至预定值。
17.本发明另一优选的实施方式中，所述摄像机的前后两次拍照间隔为0.2s。
18.本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
19.本发明的试验装置在试验前，根据具体工况制作盾尾间隙模型使内外环和前后端面围成一封闭空腔模拟具体的盾尾间隙，在盾尾间隙模型上根据实际工程中的注浆点位的数量与位置在相对应位置开设注浆孔。通过在模型上设置空压孔连接空压机，控制和改变盾尾间隙模型内的气压大小从而模拟不同隧道埋深时双液浆在壁后空间的填充情况。利用摄像机记录双液浆在盾尾间隙内的扩散过程，通过分析试验过程中的拍摄图片还原双液浆在盾尾内填充效果的真实过程，可以更加直观、深入的反映不同注浆压力和不同隧道埋深情况下双液浆在壁后空间的扩散情况，相比于现有的稠度、凝结时间等理论试验方式，更加贴合实践中的具体工况，为双液浆优化研究提供更加高效的试验平台。
20.本发明附加方面的优点将在下面的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
21.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
22.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
23.图1是本发明实施例的试验装置整体示意图；
24.图2是本发明实施例的盾尾间隙模型背面示意图；
25.图3是本发明实施例的紧固件示意图；
26.图中：1、盾尾间隙模型；2、流速传感器；3、空压孔；4、注浆孔；5、排浆阀；6、废浆筒；7、固定台架；8、摄像机；9、电脑；10、注浆泵；11、空压机；12、紧固件；
27.为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。
具体实施方式
28.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
29.术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解术语在本发明的具体含义。在本发明的描述中，“多”或“多个”的含义是两个或两个以上。
30.正如背景技术所介绍的，已有测试浆液性质的试验例如稠度、凝结时间试验等虽然可以在一定程度上反映浆液的流动性和填充性，但其更加偏向于理论研究试验，脱离了实践中的具体工况，无法直接反映实际情况下管片在壁后空间的填充情况，所以无法准确的判断双液浆的填充性的好坏，具有一定的局限性，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种用于测试双液浆填充性的试验装置。
31.如图1-图3所示，本发明一实施例中记载了一种用于测试双液浆填充性的试验装置，包括：盾尾间隙模型1、空压机11及摄像机8；所述盾尾间隙模型1为根据具体工况制作的圆环状结构，包括内环、外环、前端面及后端面，其中所述前端面为透明材质，所述摄像机8朝向盾尾间隙模型1前端面设置；盾尾间隙模型1设置注浆孔4和空压孔3，所述注浆孔4设置在所述盾尾间隙模型1的内环上，用于向盾尾间隙模型1内注浆；所述空压孔3连接所述空压机11用于调节盾尾间隙模型1内压力。
32.盾尾间隙模型的内环、外环、前端面和后端面围成一封闭空腔，内环和外环的直径差即为壁后空间的宽度用于模拟盾尾间隙。盾尾间隙模型至少前端面为透明材质，可以选择亚克力材质，其余内环、外环及后端面可以采用金属材质，保证盾尾间隙模型的强度。
33.注浆孔设置在盾尾间隙模型内环，空压孔可以设置在盾尾间隙模型的前端面。需要注意的是以上所提的开孔处应该保持密闭性，以防止双液浆从开口缝隙处流出，保持后续空压机可正常调节和保持模型内的气压。
34.所述摄像机采用高速摄像机固定在盾尾间隙模型的前面，试验前调整拍摄高度及角度使其可以全面拍摄盾尾间隙模型，主要用于记录双液浆在盾尾间隙内的扩散过程。试验前设置高速摄像机的前后两次拍照间隔为0.2s。
35.由于隧道埋深不同，因此在实际工程中盾尾间隙的压力也存在较大差异。通过在模型上设置空压孔连接空压机，控制和改变盾尾间隙模型内的气压大小从而模拟不同隧道埋深时双液浆在壁后空间的填充情况。
36.在所述盾尾间隙模型1上设置有流速传感器2，流速传感器按照设定角度布置在盾尾间隙模型上，具体可以设置在前端面上，流速传感器2按照36
°
/个的排列间隔布置。可用于监测双液浆在盾尾间隙模型1填充过程中在指定位置处的流速变化。试验结束后可通过电脑9导出流速数据。流速数据可以作为后续评判其填充性的重要指标。
37.所述的流速传感器2采用非接触式并安装在盾尾间隙模型1外侧，无需与液体接触
即可测得其流速，以减少对双液浆流动的影响，提高试验准确性。
38.所述的注浆泵10连接于盾尾间隙模型1上预留的注浆孔4上，通过注浆泵将双液浆注入盾尾间隙模型1内，所述注浆泵主要用于模拟双液浆的实际施工过程。具体操作流程为：注浆泵内盛有预先配置完成的双液浆，开启注浆泵使得双液浆注入盾尾间隙模型。为了更好的模拟双液浆的真实填充情况，双液浆的配置比例需与实际施工相同。可以通过调整注浆泵的注入压力模拟实际工程中不同注浆压力的工况。
39.所述盾尾间隙模型1外环底部设置排浆管，所述排浆管下接废浆筒6，主要功能为试验结束后收集试验废浆，便于接下来的试验开展，排浆管上设置排浆阀5，通过打开排浆阀使得废浆流入废浆筒6。
40.试验装置还包括固定台架7，所述固定台架7上安装立柱，所述盾尾间隙模型1通过紧固件12垂直安装在所述立柱上。所述固定架、立柱和紧固件均为金属材质，紧固件形状如图3所示，中部具有容纳立柱的凹槽。紧固件和盾尾间隙模型可以通过螺钉连接，也可以焊接固定，通过固定台架和立柱保持盾尾间隙模型试验过程中的稳定性。
41.所述用于测试双液浆填充性的试验装置的试验方法：
42.首先根据管片不同的埋深情况通过空压机11向盾尾间隙模型1内通气以调整盾尾间隙模型内1的压力大小至预定值；其次通过注浆泵10将预先配置好的双液浆注入管片空隙模型1中，此时开启流速传感器2和高速摄像机8进行数据记录。当所注入的双液浆的体积与盾尾间隙模型内腔的体积相同时关闭注浆泵；然后通过电脑9和高速摄像机8导出试验过程中双液浆在盾尾间隙模型内的流速变化和实际扩散情况；最后开启排浆阀5，使得试验废浆流入废浆筒6，以便于接下来试验的开展。
43.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。