耦合环境下隧道堵水注浆材料性能试验装置及方法

本发明涉及堵水注浆材料性能试验，尤其涉及一种耦合环境下隧道堵水注浆材料性能试验装置及方法。

背景技术：

1、隧道在克服高山峡谷等地形障碍、缩短空间距离及改善陆路交通工程运行质量等方面具有不可替代的作用。随着我国公路铁路建设范围逐步向高原地区发展，伴随而来的复杂地质条件的情况也越来越多。高原地区隧道施工极易受到地质构造、高温热水及高地温等多因素影响，导致部分区域隧道施工存在高温热水渗漏问题。同时，隧道渗漏水中可能具有侵蚀性，如含盐、含碱、含硫、含硫酸根等离子时，可能造成隧道侵蚀破坏，危害隧道结构的耐久性。在渗漏水的长期作用下，有些环境水中含有侵蚀性，造成注浆材料的侵蚀以及衬砌混凝土和砂浆腐蚀损坏，降低堵水注浆材料的封堵效果以及衬砌的支承能力，增加大运营隧道的维修费用。在高温热水和侵蚀性离子耦合作用下隧道渗漏水环境对注浆堵水材料物理力学性能影响很大，面临施工效率低以及注浆堵水可注性和可靠性差、耐久性差等难题。

2、传统的注浆材料在高水温和侵蚀性离子耦合环境下其工作性能，力学稳定性和长期耐久性都会受到严重影响。因此，对于适用于高温热水和侵蚀性离子耦合作用环境下隧道堵水注浆材料的研发及性能研究是非常重要且急需解决的。对于复杂环境下堵水注浆材料的研发需要合适的试验设备装置作为研究工具是至关重要的。但是，目前还未发现有适用于不同温度及侵蚀性离子耦合环境下隧道堵水注浆材料性能试验装置及方法。

3、寻求一种可考虑实际隧道建设中存在的多种因素耦合作用的影响，并通过调整不同的参数，最大限度模拟实际隧道渗漏水封堵过程中注浆材料注入的环境，以填补不同温度及侵蚀性离子耦合环境下注浆材料性能试验装置及方法，已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。

4、故针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了本发明一种耦合环境下隧道堵水注浆材料性能试验装置及方法。

技术实现思路

1、本发明第一目的是针对现有技术中，目前还未发现有适用于不同温度及侵蚀性离子耦合环境下隧道堵水注浆材料性能试验装置及方法等缺陷提供一种耦合环境下隧道堵水注浆材料性能试验装置。

2、本发明第二目的是针对现有技术中，目前还未发现有适用于不同温度及侵蚀性离子耦合环境下隧道堵水注浆材料性能试验装置及方法等缺陷提供一种耦合环境下隧道堵水注浆材料性能试验方法。

3、为实现本发明之第一目的，本发明提供一种耦合环境下隧道堵水注浆材料性能试验装置，所述耦合环境下隧道堵水注浆材料性能试验装置，包括：

4、环境模拟试验箱，由具有保温夹层的壳体围闭形成容置空间，所述容置空间内设置试件放置仓、温度检测装置、温度加热装置，并在所述环境模拟试验箱的上部设置具有进水球阀的进水管道，下部设置具有出水球阀的出水管道；

5、试件放置仓，通过纵向受拉的第一支架和纵向受压的第二支架固定设置在所述环境模拟试验箱的中部，并在所述试件放置仓洞口外围处的环境模拟试验箱上沿洞口圆周间隔设置紧固螺杆；

6、温度检测装置，间隔设置在环境模拟试验箱的壳体上，并对环境模拟试验箱中临近壳体和临近试件放置仓的温度进行独立检测；

7、温度加热装置，设置在环境模拟试验箱内，并与设置在环境模拟试验箱外部的温控面板电连接；

8、试件套筒，具有连接圆环和与所述连接圆环固定连接的筒形格栅骨架，所述连接圆环紧邻筒形格栅骨架的一侧设置与紧固螺杆配套使用的紧固螺母，所述筒形格栅骨架内设置具有注浆装置的试件，所述试件与所述试件放置仓之间从内向外依次设置密封垫层和防水垫层，所述连接圆环与所述环境模拟试验箱的接触面设置防水密封层。

9、可选地，所述环境模拟试验箱的壳体采用亚克力材料或者不锈钢材料制作。

10、可选地，所述环境模拟试验箱具有设置在壳体底部的结构底板，所述结构底板进一步包括从上往下呈纵向叠置的底板绝缘排线层和底座底板，所述底板绝缘排线层内设置温度监测装置和温度加热装置的电连接导线，所述底座底板用于承载所述环境模拟试验箱。

11、可选地，所述温度检测装置为从壳体指向试件放置仓方向延伸长度长短不等的温度计，延伸长度长的温度计用于测量临近试件放置仓的温度，延伸长度短的温度计用于测量临近壳体的温度。

12、可选地，所述温度检测装置间隔设置在环境模拟试验箱的壳体上，并穿设所述保温夹层，所述温度检测装置与保温夹层之间设置防水密封圈。

13、可选地，所述温度加热装置为螺纹加热管。

14、可选地，所述温度加热装置的数量依据加热时长、升温速度、加热温度的设计参数确定。

15、可选地，所述筒形格栅骨架为采用不锈钢杆件所组成的圆筒形骨架。

16、可选地，所述试件套筒进一步包括设置在连接圆环异于筒形格栅骨架一侧的吊环。

17、可选地，所述注浆装置为止水钉，并通过钻孔工艺布设在试件的注浆面。

18、可选地，所述止水钉进一步包括与注浆机连接的止水钉头和固定在试件上的止水钉身。

19、为实现本发明之第二目的，本发明提供一种耦合环境下隧道堵水注浆材料性能试验的方法，所述耦合环境下隧道堵水注浆材料性能试验的方法，包括：

20、执行步骤s1：按照试验要求，配制设计浓度的侵蚀性离子水溶液，并通过温控面板设定注浆试验所需的水温；

21、执行步骤s2：将试件固定设置在试件套筒内，并在试件的注浆面通过钻孔工艺布设注浆用的止水钉；

22、执行步骤s3：将具有试件的试件套筒置于试件放置仓，并通过紧固螺杆和紧固螺母将试件套筒与试件放置仓锁固，且将试件的注浆面采用密封罩密封；

23、执行步骤s4：关闭出水管道，通过进水管道将设计浓度的侵蚀性离子水溶液注入到环境模拟试验箱；

24、执行步骤s5：开启温度加热装置，使得水溶液温度达到试验设计值时准备进行注浆试验；

25、执行步骤s6：待环境模拟试验箱水溶液温度达到试验设计值，拆下注浆面的密封罩，将注浆装置的注浆口与止水钉连接，进行温度与侵蚀溶液耦合环境下堵水注浆试验；

26、执行步骤s7：等到注浆封堵完成后，继续在环境模拟试验箱中进行温度和侵蚀溶液耦合环境下长期浸泡达到设计龄期后，对注浆材料结石体的长期耐久性能进行试验，注浆试验结束后，先打开出水球阀将水溶液排出后，取出装有试件的试件套筒，再用清水将环境模拟试验箱内部进行清洗；

27、执行步骤s8：性能测试从试件套筒中取出浆液结石体试件，通过钻芯取样按照相关规范或者技术规程进行力学性能测试、微观形貌分析测试和耐久性能测试来分析注浆材料的各项性能指标，用于进一步指导注浆材料的改进和研发。

28、综上所述，本发明耦合环境下隧道堵水注浆材料性能试验装置及方法不仅可以最大限度模拟实际隧道渗漏水封堵过程中注浆材料注入的环境，其工况环境模拟程度高，具有更加广义的适用性，而且简单方便易操作，各个环节协调性好，能提高测试效率，保证测试的准确性，有助于从事相关隧道工程领域的科研人员以及建设人员通过该装置进一步对隧道建设工程中复杂工况环境下的注浆材料进行研发。