可拆卸的泥浆成膜及泥膜气密性试验装置及方法
【专利摘要】本发明提出一种可拆卸的泥浆成膜及泥膜气密性试验装置，包括试验柱体，分别设于试验柱体顶端和底端的法兰盘和底座，所述试验柱体由可拆卸的上部柱体、泥浆渗透箱、地层箱、滤层箱依次连接组成，所述上部柱体顶端依次连接调压装置和空压机，在上部柱体和调压装置之间设有进气阀，在上部柱体下部设有排泥阀，所述在滤层箱底端依次连接集水装置和数据采集装置，在滤层箱和集水装置之间设有排水阀。本发明还提出该装置的使用方法。本发明可对泥水盾构开挖面泥浆在地层中的渗透过程进行模拟，同时可分别测定泥皮、渗透带或泥皮+渗透带的渗透系数或进行闭气试验，对带压开舱过程中泥浆的选取提供依据，且方法简单易行，工作量小，耗时短。
【专利说明】
可拆卸的泥浆成膜及泥膜气密性试验装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及的是可拆卸的泥浆成膜及泥膜气密性试验装置及使用方法。利用该装置可对泥水盾构开挖面泥浆在地层中的渗透过程进行模拟，同时可分别测定泥皮、渗透带或泥皮+渗透带的渗透系数或进行闭气试验，而且本发明所涉及的测试方法简单易行，工作量小，耗时短，是简单可行的室内模拟泥浆成膜及测试泥皮、渗透带、泥皮+渗透带的渗透系数及测试泥膜气密性的方法。
【背景技术】
[0002]我国采用盾构工法修建的水下隧道时多会穿越高渗透性、高石英含量的砂卵石等地层，经常遭遇盾构机刀盘刀具磨损严重、刀盘结饼及障碍物等情况，而被迫停机进行开舱清理或维修等作业。由于受到隧道上部有河流、湖泊等水域、构筑物或者其他原因的影响，从地表加固地层-常压开舱的方法被限制，以压气工法为基础的带压开舱方法越来越多被使用。常规的压气工法一般适用于渗透系数小于10—2cm/s的土层，对于渗透系数大于10—2cm/s的粗粒土地层，常采用泥浆在开挖面上形成闭气性良好的泥膜等辅助方法来降低地层的透气性，保证开挖面的稳定性。由于泥膜是一种特殊的多孔介质，通常有泥皮和渗透带两部分组成，如何评价泥膜形成质量的好坏是广大施工人员最为关心的问题，通泥皮、渗透带、泥皮+渗透带的渗透系数可以作为评价泥膜质量的指标之一，对开舱用泥浆在地层中成膜质量进行评价，有利于带压开舱的安全进行。而在现场进行渗透性试验或泥膜闭气性测试，不仅不经济，而且还存在较大的风险。
【发明内容】
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[0003]发明目的:针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种可拆卸的泥浆成膜及泥膜气密性试验装置及使用方法，可对泥水盾构开挖面泥浆在地层中的渗透过程进行模拟，同时可分别测定泥皮、渗透带或泥皮+渗透带的渗透系数或进行闭气试验。
[0004]技术方案:一种可拆卸的泥浆成膜及泥膜气密性试验装置，包括试验柱体，分别设于试验柱体顶端和底端的法兰盘和底座，所述试验柱体由可拆卸的上部柱体、泥浆渗透箱、地层箱、滤层箱依次连接组成，所述上部柱体顶端依次连接调压装置和空压机，在上部柱体和调压装置之间设有进气阀，在上部柱体下部设有排泥阀，所述在滤层箱底端依次连接集水装置和数据采集装置，在滤层箱和集水装置之间设有排水阀。
[0005]所述试验柱体为直径1cm的有机玻璃柱体，所述上部柱体高度为40cm，所述泥浆渗透箱、地层箱高度均为5cm，箱体底部均为一层孔径为0.1mm的不锈钢筛网，所述滤层箱高度为10cm。
[0006]所述可拆卸的各箱体两端均有法兰盘，彼此之间通过螺栓连接。
[0007]所述各箱体连接处设有O型橡胶圈，用于提高装置的密封性。
[0008]—种可拆卸的泥浆成膜及泥膜气密性试验装置的使用方法，包括以下步骤:
[0009]a)在滤层箱中装入1cm厚的砂颗粒作为滤层，然后通过控制干密度的方法在泥浆渗透箱和地层箱中分别装入lcm、5cm厚的试验地层，将上部柱体、泥浆渗透箱、地层箱、滤层箱用螺栓固定依次连接，并反向饱和地层；
[0010]b)在泥浆渗透箱地层上方装入约1cm高的试验泥浆，用法兰盘密封上部柱体后，调节空压机和调压装置，设定泥浆渗透的气压值，然后打开进气阀与排水阀，进行泥浆的渗透试验；
[0011]C)泥浆在地层表面形成一层泥皮，并在地层中形成一段渗透带，通过集水装置与数据采集装置记录泥浆的滤水量，用毫米刻度尺量测泥皮的厚度；
[0012]d)—定时间后结束泥浆渗透试验，关闭排水阀，打开试验柱中部的排泥阀，将试验柱中的剩余泥浆排出，然后将泥浆渗透箱或地层箱拆除或均不拆除；
[0013]e)再次打开试验柱上的进气阀与排水阀，使气压直接作用在泥皮或渗透带上，测定泥皮或渗透带的渗透系数，或进行泥膜的闭气试验。
[0014]步骤a)中滤层为粒径2_5mm的单一粒径砂层，地层根据盾构机所处地层的地质环境确定，对于同一地层试验保持地层的干密度一致。
[0015]步骤b)中泥浆为实际开舱工程中拟使用的泥浆。
[0016]步骤b)中的气压由空压机提供并通过调压装置调节，气压值的选取与实际泥浆渗透过程中的泥浆压力值一致。
[0017]步骤d)中泥浆的渗透时间应根据工程中泥浆实际的渗透时间确定。
[0018]步骤d)中是否拆除泥浆渗透箱或地层箱根据试验目的确定，若测定泥皮的渗透性应将有渗透带的地层箱拆除，若测定渗透带的渗透性应将有泥皮的泥浆渗透箱拆除，若测定泥膜整体的渗透性或进行泥膜的闭气试验，则均不拆除。
[0019]有益效果:利用该装置可对泥水盾构开挖面泥浆在地层中的渗透过程进行模拟，同时可分别测定泥皮、渗透带或泥皮+渗透带的渗透系数或进行闭气试验，对带压开舱过程中泥浆的选取提供依据;而且本发明所涉及的测试方法简单易行，工作量小，耗时短，是简单可行的室内模拟泥浆成膜及测试泥皮、渗透带、泥皮+渗透带的渗透系数及测试泥膜气密性的方法。
【附图说明】
[0020]图1是本发明的泥浆渗透装置的结构示意图；
[0021 ]图2是本发明的泥浆渗透箱和地层箱的主示图；
[0022]图3是本发明的泥浆渗透箱和地层箱的仰视图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0024]如图1-3所示，可拆卸的泥浆成膜及泥膜气密性试验装置，包括试验柱体，分别设于试验柱体顶端和底端的法兰盘I;所述试验柱体为直径1cm的有机玻璃柱体，由可拆卸的上部柱体2、泥浆渗透箱3、地层箱4、滤层箱5组成，各箱体两端均有法兰盘6，彼此之间通过螺栓连接，各箱体连接处均设有O型橡胶圈，用于提高装置的密封性;所述上部柱体2顶端依次连接调压装置8和空压机9，在上部柱体2和调压装置8之间设有进气阀7，在上部柱体2下部设有排泥阀10;所述在滤层箱5底端依次连接集水装置12和数据采集装置13，在滤层箱5和集水装置12之间设有排水阀11。所述上部柱体高度为40cm，所述泥浆渗透箱和地层箱高度均为5cm，箱体底部均为一层孔径为0.1mm的不锈钢筛网，所述滤层箱高度为1cm0
[0025]上述可拆卸的泥浆成膜及泥膜气密性试验装置的使用方法，包括以下步骤:
[0026]a)针对盾构机所处的地质情况，进行模拟实验，在滤层箱中装入1cm厚的砂颗粒作为滤层，然后通过控制干密度的方法在泥浆渗透箱和地层箱中分别装入lcm、5cm厚的试验地层，将上部柱体、泥浆渗透箱、地层箱及滤层箱用螺栓固定依次连接，并反向饱和地层，其中滤层为粒径2_5mm的单一粒径砂层，地层根据盾构机所在位置地层选定，对于同一地层试验保持地层的干密度一致。
[0027]b)在泥浆渗透箱地层上方装入约1cm高的试验泥浆，用法兰盘密封上部柱体后，调节空压机和调压装置，设定泥浆渗透的气压值，然后打开进气阀与排水阀，进行泥浆的渗透试验;其中泥浆为实际开舱工程中拟使用的泥浆，气压由空压机提供并通过调压装置调节，气压值的选取应与实际泥浆渗透过程中的泥浆压力值一致。
[0028]c)泥浆在地层表面形成一层泥皮，并在地层中形成一段渗透带，通过集水装置与数据采集装置记录泥浆的滤水量，用毫米刻度尺量测泥皮的厚度。
[0029]d)泥浆渗透一定时间(泥浆的渗透时间应根据工程中泥浆实际的渗透时间确定)后通过调压装置将柱体中的气压释放，结束泥浆渗透试验。关闭排水阀，打开试验柱中部的排泥阀，将试验柱中的剩余泥浆排出，然后将地层箱之一(上部为泥皮、下部为泥浆渗透带)拆除或均不拆除;其中，泥浆的渗透时间根据具体工程中的泥浆成膜时间设定，是否拆除泥浆渗透箱或地层箱根据试验目的确定，若测定泥皮的渗透性应将有渗透带的地层箱拆除，若测定渗透带的渗透性应将有泥皮的泥浆渗透箱拆除，若测定泥膜整体的渗透性或进行泥膜的闭气试验，则均不拆除。
[0030]e)再次打开试验柱上的进气阀与排水阀，使气压直接作用在泥皮或渗透带上，测定泥皮或渗透带的渗透系数，或进行泥膜的闭气试验。
【主权项】
1.一种可拆卸的泥浆成膜及泥膜气密性试验装置，包括试验柱体，分别设于试验柱体顶端和底端的法兰盘和底座，其特征在于，所述试验柱体由可拆卸的上部柱体、泥浆渗透箱、地层箱、滤层箱依次连接组成，所述上部柱体顶端依次连接调压装置和空压机，在上部柱体和调压装置之间设有进气阀，在上部柱体下部设有排泥阀，所述在滤层箱底端依次连接集水装置和数据采集装置，在滤层箱和集水装置之间设有排水阀。2.根据权利要求1所述的可拆卸的泥浆成膜及泥膜气密性试验装置，其特征在于，所述试验柱体为直径1cm的有机玻璃柱体，所述上部柱体高度为40cm，所述泥浆渗透箱和地层箱高度均为5cm，箱体底部均为一层孔径为0.1mm的不锈钢筛网，所述滤层箱高度为1cm03.根据权利要求1所述的可拆卸的泥浆成膜及泥膜气密性试验装置，其特征在于，所述可拆卸的各箱体两端均有法兰盘，彼此之间通过螺栓连接。4.根据权利要求1所述的可拆卸的泥浆成膜及泥膜气密性试验装置，其特征在于，所述各箱体连接处设有O型橡胶圈，用于提高装置的密封性。5.根据权利要求1-4任意一项所述的可拆卸的泥浆成膜及泥膜气密性试验装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤: a)在滤层箱中装入1cm厚的砂颗粒作为滤层，然后通过控制干密度的方法在泥浆渗透箱和地层箱中分别装入lcm、5cm厚的试验地层，将上部柱体、泥浆渗透箱、地层箱、滤层箱用螺栓固定依次连接，并反向饱和地层； b)在泥浆渗透箱地层上方装入约1cm高的试验泥浆，用法兰盘密封上部柱体后，调节空压机和调压装置，设定泥浆渗透的气压值，然后打开进气阀与排水阀，进行泥浆的渗透试验； c)泥浆在地层表面形成一层泥皮，并在地层中形成一段渗透带，通过集水装置与数据采集装置记录泥浆的滤水量，用毫米刻度尺量测泥皮的厚度； d)—定时间后结束泥浆渗透试验，关闭排水阀，打开试验柱中部的排泥阀，将试验柱中的剩余泥浆排出，然后将泥浆渗透箱或地层箱拆除或两者均不拆除； e)再次打开试验柱上的进气阀与排水阀，使气压直接作用在泥皮或渗透带上，测定泥皮或渗透带的渗透系数，或进行泥膜的闭气试验。6.根据权利要求5所述的可拆卸的泥浆成膜及泥膜气密性试验装置的使用方法，其特征在于，步骤a)中滤层为粒径2-5mm的单一粒径砂层，地层根据盾构机所处地层的地质环境确定，对于同一地层试验保持地层的干密度一致。7.根据权利要求5所述的可拆卸的泥浆成膜及泥膜气密性试验装置的使用方法，其特征在于，步骤b)中泥浆为实际开舱工程中拟使用的泥浆。8.根据权利要求5所述的可拆卸的泥浆成膜及泥膜气密性试验装置的使用方法，其特征在于，步骤b)中的气压由空压机提供并通过调压装置调节，气压值的选取与实际泥浆渗透过程中的泥浆压力值一致。9.根据权利要求5所述的可拆卸的泥浆成膜及泥膜气密性试验装置的使用方法，其特征在于，步骤d)中泥浆的渗透时间应根据工程中泥浆实际的渗透时间确定。10.根据权利要求5所述的可拆卸的泥浆成膜及泥膜气密性试验装置的使用方法，其特征在于，步骤d)中是否拆除泥浆渗透箱或地层箱根据试验目的确定，若测定泥皮的渗透性应将有渗透带的地层箱拆除，若测定渗透带的渗透性应将有泥皮的泥浆渗透箱拆除，若测 定泥膜整体的渗透性或进行泥膜的闭气试验，则均不拆除。
【文档编号】G01M3/02GK105891084SQ201610209931
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月6日
【发明人】张宁, 闵凡路, 钱勇进, 徐静波, 杜瑞
【申请人】河海大学