一種用于模擬盾構(gòu)泥膜形成的實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及隧道與地下工程實(shí)驗(yàn)儀器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于模擬盾構(gòu)泥膜形成的筒套筒實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]泥漿平衡式盾構(gòu)法施工在淺埋軟土地層中修建地鐵、道路隧道或大直徑跨海越江隧道工程中被廣泛采用。由于軟土地層以及江河下部土體一般穩(wěn)定性很差，地質(zhì)環(huán)境十分復(fù)雜，導(dǎo)致泥漿盾構(gòu)開(kāi)挖面的環(huán)境越來(lái)越嚴(yán)峻，在實(shí)際工程中新的問(wèn)題不斷涌現(xiàn)，施工安全受到到嚴(yán)重威脅。大量的工程實(shí)踐和理論表明:在開(kāi)挖面上形成一層有效的泥膜作為支護(hù)介質(zhì)是確保其穩(wěn)定的關(guān)鍵，關(guān)于泥膜的形成機(jī)理、形成條件、有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)等問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者進(jìn)行了一些有意義的嘗試，取得了一定研究成果，為我們后續(xù)的研究起到了良好的借鑒作用。但泥漿盾構(gòu)開(kāi)挖面穩(wěn)定的機(jī)理十分復(fù)雜，就影響泥膜形成的因素以及各因素影響的程度及規(guī)律和地層參數(shù)、施工參數(shù)、泥漿特性之間的相互作用關(guān)系，尚無(wú)清晰的認(rèn)識(shí)，這些問(wèn)題的研究，多數(shù)需要借助實(shí)驗(yàn)來(lái)完成。
[0003]有效泥膜的形成是開(kāi)挖面穩(wěn)定的前提，泥膜作為一種隔水材料，為泥漿有效壓力與地下水壓力和土側(cè)壓力的平衡提供作用介質(zhì)。由于做現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)具有很大的安全風(fēng)險(xiǎn)且不經(jīng)濟(jì)，對(duì)于泥漿盾構(gòu)開(kāi)挖面穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)研究幾乎都采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)方法，因此，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)裝置和相關(guān)設(shè)備的研制是泥漿盾構(gòu)開(kāi)挖面穩(wěn)定性研究的關(guān)鍵性工作之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0005]—種用于模擬盾構(gòu)泥膜形成的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置包括地層模擬箱、用于模擬泥漿倉(cāng)的有機(jī)玻璃管道和為有機(jī)玻璃管道內(nèi)的泥漿供驅(qū)動(dòng)力的動(dòng)力加載系統(tǒng)；
[0006]所述有機(jī)玻璃管道的一端與所述地層模擬箱套接連通，所述動(dòng)力加載系統(tǒng)從有機(jī)玻璃管道的另一端為有機(jī)玻璃管道內(nèi)的泥漿提供驅(qū)動(dòng)力。
[0007]優(yōu)選的，所述地層模擬箱中按模擬需求在箱內(nèi)布置有至少一組土壓力盒、空隙水壓力計(jì)和溫度傳感器。
[0008]優(yōu)選的，所述地層模擬箱上進(jìn)一步設(shè)有多個(gè)通孔；
[0009]所述多個(gè)通孔中的一個(gè)通孔用于與外部容器或管路連接的滲流量測(cè)量孔；
[0010]所述多個(gè)通孔中除滲流量測(cè)量孔之外的至少一個(gè)通孔用于為地層模擬箱中的土壓力盒、空隙水壓力計(jì)和溫度傳感器與外部數(shù)據(jù)采集裝置提供連接；
[0011]所述地層模擬箱上的設(shè)有滲流量測(cè)量孔的內(nèi)壁上進(jìn)一步鋪設(shè)有透水石。
[0012]優(yōu)選的，所述有機(jī)玻璃管道包括泥漿室以及設(shè)置在有機(jī)玻璃管道上的泥漿灌孔、排氣孔和泥漿排孔。
[0013]優(yōu)選的，所述動(dòng)力加載系統(tǒng)包括傳力活塞和具有充放氣口的加載氣囊；
[0014]所述傳力活塞和加載氣囊依次設(shè)置在有機(jī)玻璃管道內(nèi)泥漿的動(dòng)力施加方向。
[0015]優(yōu)選的，所述動(dòng)力加載系統(tǒng)進(jìn)一步包括通過(guò)連接管道與所述加載氣囊連接的空氣壓縮機(jī)和設(shè)置在連接管道上的調(diào)壓閥。
[0016]優(yōu)選的，該實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)一步包括用于密封有機(jī)玻璃管道的背離地層模擬箱的一端的端部密封板和設(shè)置在端部密封板和有機(jī)玻璃管道端面之間的密封墊；
[0017]所述端部密封板通過(guò)至少兩個(gè)螺栓桿固定在所述地層模擬箱上；
[0018]所述端部密封板上設(shè)有容納加載氣囊與外部裝置連接的連接管道的通孔。
[0019]優(yōu)選的，該實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)一步包括具有進(jìn)氣端和出氣端的泥膜凍結(jié)裝置。
[0020]優(yōu)選的，該實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)一步包括通過(guò)連接管道與所述泥膜凍結(jié)裝置的進(jìn)氣端連接的液氮存儲(chǔ)裝置和設(shè)置在進(jìn)氣端和出氣端的球形閥。
[0021 ] 優(yōu)選的，該實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)一步包括用于支撐有機(jī)玻璃管道的支座。
[0022]本發(fā)明的有益效果如下:
[0023]本發(fā)明所述技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比:
[0024]1、可以模擬兩種情況下泥漿滲透與泥膜形成實(shí)驗(yàn)，即用土層模擬箱與有機(jī)玻璃筒組合形成筒套筒結(jié)構(gòu)時(shí)，即土層不進(jìn)入有機(jī)玻璃筒內(nèi)部，如圖1所示的土樣填充界面7，可開(kāi)展擴(kuò)散型泥漿滲透試驗(yàn)，當(dāng)將一部分有機(jī)玻璃筒用作土層模擬箱時(shí)，即如圖1所示的土樣填充界面8時(shí)，可開(kāi)展定向型泥漿滲透試驗(yàn)，有利于實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比；
[0025]2、采用加載氣囊，通過(guò)傳力活塞對(duì)泥漿施加壓力，更符合實(shí)際工程中盾構(gòu)機(jī)刀盤對(duì)泥漿施加壓力情況；
[0026]3、采用筒套筒結(jié)構(gòu)，在有機(jī)玻璃管端部與土層接觸面模擬泥膜形成，有機(jī)玻璃管起到實(shí)際施工中已安裝的管片作用，泥漿可以向土層中擴(kuò)散滲透，讓模擬實(shí)驗(yàn)更加貼近實(shí)際工況；
[0027]4、采用自動(dòng)數(shù)據(jù)采取裝置，可以同步記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，土層內(nèi)土壓力、空隙水壓力的變化規(guī)律；
[0028]5、使用泥膜凍結(jié)裝置，可以在實(shí)驗(yàn)環(huán)境撤銷后，將泥膜形態(tài)保存下來(lái)，可進(jìn)行泥膜的性能進(jìn)行定性和定量分析。
【附圖說(shuō)明】
[0029]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明；
[0030]圖1示出本發(fā)明所述實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖；
[0031]圖2示出本發(fā)明所述實(shí)驗(yàn)裝置的地層模擬箱的剖面圖。
[0032]附圖標(biāo)號(hào)
[0033]1、地層模擬箱，2、土壓力盒，3、空隙水壓力計(jì)，4、溫度傳感器，5、有機(jī)玻璃管道，6、泥膜凍結(jié)裝置，7、第一種實(shí)驗(yàn)情況下的土樣填充界面，8、第二種實(shí)驗(yàn)情況下的土樣填充界面；
[0034]11、通孔，12、滲流量測(cè)量孔；
[0035]50、支座，51、傳力活塞，52、加載氣囊，53、泥漿室，54、連接管道，55、空氣壓縮機(jī)，56、外部泥漿栗，57、調(diào)壓閥，58、螺栓桿，59、端部密封板；
[0036]53A、球形閥，53B、球形閥；61、球形閥，61A、球形閥，61B、球形閥，62、液氮存儲(chǔ)裝置；
【具體實(shí)施方式】
[0037]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說(shuō)明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0038]如圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)了一種用于模擬盾構(gòu)泥膜形成的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置包括地層模擬箱1、用于模擬泥漿倉(cāng)的有機(jī)玻璃管道5和為有機(jī)玻璃管道5內(nèi)的泥漿供驅(qū)動(dòng)力的動(dòng)力加載系統(tǒng)；所述有機(jī)玻璃管道5的一端與所述地層模擬箱I套接連通，所述動(dòng)力加載系統(tǒng)從有機(jī)玻璃管道5的另一端為有機(jī)玻璃管道5內(nèi)的泥漿提供驅(qū)動(dòng)力。根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中模擬情況的需要，在所述地層模擬箱中布置有至少一組土壓力盒2、空隙水壓力計(jì)3和溫度傳感器4，實(shí)際數(shù)量以滿足實(shí)驗(yàn)要求為準(zhǔn)。所述地層模擬箱I上進(jìn)一步設(shè)有多個(gè)通孔；所述多個(gè)通孔中的一個(gè)通孔用于與外部容器或管路連接的滲流量測(cè)量孔12 ;所述多個(gè)通孔中與滲流量測(cè)量孔相連接的通孔用于向箱體內(nèi)注水；所述多個(gè)通孔中除滲流量測(cè)量孔12之外的至少一個(gè)通孔用于為地層模擬箱I中的土壓力盒2、空隙水壓力計(jì)3和溫度傳感器4與外部數(shù)據(jù)采集裝置提供連接；所述地層模擬箱上的設(shè)有滲流量測(cè)量孔12的內(nèi)壁上進(jìn)一步鋪設(shè)有透水石。本方案中，滲流量測(cè)量孔12有兩種用途，一是用于向箱體內(nèi)注水，二是用于滲流量測(cè)量。本方案中，所述有機(jī)玻璃管道內(nèi)設(shè)有一泥漿室53以及設(shè)置在有機(jī)玻璃管道上的為泥漿室灌入泥漿的泥漿灌孔、排除泥漿室空氣的排氣孔和為泥漿室排出泥漿的泥漿排孔；其中，排氣孔處設(shè)有球形閥53A，泥漿排孔處設(shè)有球形閥53B。本方案中，泥漿室53實(shí)質(zhì)為有機(jī)玻璃管道5中承載泥漿的泥漿填充空間，該空間的容量會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)方式的不同有所擴(kuò)增或縮減，以滿足泥漿滲透與泥膜形成實(shí)驗(yàn)和開(kāi)展擴(kuò)散型泥漿滲透實(shí)驗(yàn)中需要注入泥漿量的需要。本方案中，所述動(dòng)力加載系統(tǒng)包括傳力活塞51和具有充放氣口的加載氣囊52 ;所述傳力活塞51和加載氣囊52依次設(shè)置在有機(jī)玻璃管道5內(nèi)泥漿的動(dòng)力施加方向。所述動(dòng)力加載系統(tǒng)進(jìn)一步包括通過(guò)連接管道54與所述加載氣囊52連接的空氣壓縮機(jī)55和設(shè)置在連接管道54上的調(diào)壓閥57，通過(guò)該調(diào)壓閥57對(duì)加載氣囊進(jìn)行加壓或減壓實(shí)現(xiàn)氣囊的充放氣。該實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)一步包括用于密封有機(jī)玻璃管道5的背離地層模擬箱I的一端的端部密封板59和設(shè)置在端部密封板59和有機(jī)玻璃管道5端面之間的密封墊；所述端部密封板59通過(guò)至少兩個(gè)螺栓桿58固定在所述地層模擬箱I上；所述端部密封板59上設(shè)有加壓孔，加載氣囊52通過(guò)該加壓孔利用連接管道54與空氣壓縮機(jī)55連接。如圖2所示，為了將模擬后的泥膜保留下來(lái)，本方案在實(shí)驗(yàn)裝置中進(jìn)一步設(shè)置有具有進(jìn)氣端和出氣端的泥膜凍結(jié)裝置6，所述泥膜凍結(jié)裝置的進(jìn)氣端和出氣端分別設(shè)有球形閥61A和61B，所述泥膜凍結(jié)裝置的進(jìn)氣端通過(guò)連接管道與外部的液氮存儲(chǔ)裝置62連接。本方案中，為了增加有機(jī)玻璃管道5的穩(wěn)定性，在實(shí)驗(yàn)裝置中進(jìn)一步設(shè)置有用于支撐有機(jī)玻璃管道5的支座50。
[0039]下面通過(guò)一組實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明:
[0040]如圖1和圖2所示，本實(shí)例中給出一種用于模擬盾構(gòu)泥膜形成的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置包括一筒狀鋼制地層模擬箱1，地層模擬箱I內(nèi)按既定位置埋設(shè)有土壓力盒2、空隙水壓力計(jì)3和溫度傳感器4，土壓力盒2、空隙水壓力計(jì)3和溫度傳感器4通過(guò)地層模擬箱I的側(cè)壁預(yù)留通孔11與外部數(shù)據(jù)采集裝置連接，地層模擬箱I的側(cè)壁還設(shè)有滲流量測(cè)量孔12與量筒或外接管路相連接。地層模擬箱I的側(cè)壁上設(shè)有一預(yù)留導(dǎo)洞，模擬泥漿盾構(gòu)實(shí)驗(yàn)中模擬泥漿倉(cāng)的有