一種隧道圍巖注漿加固開挖模擬裝置及方法與流程
本發明涉及一種隧道圍巖注漿加固開挖模擬裝置及方法，屬于隧道與地下工程領域。
背景技術：
伴隨著經濟的發展，隧道交通等一系列的地下工程問題日益凸顯，由于其規模和難度的提升，工程的安全的尤為重要。隧道開挖過程中，圍巖的強度占據重要地位，要隨時準備對掌子面后的圍巖進行注漿加固。針對黏土，砂土和碎石土等圍巖介質的變形和強度問題，本發明可以用實驗裝置來模擬應對圍巖大變形和塌方的危險。將工程的實際地質情況布置于實驗裝置中，加載相應的地應力，進行注漿加固，開挖檢驗注漿效果。
在實際的工程地質中，目前國內已開展了一系列注漿模型試驗，但受制于試驗條件，無法最大限度的還原充填介質的真實受力情況，如地應力、孔隙水壓力等重要力學參數，導致研究結果無法直接運用于工程實踐，注漿理論的發展仍然滯后。
技術實現要素：
本發明涉及一種圍巖注漿加固開挖模擬裝置及方法，通過高強度鋼板焊接成耐高壓的圍巖注漿箱模擬相應的注漿地質情況，通過地應力加載設備進行隧道注漿加固區域的地應力加載，由外部注漿設備在注漿口注入一定漿液，放置一定時間，待漿液凝結加固穩定后，人工模擬開挖隧道，同時布置一定數量的位移和壓力傳感器，模擬相應地質條件下隧道圍巖注漿加固效果，安全可靠，經濟方便，危險性降低。
本發明所涉及的技術方案如下：
一種隧道圍巖注漿加固開挖模擬裝置，包括高強度鋼板焊接成耐高壓的注漿試驗箱和地應力加載設備兩個主要部分；
所述注漿試驗箱，在其前、后兩面留有隧道開挖洞口，在其前面留有注漿洞口；
所述的地應力加載設備包括一個加載架、加載板、雙向液壓油缸、液壓站；所述的雙向液壓油缸安裝在所述的加載架上，所述的加載板水平設置，且加載板與雙向液壓油缸的活塞桿相連；所述的雙向液壓油缸與液壓站相連；液壓站給雙向液壓油缸提供動力，所述的雙向液壓油缸驅動加載板上下移動，實現加載幅度的控制。
進一步，在所述的加載架上設有加載板導軌，所述的加載板沿著所述的加載導軌上下移動。
進一步，在所述的隧道開挖洞口設有隧道洞蓋板，所述的隧道洞蓋板上通過連接裝置與試驗箱相連。
進一步的，所述的一種隧道圍巖注漿加固開挖模擬裝置，所述注漿試驗箱保證實驗過程中要有足夠的剛度和強度；開挖隧洞可用半徑r為150mm的隧洞擋板封堵；
進一步的，預留的注漿洞口可由螺栓封堵，且注漿口內絲要與注漿口相適應。
進一步的，所述地應力加載設備中液壓油缸可加載30t，行程大于150mm；加載板要在上部焊接加強肋，保證最大撓度小于5mm；油缸行程置于原點時，加載板與下底面板距離1050mm。
進一步的，所述的一種隧道圍巖注漿加固開挖模擬裝置，其特征在于，注漿試驗箱鋼板為10mm厚；所述的加載板鋼板為15mm厚。
本發明適用于隧道注漿加固開挖的模型實驗，不需耗費大量的人力物力財力。稍微復雜的地質下，大的模型試驗需要較長時間，本發明采用注漿試驗箱和預留開挖洞口進行地質模擬，地應力采用地應力加載系統進行模擬，方便快捷。
本發明還公開了一種隧道圍巖注漿加固開挖模擬方法，其特征在于，其步驟如下：
步驟1，在進行實驗模擬之前，將注漿實驗箱放在地應力加載設備上，使注漿箱上部頂面對準地應力加載板；
步驟2，在注漿試驗箱內部依次布置各地層，啟動液壓站，控制加載板對地層施加相應的地應力，直至地應力穩定，靜置；
步驟3，在注漿實驗箱前面，卸掉注漿口螺栓，由注漿口注入定量的漿液，在保證無溢出的情況下，上緊螺栓，待漿液凝結；
步驟4，卸掉隧道洞蓋板，在注漿試驗箱前后兩面同時開挖隧洞，通過預先埋設的傳感器觀測相應的位移和壓力變化；
步驟5，控制加載板繼續加壓，觀察注漿試驗箱內隧洞變化，直至破壞。
本發明的有益效果為：
本發明采用注漿試驗箱和預留開挖洞口進行地質模擬，地應力采用地應力加載系統進行模擬，在稍微復雜的地質下，方便快捷，不需耗費大量的人力物力財力。
本發明在所需材料均為普通的器材，制作簡單方便，并且適合地質稍微復雜的情況。
本發明最大限度的還原充填介質的真實受力情況，可以直觀的檢測到相開挖過程中地應力和位移的變化。
本發明在注漿加固時，漿液可定量定壓控制，方便可調。
本發明涉通過高強度鋼板焊接成耐高壓的圍巖注漿實驗箱，當地應力加載設備達到預應力值時，由外部注漿設備通過預留注漿口注入定量的漿液，待漿液凝結加固穩定后開挖隧道，檢測相應的位移和壓力，模擬相應地質條件下隧道圍巖隧道注漿加固效果，安全可靠，危險性降低。
附圖說明
構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。
圖1是注漿試驗箱前壁示意圖；
圖2是注漿試驗箱前壁示意圖；
圖3是地應力加載系統連接及示意圖；
其中1.液壓泵站；2.壓力表；3.閥門；4.油路；5.加載板；6.限位螺絲；7.雙向液壓油缸；8.加載板導軌；9.立柱；10.地板；11.輪子；12.隧道洞蓋板；13.隧道蓋板螺絲；14.預留隧道洞口；15.預留注漿口。
具體實施方式
應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。
需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
正如背景技術所介紹的，現有技術中存在實際的工程地質中，目前國內已開展了一系列注漿模型試驗，但受制于試驗條件，無法最大限度的還原充填介質的真實受力情況，如地應力、孔隙水壓力等重要力學參數，導致研究結果無法直接運用于工程實踐，注漿理論的發展仍然滯后，為了解決如上的技術問題，本申請提出了一種本發明適用于隧道注漿加固開挖的模型實驗，不需耗費大量的人力物力財力。稍微復雜的地質下，大的模型試驗需要較長時間，本發明采用注漿試驗箱和預留開挖洞口進行地質模擬，地應力采用地應力加載系統進行模擬，方便快捷。
本申請的一種典型的實施方式中，如圖1所示，提供了一種隧道圍巖注漿加固開挖模擬裝置；如圖1、圖2和圖3所示，本發明由注漿試驗箱和地應力加載系統組成；在所述注漿實驗箱前、后兩面留有隧道開挖洞口14；在注漿試驗箱前面還留有注漿洞口15；
所述的地應力加載設備由液壓泵站1，壓力表2，閥門3，油路4，加載板5，雙向液壓油缸7，加載板導軌8、加載架組成；其中液壓站1與雙向液壓油缸7需由耐高壓油路管4密封連接，可以自由控制加載板5加載幅度；所述的加載板5要通過加載板導軌8來回移動。
雙向液壓油缸7包括兩個，安裝在加載架上，雙向液壓油缸7驅動加載板5，所述的加載板5水平設置，且加載板5與雙向液壓油缸7的活塞桿相連；所述的雙向液壓油缸7與液壓站相連；液壓站給雙向液壓油缸提供動力，所述的雙向液壓油缸7驅動加載板上下移動，實現加載幅度的控制。
進一步，在所述的加載架上設有加載板導軌，所述的加載板沿著所述的加載導軌上下移動。
在所述注漿試驗箱前壁預留的注漿洞15由標準的六邊螺栓封堵，可使用生膠帶進行密封處理；預留的開挖隧洞14需要半徑為150mm的隧道洞蓋板12進行封堵，蓋板與注漿試驗箱前后兩壁的接觸面需要放置硅膠墊片；
進一步，在所述的隧道開挖洞口設有隧道洞蓋板，所述的隧道洞蓋板上通過連接裝置與試驗箱相連。
進一步的，所述的一種隧道圍巖注漿加固開挖模擬裝置，所述注漿試驗箱保證實驗過程中要有足夠的剛度和強度；開挖隧洞可用半徑r為150mm的隧洞擋板封堵；
進一步的，預留的注漿洞口可由螺栓封堵，且注漿口內絲要與注漿口相適應。
進一步的，所述地應力加載設備中液壓油缸可加載30t，行程大于150mm；加載板要在上部焊接加強肋，保證最大撓度小于5mm；油缸行程置于原點時，加載板與下底面板距離1050mm。
進一步的，所述的一種隧道圍巖注漿加固開挖模擬裝置，其特征在于，注漿試驗箱鋼板為10mm厚；所述的加載板鋼板為15mm厚。
本發明所涉及一種隧道圍巖注漿加固開挖模擬方法，其具體步驟如下所示：
步驟1，在進行實驗模擬之前，將注漿實驗箱放在地應力加載設備上，使注漿實驗箱上部頂面對準地應力加載板5；
步驟2，在注漿試驗箱內部依次布置各地層，啟動液壓站1，控制加載板5對地層施加相應的地應力，觀察壓力表2，直至地應力穩定在相應數值，靜置；
步驟3，在注漿實驗箱前面，卸掉注漿口螺栓，由注漿口15注入定量的漿液，在保證無溢出的情況下，上緊螺栓，待漿液凝結；
步驟4，卸掉隧洞擋板12，在注漿試驗箱前后兩面預留隧道洞口15同時開挖隧洞，通過內部預先放置的壓力位移傳感器觀測相應的位移和壓力變化；
步驟5，待隧洞開完完成，控制加載板5繼續加壓，觀察注漿試驗箱內隧洞變化，直至破壞。
從以上的描述中，可以看出，本申請上述的實施例實現了如下技術效果：
本發明采用注漿試驗箱和預留開挖洞口進行地質模擬，地應力采用地應力加載系統進行模擬，在稍微復雜的地質下，方便快捷，不需耗費大量的人力物力財力。
本發明在所需材料均為普通的器材，制作簡單方便，并且適合地質稍微復雜的情況。
本發明最大限度的還原充填介質的真實受力情況，可以直觀的檢測到相開挖過程中地應力和位移的變化。
本發明在注漿加固時，漿液可定量定壓控制，方便可調。
上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。
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