一種膨脹土地區泥水平衡盾構隧道掌子面膨脹力試驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于地質工程、隧道工程技術領域，尤其是涉及一種膨脹土地區泥水平衡盾構隧道掌子面膨脹力試驗裝置。
【背景技術】
[0002]1938年美國墾務局在一座鋼制的虹吸管工程中，首先發現了膨脹土問題，隨后引起了廣泛關注。到上世紀60年代，膨脹土問題受到廣泛重視而相關研宄迅速發展。尤其涉及泥水平衡盾構隧道，在盾構機停機過程中需利用漿液持續向掌子面施加荷載以保證掌子面穩定性，在此過程中漿液向掌子面附近土體滲透，膨脹土吸水后發生膨脹變形，在盾構機和周圍土體約束下產生膨脹力。以往研宄大多采用現場監測手段，然而，由于現場環境較為復雜且干擾因素較多，往往無法獲得真實有效的膨脹力及膨脹范圍。綜上所述，目前尚無一款能夠測試膨脹土地區泥水平衡盾構隧道掌子面膨脹力的試驗裝置。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是為了克服上述技術缺陷而提供的一種膨脹土地區泥水平衡盾構隧道掌子面膨脹力試驗裝置。
[0004]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0005]一種膨脹土地區泥水平衡盾構隧道掌子面膨脹力試驗裝置，其特征在于，該裝置包括主體框架、盾構機模擬裝置、測量系統和漿液循環系統。
[0006]所述的主體框架包括模型箱、活動板和液壓千斤頂。所述的模型箱整體框架采用角鋼支撐，三個側面采用固定鋼化玻璃，一個側面采用固定鋼板，頂底面采用可拆卸鋼板；所述的側面固定鋼板設有圓形開孔用于圓形加壓柱穿越；所述的圓形開孔與圓形加壓柱接觸部位設有防滲膠圈；所述的活動板包含上、下兩塊，位于模型箱內，可沿豎直方向移動，兩塊活動板中間為試驗膨脹土；所述的液壓千斤頂包括兩個，分別位于上活動板上方和下活動板下方，用于對試驗膨脹土施加豎向荷載。
[0007]所述的盾構機模擬裝置包括圓形加壓柱和液壓拉桿。所述的圓形加壓柱內端從模型箱側壁伸入并與試驗掌子面接觸，圓形加壓柱內部設有漿液循環通道；所述的漿液循環通道可使漿液從外部漿液循環系統流入或流出試驗掌子面；所述的液壓拉桿與圓形加壓柱外端連接，通過液壓拉桿可使圓形加壓柱沿水平方向移動或向試驗掌子面施加水平荷載。
[0008]所述的測量系統包括若干土壓力計、若干孔隙水壓力計和數據采集儀。所述的土壓力計和孔隙水壓力計分別布設于活動板內表面以及沿試驗掌子面水平方向；所述的土壓力計用于測量試驗膨脹土應力分布；所述的孔隙水壓力計用于測量試驗膨脹土孔隙水壓力分布；所述的數據采集儀用于采集并記錄土壓力計和孔隙水壓力計測量數據。
[0009]所述的漿液循環系統包括漿液池、泥漿泵、壓力表、軟管。所述的漿液池用于盛放循環所需漿液，其內部設有攪拌槳，用于攪拌漿液；所述的泥漿泵用于對循環漿液進行加壓，從而實現對試驗掌子面施加泥水壓力；所述的壓力表用于指示漿液壓力；所述的軟管分別連接漿液池、泥漿泵、壓力表和圓形加壓柱，用于實現漿液循環。
[0010]本發明的使用:首先將模型箱頂板、上液壓千斤頂和上活動板拆除，利用液壓拉桿將圓形加壓柱移動至預設位置，向模型箱內填放試驗膨脹土并分層擊實，同時埋設測量所需土壓力計與孔隙水壓力計，當試驗膨脹土填放至預設高度時在其上方分別放置上活動板、上液壓千斤頂和模型箱頂板，通過上下液壓千斤頂向試驗膨脹土施加軸向荷載。向漿液池中注入漿液并不斷攪拌，打開泥漿泵開始向試驗掌子面施加泥水壓力，通過壓力表獲取泥漿泵送壓力，漿液流經試驗掌子面后沿軟管流回漿液池。利用數據采集儀采集并記錄試驗膨脹土各測量點土壓力和孔隙水壓力數據。
[0011]本發明技術方案的有益效果:
[0012]本發明能夠精確測量泥水平衡盾構隧道掌子面膨脹力及膨脹范圍，彌補已有方法不足，能夠為工程地質、隧道工程等相關領域提供泥水平衡盾構隧道膨脹土膨脹性能參數。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明的裝置結構示意圖；
[0014]圖1中，I為模型箱，2為試驗膨脹土，3為試驗掌子面，4為活動板，5為液壓千斤頂，6為液壓泵，7為圓形加壓柱，8為液壓拉桿，9為防滲膠圈，10為土壓力計，11為孔隙水壓力計，12為數據采集儀，13為漿液池，14為攪拌槳，15為泥漿泵，16為壓力表，17為軟管。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0016]實施例
[0017]具體實施例中，如圖1所示，該裝置包括模型箱I，試驗膨脹土 2，試驗掌子面3，活動板4，液壓千斤頂5，液壓泵6，圓形加壓柱7，液壓拉桿8，防滲膠圈9，土壓力計10，孔隙水壓力計11，數據采集儀12，漿液池13，攪拌槳14，泥漿泵15，壓力表16，軟管17。
[0018]模型箱I側面設有圓形開孔用于圓形加壓柱7穿越，其接觸部位設有防滲膠圈9。活動板4包含上、下兩塊，位于模型箱I內，可沿豎直方向移動，兩塊活動板4中間為試驗膨脹土 2。液壓千斤頂5包括兩個，分別位于上活動板4上方和下活動板4下方，用于對試驗膨脹土 2施加豎向荷載。
[0019]圓形加壓柱7內端從模型箱I側壁伸入并與試驗掌子面3接觸，圓形加壓柱7內部設有漿液循環通道可使漿液從外部漿液循環系統流入或流出試驗掌子面3。液壓拉桿8與圓形加壓柱7外端連接，可使圓形加壓柱7沿水平方向移動或向試驗掌子面3施加水平荷載。
[0020]土壓力計10和孔隙水壓力11計分別布設于活動板4內表面和沿試驗掌子面3水平方向，用于測量試驗膨脹土 2應力和孔隙水壓力分布，數據采集儀13用于采集并記錄測量數據。
[0021]漿液池13用于盛放循環所需漿液，其內部設有攪拌槳14，用于攪拌漿液。泥漿泵15用于對循環漿液進行加壓并由壓力表16指示漿液壓力，從而實現對試驗掌子面3施加泥水壓力。軟管17分別連接漿液池13、泥漿泵15、壓力表17和圓形加壓柱7，用于實現漿液循環。
[0022]裝置使用時，首先將模型箱I頂板、上液壓千斤頂5和上活動板4拆除，利用液壓拉桿8將圓形加壓柱7移動至預設位置，向模型箱I內填放試驗膨脹土 2并分層擊實，同時埋設測量所需土壓力計10與孔隙水壓力計11，當試驗膨脹土 2填放至預設高度時在其上方分別放置上活動板4、上液壓千斤頂5和模型箱I頂板，通過上下液壓千斤頂5向試驗膨脹土 2施加軸向荷載。向漿液池13中注入漿液并不斷攪拌，打開泥漿泵15開始向試驗掌子面3施加泥水壓力，通過壓力表16獲取泥漿泵送壓力，漿液流經試驗掌子面3后沿軟管17流回漿液池13。利用數據采集儀12采集并記錄試驗膨脹土各測量點土壓力和孔隙水壓力數據。
【主權項】
1.一種膨脹土地區泥水平衡盾構隧道掌子面膨脹力試驗裝置，其特征在于，該裝置包括主體框架、盾構機模擬裝置、測量系統和漿液循環系統； 所述的主體框架包括模型箱、活動板和液壓千斤頂。所述的模型箱整體框架采用角鋼支撐，三個側面采用固定鋼化玻璃，一個側面采用固定鋼板，頂底面采用可拆卸鋼板；所述的側面固定鋼板設有圓形開孔用于圓形加壓柱穿越；所述的圓形開孔與圓形加壓柱接觸部位設有防滲膠圈；所述的活動板包含上、下兩塊，位于模型箱內，可沿豎直方向移動，兩塊活動板中間為試驗膨脹土；所述的液壓千斤頂包括兩個，分別位于上活動板上方和下活動板下方，用于對試驗膨脹土施加豎向荷載； 所述的盾構機模擬裝置包括圓形加壓柱和液壓拉桿。所述的圓形加壓柱內端從模型箱側壁伸入并與試驗掌子面接觸，圓形加壓柱內部設有漿液循環通道；所述的漿液循環通道可使漿液從外部漿液循環系統流入或流出試驗掌子面；所述的液壓拉桿與圓形加壓柱外端連接，通過液壓拉桿可使圓形加壓柱沿水平方向移動或向試驗掌子面施加水平荷載； 所述的測量系統包括若干土壓力計、若干孔隙水壓力計和數據采集儀。所述的土壓力計和孔隙水壓力計分別布設于活動板內表面以及沿試驗掌子面水平方向；所述的土壓力計用于測量試驗膨脹土應力分布；所述的孔隙水壓力計用于測量試驗膨脹土孔隙水壓力分布；所述的數據采集儀用于采集并記錄土壓力計和孔隙水壓力計測量數據； 所述的漿液循環系統包括漿液池、泥漿泵、壓力表、軟管。所述的漿液池用于盛放循環所需漿液，其內部設有攪拌槳，用于攪拌漿液；所述的泥漿泵用于對循環漿液進行加壓，從而實現對試驗掌子面施加泥水壓力；所述的壓力表用于指示漿液壓力；所述的軟管分別連接漿液池、泥漿泵、壓力表和圓形加壓柱，用于實現漿液循環。
【專利摘要】本發明是一種膨脹土地區泥水平衡盾構隧道掌子面膨脹力試驗裝置，包括主體框架、盾構機模擬裝置、測量系統和漿液循環系統，主體框架包括模型箱、活動板和液壓千斤頂；盾構機模擬裝置包括圓形加壓柱和液壓拉桿；測量系統包括土壓力計、孔隙水壓力計和數據采集儀；漿液循環系統包括漿液池、泥漿泵、壓力表、軟管。液壓千斤頂向試驗膨脹土施加軸向荷載，圓形加壓柱模擬盾構機，循環漿液向試驗掌子面施加泥水壓力，利用數據采集儀采集并記錄試驗膨脹土各測量點土壓力和孔隙水壓力數據。本發明能夠精確測量泥水平衡盾構隧道掌子面膨脹力及膨脹范圍，彌補已有方法不足，能夠為工程地質、隧道工程等相關領域提供泥水平衡盾構隧道膨脹土膨脹性能參數。
【IPC分類】G01L5/00, G01N33/24
【公開號】CN104990659
【申請號】CN201510347077
【發明人】王建秀, 劉笑天, 殷堯, 吳林波
【申請人】同濟大學
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年6月19日