高温富水软弱地层隧道帷幕注浆开挖模型试验装置与方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115019618A(43)申请公布日2022.09.06(21)申请号202210407400.9(22)申请日2022.04.19(71)申请人中国海洋大学地址266101山东省青岛市崂山区松岭路238号(72)发明人沙飞顾世玖陈旭光席明帅孔昊范锐卜蒙陈力铭李航(74)专利代理机构济南泉城专利商标事务所37218专利代理师于超(51)Int.Cl.G09B25/00(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图7页(54)发明名称高温富水软弱地层隧道帷幕注浆开挖模型试验装置与方法(57)摘要本发明公开了一种高温富水软弱地层隧道帷幕注浆开挖模型试验装置与方法。包括：软弱地层模拟系统、工况模拟系统、帷幕注浆系统、监测系统；软弱地层模拟系统为用于填充软弱土体的主箱体，所述软弱地层模拟系统的前侧面为入浆面、后侧面为出浆面，所述入浆面和出浆面的中心处均开设有拱形开挖硐室，所述入浆面的拱形开挖硐室的外缘布设若干个注浆孔。工况模拟系统包括高地热加载系统、水压及水量梯次加载水压模拟系统与三维围压梯次可控加载的围压模拟系统。本发明能有效实现围压及地热作用下软弱地层隧道注浆加固及开挖全过程试验模拟，对实际软弱地层隧道帷幕注浆及安全开挖具有积极参考作用。CN115019618ACN115019618A权利要求书1/3页1.一种高温富水软弱地层隧道帷幕注浆开挖模型试验装置，其特征在于，包括软弱地层模拟系统、帷幕注浆系统、工况模拟系统和监测系统；所述软弱地层模拟系统为用于填充软弱土体的主箱体，所述软弱地层模拟系统的前侧面为入浆面、后侧面为出浆面，所述入浆面和出浆面的中心处均开设有拱形开挖硐室，所述入浆面的拱形开挖硐室的外缘布设若干个注浆孔，每个注浆孔连通有位于所述软弱地层模拟系统内的分段注浆器，每个分段注浆器均包括有一根横向延伸分布的注浆管，所述注浆管的侧壁上并联有多根与隧道开挖前的超前帷幕注浆加固区域相对应的注浆软管，每注浆软管上设置有多个溢浆孔；所述帷幕注浆系统能通过注浆孔向软弱地层模拟系统内的软弱土体分段注浆；所述工况模拟系统包括高地热模拟系统、水压模拟系统、围压模拟系统，所述高地热模拟系统能够加热软弱地层模拟系统内的软弱土体，所述水压模拟系统能够向软弱地层模拟系统内的软弱土体内注水，所述围压模拟系统能够对软弱地层模拟系统内的软弱土体施加压力，所述监测系统用于监测和采集软弱地层模拟系统内的软弱土体的相关试验参数。2.根据权利要求1所述的模型试验装置，其特征在于，所述软弱地层模拟系统由入浆面网架、出浆面网架、侧面钢网架、顶面钢网架、连接钢件、亚克力板和试验承台组成，侧面钢网架的数量为两个并且左右分布，所述入浆面网架、出浆面网架、侧面钢网架和顶面钢网架均为采用钢板沿纵横两个方向焊接而成的钢网格架，钢网格架的底部采用螺栓连接于试验承台之上；所述连接钢件的数量为两个并分别通过螺栓连接在入浆面网架、出浆面网架的顶面，所述连接钢件的左右两端分别通过螺栓连接在两个侧面钢网架的顶面，所述顶面钢网架置于装载后的软弱土体之上；所述亚克力板的数量为四块，分别放置于入浆面网架、出浆网架面及左、右两个侧面钢架内侧，所述置于入浆面网架后侧的亚克力板设置有拱形开挖硐室及注浆孔；所述置于出浆面网架后侧的亚克力板设置有拱形开挖硐室，所述置于左、右两个侧面钢架后侧的亚克力板分别设置有入水孔、排水孔与传感器数据线引出孔。3.根据权利要求2所述的模型试验装置，其特征在于，所述帷幕注浆系统包括高压输浆管、浆液空气压缩机、浆液气压调节器、注浆泵和搅拌桶，所述高压输浆管依次串联搅拌桶、注浆泵及软弱地层模拟系统内的注浆孔，所述空气压缩机上连接所述浆液气压调节器。4.根据权利要求3所述的模型试验装置，其特征在于，所述高地热模拟系统包括若干个不锈钢电热棒，所述不锈钢电热棒的可调温度为在35℃~90℃，所述不锈钢电热棒垂直固定在所述侧面钢网架内侧面并埋入软弱土体内。5.根据权利要求3所述的模型试验装置，其特征在于，所述水压模拟系统包括储水承压桶、水压模拟空气压缩机；所述储水承压桶有良好密闭性，其上端圆心处设置有进气口并设置有气压表监测桶内气压，所述储水承压桶进气口连接水压模拟空气压缩机的气压调节器，所述储水承压桶的下端离桶底一段距离位置处设置有排液口，所述储水承压桶的排液口连接软弱地层模拟系统的入水孔。6.根据权利要求4所述的模型试验装置，其特征在于，所述围压模拟系统包括液压站和多个加载单元，所述加载单元分布在所述软弱地层模拟系统的顶面、左面、右面、前面和后面，每个加载单元包括液压油缸和加载钢板，所述液压油缸设置在钢网格架上，所述加载钢2CN115019618A权利要求书2/3页板位于所述软弱地层模拟系统内并接触软弱土体，所述液压油