本發(fā)明涉及單環(huán)盾構隧道管片上浮試驗設備，尤其涉及一種單環(huán)盾構隧道管片上浮試驗裝置及其試驗方法。

背景技術：

1、在盾構掘進過程中，管片在盾殼內部提前拼裝到位，之后盾構機在液壓千斤頂頂推力的作用下向前掘進，盾殼內部的管片逐漸脫出盾尾。由于盾殼厚度的影響，管片在脫出盾尾后與周圍土層會留有一圈空隙，如不及時填充空隙，會使空隙周圍土體因失去支撐而塌落，進而使地面產生沉降，對地面基礎設施、建筑物等造成不利影響。隨盾構機前進在盾尾部位四周同步注漿被用于填充管片與周圍土體的空隙。

2、注漿完成后，由于漿液凝固需要一定時間，未凝固前漿液處于流體狀態(tài)，且密度較大，管片被流體包圍，因管片是空心圓柱，在流體漿液中受到的浮力大于自身重力，從而管片會發(fā)生上浮。大直徑盾構隧道施工過程中由管片上浮引起的管片錯臺、管縫漏水等施工風險日益增加。

3、現有管片上浮模擬裝置具有以下不足：缺乏針對單環(huán)管片在脫出盾構機尾部后在同步注漿漿液中的上浮過程研究，申請?zhí)枮?02311169875.x的專利文獻公開了模擬類矩形盾構隧道管片上浮試驗的裝置及方法，貼設安裝于所述盾殼結構內壁的襯砌結構，所述襯砌結構包括沿縱向間隔布設且斷面呈類矩形的多個管片環(huán)；用于模擬隧道注漿施工的同步注漿系統，所述同步注漿包括用于對管片環(huán)與地層之間的縫隙注漿且沿縱向通長設置并固定于所述盾殼結構上的注漿管；用于模擬盾構掘進過程中頂推力的推進系統，所述推進系統包括沿徑向間隔固定于所述盾殼結構并抵頂至所述模擬管片環(huán)的多根頂推桿；測量結構，所述測量結構包括固定于遠離推進系統一側的地層模擬盒上的測量架、用于監(jiān)測管片上浮量位移測量器，所述測量架位于所述地層模擬盒的外部且形成有延伸至所述襯砌結構內的懸臂，所述位移測量器固定于所述懸臂上。

技術實現思路

1、為解決現有技術中存在的上述技術問題，本發(fā)明提供一種單環(huán)盾構隧道管片上浮試驗裝置。

2、為了實現上述目的，本發(fā)明提出一種單環(huán)盾構隧道管片上浮試驗裝置，包括：模型箱、模擬盾尾間隙組件、模擬管片、管片相鄰環(huán)作用模擬系統、上浮檢測系統，所述模型箱的內部設置有容納腔，所述模型箱的橫截面為中空無頂板的矩形結構，所述模型箱的容納腔內設有所述模擬盾尾間隙組件，所述模擬盾尾間隙組件內設有所述模擬管片，所述模擬盾尾間隙組件和所述模擬管片同心設置，所述模擬管片的兩側分別與所述管片相鄰環(huán)作用模擬系統連接，所述模擬管片上設有所述上浮檢測系統；所述管片相鄰環(huán)作用模擬系統用于模擬實際盾構隧道施工中管片與其相鄰環(huán)之間的相互作用；所述上浮檢測系統用于測量管片發(fā)生的上浮位移?？烧鎸嵞M實際盾構隧道施工過程中管片注漿上浮過程，在模擬盾尾間隙與模擬管片之間的間隙注入漿液，初始時漿液為流體，管片受到的浮力大于自身重力從而發(fā)生上浮，上浮檢測系統實時監(jiān)測并記錄管片的上浮位移量。通過了解管片上浮規(guī)律，為盾構隧道施工中的上浮控制和施工參數優(yōu)化提供科學依據。

3、作為一種可選的實施方案，在本發(fā)明提供的環(huán)盾構隧道管片上浮試驗裝置中，所述模擬盾尾間隙組件包括圓形筒體和支座，所述圓形筒體內設有所述模擬管片，所述圓形筒體的內徑大于所述模擬管片的外徑，所述圓形筒體的兩端均設有開口，所述圓形筒體通過兩個所述支座固定于所述模型箱底部。圓形筒體內部為模擬管片，且初始時刻圓形筒體與模擬管片同心，圓形筒體的內徑大于模擬管片的外徑，使得圓形筒體與模擬管片之間具有一定厚度的間隙，用于填充漿液；通過設置圓形筒體和支座，以將圓形筒體固定在模擬箱內，從而限制模擬管片在圓形筒體的內部上下浮動，以便于模擬上浮實驗。

4、作為一種可選的實施方案，在本發(fā)明提供的環(huán)盾構隧道管片上浮試驗裝置中，所述模擬管片呈兩端封閉且內部中空的圓柱型結構。模擬管片呈兩端封閉且內部中空的圓柱型結構，以便于設置上浮檢測系統檢測模擬管片的上浮程度，模擬管片內部中空減少其自身重量，能夠在注漿后更好的真實模擬單環(huán)盾構隧道管片上浮程度也能更容易實現上浮。

5、作為一種可選的實施方案，在本發(fā)明提供的環(huán)盾構隧道管片上浮試驗裝置中，所述管片相鄰環(huán)作用模擬系統包括彈性部和固定部，所述彈性部的一端連接所述模擬管片，另一端連接所述固定部，所述固定部固定于所述模型箱底部。通過設置彈性部和固定部可使模擬管片在初始位置與模擬盾尾間隙組件同心設置，彈性部兩端分別連接模擬管片端部和固定部端部，固定部另一端固定于模型箱底部，確保彈性部在模擬管片上浮時能夠提供穩(wěn)定的反作用力，模擬相鄰環(huán)之間的力學約束，彈性部初始時刻便具有一定的變形量，在實驗過程中，模擬管片在浮力作用下上浮時，彈簧限制模擬管片的上浮，模擬實際施工中相鄰管片環(huán)之間的緊密連接和支撐作用。

6、作為一種可選的實施方案，在本發(fā)明提供的環(huán)盾構隧道管片上浮試驗裝置中，所述上浮檢測系統包括限位桿、限位桿安裝部、滑動部、位移計和位移計安裝桿，所述限位桿安裝部設于所述模擬管片的側部，所述限位桿安裝部內插設有所述限位桿，所述限位桿穿過所述滑動部與所述位移計接觸，所述限位桿能夠通過所述滑動部上下運動，所述位移計與所述位移計安裝桿連接，所述位移計安裝桿與所述模型箱連接，所述滑動部通過連接桿與模型箱內側壁固定連接。當模擬管片由于所受浮力開始上浮時，限位桿隨著模擬管片一起向上移動，滑動部確保限位桿只能沿垂直方向移動，與限位桿的頂端相接觸的位移計實時監(jiān)測并記錄模擬管片的垂直上浮量。位移計安裝桿與模型箱固定連接，確保位移計在試驗過程中始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。

7、作為一種可選的實施方案，在本發(fā)明提供的環(huán)盾構隧道管片上浮試驗裝置中，所述滑動部包括外殼和滾珠，所述外殼豎直設置且與所述限位桿同軸設計，所述外殼的內部設有所述滾珠，所述限位桿通過所述滾珠在所述外殼內垂直運動，所述外殼與所述連接桿連接。通過設置滑動部，從而限制模擬管片沿滑動部上下移動。

8、作為一種可選的實施方案，在本發(fā)明提供的環(huán)盾構隧道管片上浮試驗裝置中，所述位移計包括感應探頭，所述感應探頭與限位桿的頂端接觸，所述感應探頭可滑動設置。與限位桿的頂端相接觸的感應探頭以及位移計實時監(jiān)測并記錄模擬管片的垂直上浮量。

9、進一步地，本發(fā)明還提供一種基于上述所述的單環(huán)盾構隧道管片上浮試驗裝置的試驗方法，包括以下步驟：

10、步驟一、初始時刻，模擬盾尾間隙組件與模擬管片同心設置，所述上浮檢測系統的位移計與所述上浮檢測系統的限位桿保持接觸；

11、步驟二、向模擬盾尾間隙組件與模擬管片之間的間隙注入漿液，初始時漿液處于流體狀態(tài)，確保模擬管片被漿液完全包圍，以便浮力作用于模擬管片，當模擬管片在流體漿液中受到的浮力大于自身重力時，模擬管片會發(fā)生上浮；

12、步驟三、在模擬管片上浮過程中，管片相鄰環(huán)作用模擬系統限制模擬管片的上浮，模擬實際施工中相鄰管片環(huán)之間的緊密連接和支撐作用；所述上浮檢測系統的限位桿上下運動將反映模擬管片的上浮程度，所述上浮檢測系統的位移計實時監(jiān)測并記錄管片的上浮位移量。

13、與現有技術相比，本發(fā)明技術方案的有益效果：本發(fā)明提供的環(huán)盾構隧道管片上浮試驗裝置，通過設置模型箱、模擬盾尾間隙組件、模擬管片、管片相鄰環(huán)作用模擬系統、上浮檢測系統，模型箱的內部設置有容納腔，模型箱的橫截面為中空無頂板的矩形結構，模型箱的容納腔內設有模擬盾尾間隙組件，模擬盾尾間隙組件內設有模擬管片，模擬管片的兩側分別與管片相鄰環(huán)作用模擬系統連接，模擬管片上設有上浮檢測系統；管片相鄰環(huán)作用模擬系統用于模擬實際盾構隧道施工中管片與其相鄰環(huán)之間的相互作用；檢測系統用于測量管片發(fā)生的上浮位移；可真實模擬實際盾構隧道施工過程中管片注漿上浮過程，在模擬盾尾間隙與模擬管片之間的間隙注入漿液，初始時漿液為流體，管片受到的浮力大于自身重力從而發(fā)生上浮，上浮檢測系統實時監(jiān)測并記錄管片的上浮位移量。通過了解管片上浮規(guī)律，為盾構隧道施工中的上浮控制和施工參數優(yōu)化提供科學依據。