本發(fā)明涉及一種城市地下空間開發(fā)以及地下建筑工程中的隧道模擬試驗裝置，具體涉及一種管涌對隧道的影響及灌漿治理研究的室內(nèi)模擬試驗裝置。

背景技術(shù)：

隨著我國城市化的進一步發(fā)展，城市地下軌道交通作為最為方便快捷的城市交通系統(tǒng)也得到迅速發(fā)展，越來越多的過江隧道正在建設(shè)。在隧道施工的過程當中，因支護結(jié)構(gòu)接縫處理存在問題或者是降水不當從而引起的滲漏、管涌事故經(jīng)常發(fā)生。管涌在隧道施工當中所表現(xiàn)出的問題是非常嚴重的，且對很多工程都造成了非常嚴重的損失。若事故不能明確的分析原因，并采取有效的處理措施，不僅不能保證隧道施工的安全，嚴重的還會導(dǎo)致隧道報廢，危及周邊環(huán)境的安全，造成更大的損失。而在很多對管涌的處理綜合技術(shù)的選擇上，灌漿治理是一個有效可行的方法。因此，如何預(yù)估管涌對隧道的影響及灌漿治理的效果是隧道施工工程中的一個核心問題。

國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者針對管涌對隧道的影響主要是理論分析法、隨機模型、數(shù)值模擬法以及現(xiàn)場監(jiān)測法。理論分析方法主要來自于工程經(jīng)驗，由統(tǒng)計方法得到的經(jīng)驗值，不能從機理上分析管涌的成因；隨機模型也只是宏觀的描述了管涌發(fā)生的某一種因素和過程，并不能全面的解釋發(fā)生的機理；數(shù)值模擬的方法局限在有限元模擬滲流的范圍內(nèi)，將滲流與土割裂開來，不能考慮土體和滲流的相互作用；現(xiàn)場監(jiān)測的方法受到尺寸效應(yīng)、邊界條件和土質(zhì)條件的影響，使得監(jiān)測結(jié)果并不能準確反應(yīng)實際工況。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種管涌對隧道的影響及灌漿治理研究的室內(nèi)模擬試驗裝置，實現(xiàn)管涌現(xiàn)象對隧道沉降，變形，應(yīng)力的研究，以及觀測灌漿治理的效果。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種管涌對隧道的影響及灌漿治理研究的室內(nèi)模擬試驗裝置，包括模型箱、隧道襯砌模型、管涌模擬裝置、灌漿模擬裝置、多組應(yīng)變計、多個lvdt位移計，所述模型箱由鋁合金材料制成的長方形箱，分為上下兩個部分，其頂面設(shè)為開口；所述隧道襯砌模型2為鋁合金空心管，縱向分段放置于模型箱上半部分的砂土層內(nèi)；所述管涌模擬裝置為長筒型塑料薄膜構(gòu)成的管涌膜，管涌膜呈u型狀，并沿縱向放置在模型箱，下穿隧道襯砌模型，兩端置于地表且與地表垂直；所述灌漿模擬裝置在管涌模擬裝置的長筒型塑料薄膜兩端設(shè)置一組灌漿小管，一端安裝設(shè)有注液電磁閥的注液導(dǎo)管，另一端水平方向上安裝設(shè)有排沙液電磁閥的排沙導(dǎo)管；多個lvdt位移計分別通過位移計支架固定在土體表面及隧道襯砌模型的拱腰處；多個應(yīng)變計分別對稱地的布置在隧道模型的拱頂及拱底。

所述管涌模擬裝置的管涌膜內(nèi)預(yù)先填滿沙子，通過注水來模擬管涌現(xiàn)象的發(fā)生，并且通過控制注水的體積和速度，可模擬不同程度管涌現(xiàn)象的發(fā)生。

所述灌漿模擬裝置中的注漿液為聚氨酯溶液。

所述灌漿模擬裝置中用于控制注漿的電磁閥兼用于平衡塑料膜內(nèi)外壓力，以保證膜內(nèi)液體壓力與外界土壓力相等。

所述灌漿模擬裝置可模擬灌漿治理的工程情況，通過控制注漿的速度，漿體的配合比，注漿體積，從而實現(xiàn)對比觀測不同灌漿治理工況下的隧道和土體的響應(yīng)，得到更為有效的灌漿治理方法。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯著優(yōu)點：1、本試驗測試裝置可以手工制作，在相關(guān)科研中廣泛性良好，試驗測試方案具有較強擴展性，可以進一步應(yīng)用到城市盾構(gòu)隧道施工中發(fā)生管涌滲透等現(xiàn)象對隧道本身變形影響研究中；2、本試驗的管涌隧道模擬裝置可以較好模擬管涌現(xiàn)象對隧道本身和采用灌漿處理之后的地層沉降，并可以較為準確測出既有的隧道變形影響；3、本試驗中通過控制管涌模擬裝置中沙子體積大小以及流動速度，可以實現(xiàn)不同管涌現(xiàn)象下隧道的位移變形影響，從而獲得一系列不同工況下的實驗數(shù)據(jù)；4、本試驗中可以通過控制灌漿的漿液比例，灌漿速度，灌漿位置，來實現(xiàn)不同灌漿情況對管涌現(xiàn)象的治理效果；5、本試驗在實驗前先對隧道模型周身應(yīng)變計進行校正，通過對隧道上下彎矩應(yīng)變計和軸力應(yīng)變計的校正，可以反求出模型試驗時隧道各處的彎矩和軸力，較全面的反應(yīng)隧道所受的影響。6、采用本套模擬測試裝置進行管涌現(xiàn)象對隧道影響的試驗研究，可為隧道工程現(xiàn)場施工提供良好的咨詢與建議，對于制定隧道施工安全提供一定的理論參考。

附圖說明

圖1為本發(fā)明在實施例中的模型箱內(nèi)模擬測試裝置示意圖；

圖2為本發(fā)明在實施例中的管涌及灌漿模擬裝置示意圖；

圖3為本發(fā)明在實施例中的隧道上應(yīng)變片位置示意圖；

圖4為本發(fā)明在實施例中的位移計布置示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，通過一個優(yōu)選實例對本發(fā)明作進一步地詳細說明。

首先，制作一個模型箱1、一個隧道襯砌模型2、一個管涌模擬裝置、一個灌漿模擬裝置。

圖1為本發(fā)明在實施例中的模型箱內(nèi)模擬測試裝置示意圖，如圖1所示，模型箱1外形呈長方體，內(nèi)部空間尺寸為800mm×500mm×500mm（長×寬×高），由5個厚度為15mm的鋁合金板拼接組成。隧道襯砌模型2為四段空心鋁合金管3，外徑為80mm，內(nèi)徑為70mm，壁厚為5mm，軸向分段長度為100mm。襯砌模型段外徑100mm、內(nèi)徑70mm。

圖2為本發(fā)明在實施例中的管涌模擬裝置和灌漿模擬裝置示意圖。如圖2所示，管涌模擬裝置，內(nèi)填沙子呈u型沿縱向放置，下穿隧道，兩端置于地表且與地表垂直；

管涌模擬裝置的管涌膜5為直徑為8mm的長筒型塑料薄膜，將管涌膜5兩端置于地表且與地表垂直，布置1個灌注口6，1個收液口7。灌漿模擬裝置在管涌模擬裝置的長筒型塑料薄膜兩端，設(shè)置1組灌漿小管，一端安裝設(shè)有注液電磁閥的注液導(dǎo)管8，在另一端水平方向上安裝設(shè)有排沙液電磁閥的排沙導(dǎo)管9。其中注、排液電磁閥均為通用型號，注液導(dǎo)管和排液導(dǎo)管外徑均為5mm，壁厚均為1mm；注、排液管外徑均為10mm，壁厚均為2mm。

圖3所示為應(yīng)變片位置布置圖。模型身外壁粘貼16個應(yīng)變片，其中應(yīng)變片37，38，39，40，41，42，43，44貼在隧道拱底處，應(yīng)變片45，46，47，48，49，50，51，52貼在隧道拱頂處，同側(cè)應(yīng)變片間隔50mm，其中應(yīng)變片37，44，45，52分別距離隧道邊緣25mm。

開始向模型箱內(nèi)填入砂土，當土層厚度填至140mm，即填完基礎(chǔ)下臥層土，放入管涌模型5，使得管涌模型最低端中心線與模型箱軸線重合，并使管涌模型5與土層保持垂直，確保管涌兩端口漏在土表且與地表垂直。

繼續(xù)填土直至厚度達200mm，即填完隧道下臥層土，將隧道襯砌模型2放入砂土表層。使得隧道模型中心線與模型箱軸線重合。

繼續(xù)填土直至厚度達350mm，即填土完成。此時隧道埋深40mm，管涌裝置深度為200mm。將全部lvdt位移計通過位移計支架固定在隧道拱腰及土體地表面，并使每個lvdt位移計保持豎直向上，水平方向固定，垂直方向可以進行調(diào)節(jié)。

圖4為本發(fā)明在實施例中的位移計支架示意圖。如圖4所示，位移計11，14，17，20，23，26，29，32，35，固定在土體地表面，位移計10，13，16，19，22，25，28，31，34固定在隧道右側(cè)拱腰處，位移計12，15，18，21，24，27，30，33，36固定在隧道左側(cè)拱腰處，全部位移計上端固定在位移計支架4上。土體地表面及拱腰處每個位移計間隔40mm均勻布置,其中兩端位移計22，23，24，34，35，36距離隧道口40mm距離箱邊90mm。將lvdt位移計末端分別用膠布粘結(jié)于砂性土體和隧道襯砌外表面。在本實施例中，位移計用于隧道襯砌外表面及土體地表面的縱向沉降測量，其具體量測數(shù)值可由外接位移數(shù)據(jù)采集儀獲得。

試驗時，首先使用灌漿裝置6向管涌裝置中注入少量水，使得管涌現(xiàn)象發(fā)生。期間觀察記錄各個儀表讀數(shù)。（可以通過控制注入水量的體積，速度來控制不同程度管涌現(xiàn)象的發(fā)生）；接著，開始通過注漿裝置6注入漿體，通過收液裝置7回收沙液，期間觀察記錄各個儀表讀數(shù)，并與管涌發(fā)生時的讀數(shù)進行對比分析。另外，可以控制注漿的速度，漿體的配合比，注漿體積，從而實現(xiàn)對比觀測不同灌漿工況下的隧道。土體沉降值以及隧道的應(yīng)變量，以期得到更為有效的灌漿治理方法。

以上對本發(fā)明的實施方式進行了說明，但本發(fā)明并不以此為限，還可以在不超出本發(fā)明的要點的范圍內(nèi)進行適當變更。

本發(fā)明上述實施例通過管涌對隧道的影響及灌漿治理研究的室內(nèi)模擬試驗裝置，可以獲得不同管涌現(xiàn)象下隧道沉降變形的影響，以及灌漿治理之后隧道的應(yīng)變值、縱向沉降值和土體地表面縱向沉降值的技術(shù)效果。