一种用于同步注浆试验的圆形注浆试验装置

技术领域

本发明涉及一种盾构模拟设备，尤其涉及一种用于同步注浆试验的圆形注浆试验装置。

背景技术

盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机，其能够在掘进的同时铺设支撑性管片。在管片从盾尾脱离时，由于盾构机本身的构造，必然会在管片和土体之间形成间隙，因此，对于该间隙，需要及时同步注浆，以防止管片周围的土体松动、坍塌，同时能够增加管片的稳定性，避免管片出现应力集中而失稳。

由于土体较为复杂，同时目前的浆液品种繁多，再加上盾构机造价高昂，因此，现有技术中通常采用模拟实验对同步注浆过程进行模拟。由于盾构机尺寸较大，通常其直径为6～18m，因此，如果进行采用原型模拟，则其成本较高、操作难度较大；因此，现有技术中通常采用缩尺的方式进行模拟，即将盾构机进行等比例缩小，随后进行同步注浆模拟实验。但是，由于土体和浆液等物料和调节本身不能够被缩尺，导致缩尺后模拟得到的结果和实际结果具有一定的偏差。

发明内容

为解决上述至少一种问题，本发明提供了一种用于同步注浆试验的圆形注浆试验装置，其采用局部原型对同步注浆过程进行模拟，更加准确，且成本相对较低。

本发明的技术方案是：一种用于同步注浆试验的圆形注浆试验装置，包括底座，所述底座上设有弧形槽，同时还设有与所述弧形槽相匹配的圆筒形箱体，所述箱体能够自由转动；所述圆筒形箱体内部设有局部原型，所述局部原型包括依次设置的弧形的盾壳、盾尾刷和管片，所述局部原型的两端可拆卸的固定设置于所述箱体侧壁，所述局部原型的宽度小于所述箱体的高度。

本发明的一种实施方式在于，所述弧形槽内设有滚轮，所述底座两侧设置有促使所述箱体转动的牵拉机构。

进一步的，所述牵拉机构包括卷扬机，所述卷扬机上设置有拉绳，所述拉绳一端固定设于所述箱体侧壁。

进一步的，所述牵拉机构包括链条，所述链条两端均设有卷扬机，所述卷扬机设于所述底座侧壁；所述箱体侧壁绕其圆周设有滑槽，所述滑槽内设有与所述链条相匹配的齿。

本发明的一种实施方式在于，所述箱体还包括前盖板和后盖板，所述箱体内还设有挡土板，所述挡土板将所述局部原型上部的空间分隔为两部分，且所述挡土板和所述后盖板之间填充有土体。

进一步的，所述箱体内壁和所述后盖板上均设有安装板，所述安装板内设有密封槽，所述局部原型可拆卸的固定设于所述密封槽内。

进一步的，所述前盖板上还设有注浆管接头和液压机，所述注浆管接头连接注浆管，所述注浆管能够向所述管片注浆；所述液压机通过牵拉杆连接所述盾壳。

优选地，所述局部原型的宽度不大于所述箱体高度的二分之一。

本发明的一种实施方式在于，所述箱体顶部设有窗口。

.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明通过设置局部原型，使得模拟过程能够和实际盾构注浆过程更加接近，从而能够模拟得到更加准确的同步注浆模拟数据，为实际生产提供较为准确的数据支持；同时，由于箱体能够自由转动，使得能够多角度模拟注浆过程。

附图说明

图1为本装置前视结构示意图；

图2位图1中除去前盖板后的结构示意图；

图3位箱体的左视剖视图；

图4位安装板结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

在本发明的描述中，需指出的是，术语“上”、“底”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，不能理解为对本发明的限制。

参见图1～图4，一种用于同步注浆试验的圆形注浆试验装置，包括底座1，所述底座1上设有弧形槽，同时还设有与所述弧形槽相匹配的圆筒形箱体2，所述箱体2能够自由转动；所述圆筒形箱体2内部设有局部原型，所述局部原型包括依次设置的弧形的盾壳10、盾尾刷9和管片8，所述局部原型的两端可拆卸的固定设置于所述箱体1侧壁，所述局部原型的宽度小于所述箱体1的高度。

具体的，底座1用于承载箱体2，由于箱体2是圆筒形，因此，需要在底座1上设置一个弧形槽，使得箱体2能够设置于底座1上。

同时，由于在实际过程中，管片8需要组装为一个圆筒形，因此，单个管片8的角度有较大的差异，为了模拟多个角度的注浆，限定箱体2能够自由转动。对于箱体2来讲，能够使其转动的方法和结构较多，但是由于本实施例中并未对管片8和盾壳9等部件进行缩尺，导致其尺寸较大，重量也较大，在这样的情况下，采用常规的人工操作难以转动箱体2。因此，本实施例中，提出了两种能够促使箱体2转动的装置。此处所述的转动，是指箱体2能够绕其轴心转动。

通常来说，要促使箱体2转动，则箱体2与底座1上弧形槽的摩擦不能过大：当摩擦过大时，即使设置有外部的促使箱体2转动的部件，但是由于箱体2在转动时，需要克服箱体2与弧形槽之间的摩擦力，因此，其会增加箱体2转动的难度，增大动力损耗。为此，在弧形槽内设置有一些滚轮5，当箱体2转动时，滚轮5随之转动，从而将箱体2与弧形槽之间的滑动摩擦变为箱体2与滚轮5之间的滚动摩擦，能够降低摩擦力，从而降低克服该摩擦力引起的能量损耗。

为了促使箱体2转动，在底座1的两侧设有促使箱体2转动的牵拉机构3。

现有技术中存在较多能够促使箱体2转动的部件，但是由于本装置是对同步注浆过程进行局部模拟且并非缩尺，因此，箱体2尺寸较大，重量较大。常规的方法难以适应。因此，本实施例中提出两种促使箱体2转动的牵拉机构3。

在一些实施例中，在底座1的两侧都设置有促使箱体2转动的卷扬机，且考虑到箱体的尺寸，底座每一侧均设置有至少两个卷扬机，同时，在每一个卷扬机上均设置有一个拉绳，拉绳的一端设置于卷扬机上，另一端固定设于箱体的侧壁；通常来说，为了使得底座转换更大的角度，拉绳的一端通常绕箱体的上部固定设于箱体底部，在卷扬机和拉绳的作用下，箱体能够转换的角度更大；同时，当实验结束后，箱体需要回归原位时，启动卷扬机促使箱体2转动相应角度即可。

在一些实施例中，同样在底座两侧都设置有卷扬机，同时，底座每一侧均设置有至少两个卷扬机，但是与前一种牵拉机构3的不同之处在于，当箱体2一个截面所在平面一侧设置有一个卷扬机时，在箱体2的另一侧同样设置有相对应的另一个卷扬机，即箱体2一个截面所在平面上，要么不设置有卷扬机，要么设置有两个，且这两个卷扬机分别设置于底座的两侧；同时，将前一种牵拉机构3中的拉绳更换为链条，同时在箱体侧壁绕其圆周设置有相应的滑槽，滑槽内设有与链条相对于的齿。本领域技术人员可以理解的是，滑槽的数量和链条的数量相等，也和底座1同一侧的卷扬机的数量相同。当需要箱体2转动时，仅需启动底座同一侧的卷扬机即可。

由于本实施例是非缩尺的局部模型，因此，在箱体2内部还设置有局部原型，局部原型从上至下包括盾壳10、盾尾刷9和管片8，和实际生产中相同，局部原型均为弧形，即盾壳10、盾尾刷9和管片8均为弧形，其中，管片8的尺寸和实际盾构设备中的单片管片8尺寸相同。同时，为了使得成本更低，通常采用一片管片8(弧度通常是45°)以及对应尺寸的盾壳10、盾尾刷9作为局部原型。

由于本实施例时模拟盾构的同步注浆过程，而在实际注浆过程中，需要在盾壳10上方设置具有一定压力的土体，为了便于实验的进行，本实施例中，还设置有前盖板和后盖板，同时，在前盖板201和后盖板202之间还设置有一个挡土板13，挡土板13的整体由上下两个弧形组成，其中，上弧形的半径和箱体2的内径相同，下弧形的半径和盾壳10的半径相同，且挡土板13的上部和箱体2固定，下部和盾壳10的上表面贴合。实验时，在后盖板202和挡土板13之间填充有土体。

同时，为了便于将局部原型放入箱体2内部，限定局部原型的宽度小于箱体2的高度。本实施例中，所述的局部原型的宽度，是指局部原型沿轴向的高度，并非局部原型的弧长；所述的箱体2的高度，是指箱体2作为圆筒时的高度，并非箱体2的直径或半径。

为了便于实验前后的拆装，设置局部原型为可拆卸的固定设置于箱体2内部。本实施例中，所述的可拆卸的固定设置，指的是，该设备在一定情况下能够拆卸，但是将其安装后，局部原型相对于箱体2的位置不会变化。

本领域技术人员可以知晓的是，为了实现上述的可拆卸的固定设置，有多种设置方法，比如采用螺栓连接等等。但是，由于本装置用于模拟同步注浆，因此，需要保证相应的密封性，因此，本实施例中提出了用于固定局部原型的部件。该部件包括安装板4，其中，箱体2内壁和后盖板202上均设置有该安装板4，同时在安装板4内设置有密封槽401，后将局部原型的一个弧形面可拆卸的固定设于后盖板202的密封槽401内，局部原型的两个直边可拆卸的固定设于箱体2内壁的密封槽401内，为了保证密封性，还可以在密封槽401内设置密封垫；为了保证在注浆过程中，拉动盾壳10时管片不会被拉出，可通过螺栓将管片8固定于安装板4上。

由于本装置用于模拟同步注浆过程，理所当然的，在实验过程中需要拉动盾壳10形成盾尾间隙，同时还需要注浆管12对其进行注浆。因此，在本实施例中，在前盖板201上设有至少一个液压机6，对应的，在盾壳上设有相应的牵拉连接头11，液压机6的牵拉杆连接牵拉连接头11，以便于模拟盾壳10脱离管片的过程；同时在前盖板上还设置有一个注浆管接头7，该注浆管接头7一端连接注浆管12，和实际工程相似，注浆管12连通盾壳10内部，在盾壳10尾部设置有注浆管出口，当拖动盾壳10形成盾尾间隙时，同时对盾尾间隙进行同步注浆。

同时，由于本实施例中，将液压机6和注浆管接头7均设置于前盖板201上，因此，为了便于将盾壳10完全拉出，避免前盖板201对拉出的盾壳10造成影响，本实施例中，限定局部原型的宽度不大于箱体2高度的二分之一，如此，即使是完全将盾壳10拉出，也不会影响整个设备的正常工作。

为了便于注入土体，在箱体2的顶部还设有窗口14，通过这些窗口14，能够向箱体2内部注入土体。同时，对于这些窗口14，还设有相应的密封装置，在填充一定量土体后，能够对其进行密封，避免对后续的加压过程造成影响。

同时，在箱体2顶部还设有加压管，通过加压管，能够向箱体2内部的土体进行增压，进而对盾壳10和管片8进行增压。在本实施例中，选用水增压的方式，即在箱体2上部设置一个注水增压管。

使用时，安装好管片8、盾壳10并填充好土体，开始增压进行实验，当土体压力上升到一定值后，通过液压机6牵拉盾壳10，形成盾尾间隙，同时开始注浆以模拟同步注浆过程。当需要模拟不同角度的管片8的同步注浆过程时，仅需启动牵拉机构3促使箱体2转动即可。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。