一種泥水盾構(gòu)簡(jiǎn)易壓力艙模型及其使用方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種泥水盾構(gòu)簡(jiǎn)易壓力艙模型及其使用方法，模型包括有機(jī)玻璃筒，底部連接集水裝置，中部隔板將筒體分成兩部分，頂部通過(guò)穩(wěn)壓閥與空壓機(jī)相連，下部有機(jī)玻璃筒用來(lái)模擬泥水盾構(gòu)的泥水艙，上部有機(jī)玻璃筒用來(lái)模擬泥水盾構(gòu)的壓力艙。其使用方法，步驟：在下部有機(jī)玻璃筒中裝入試驗(yàn)地層，并反向充水飽和；裝入泥漿至一定高度；為有機(jī)玻璃筒提供氣壓；將有機(jī)玻璃筒水平放置；調(diào)整有機(jī)玻璃筒內(nèi)氣壓值至實(shí)驗(yàn)氣壓，打開(kāi)隔板上連通孔閥門(mén)，使壓力艙的壓縮空氣進(jìn)入泥水艙，泥水艙內(nèi)泥漿逐漸進(jìn)入壓力艙，直至兩個(gè)模型艙的泥漿液位持平。本發(fā)明是一種簡(jiǎn)單可行的室內(nèi)模擬復(fù)雜條件下泥水盾構(gòu)掘進(jìn)和帶壓開(kāi)艙時(shí)開(kāi)挖面泥漿成膜及泥膜氣密性測(cè)試的裝置。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種泥水盾構(gòu)簡(jiǎn)易壓力艙模型及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于地下工程領(lǐng)域，具體涉及一種泥水盾構(gòu)簡(jiǎn)易壓力艙模型及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)采用盾構(gòu)工法修建的水下隧道多會(huì)穿越高滲透性、高石英含量的砂卵石等地層，經(jīng)常遭遇盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)刀具磨損嚴(yán)重、刀盤(pán)結(jié)餅及障礙物等情況，而被迫停機(jī)進(jìn)行開(kāi)艙清理或維修等作業(yè)。由于受到隧道上部有河流、湖泊等水域、構(gòu)筑物或者其他原因的影響，從地表加固地層-常壓開(kāi)艙的方法被限制，以壓氣工法為基礎(chǔ)的帶壓開(kāi)艙方法被廣泛使用。常規(guī)的壓氣工法一般適用于滲透系數(shù)小于10—2cm/s的土層，對(duì)于滲透系數(shù)大于10—2cm/s的粗粒土地層，常采用泥漿在開(kāi)挖面上形成閉氣性良好的泥膜等輔助方法來(lái)降低地層的透氣性，保證開(kāi)挖面的穩(wěn)定。由于泥膜是一種特殊的多孔介質(zhì)，其閉氣性能直接決定了帶壓開(kāi)艙的實(shí)施條件和工程安全性。因此，若能在帶壓開(kāi)艙實(shí)施之前，先對(duì)擬采用的泥膜進(jìn)行閉氣性測(cè)試，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)開(kāi)艙用的泥漿配比和成膜條件進(jìn)行調(diào)整，有利于保證帶壓開(kāi)艙的安全、高效的進(jìn)行。而在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行泥膜的閉氣性測(cè)試，不僅不經(jīng)濟(jì)，而且還存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種泥水盾構(gòu)簡(jiǎn)易壓力艙模型及其使用方法?？梢越颇M雙艙式泥水盾構(gòu)壓力艙內(nèi)泥漿成膜的過(guò)程，同時(shí)可以測(cè)試帶壓開(kāi)艙時(shí)泥水盾構(gòu)開(kāi)挖面上泥膜的閉氣性。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種泥水盾構(gòu)簡(jiǎn)易壓力艙模型，包括:
有機(jī)玻璃筒，其下部側(cè)面連接有集水裝置，上部側(cè)面通過(guò)調(diào)壓裝置與空壓機(jī)連接，其頂端和底端分別安裝有法蘭盤(pán)支座，所述法蘭盤(pán)支座之間通過(guò)不銹鋼柱預(yù)緊連接；
隔板，設(shè)置在有機(jī)玻璃筒的中部，用于將有機(jī)玻璃筒筒體分成設(shè)置在上部的壓力艙和設(shè)置在下部的泥水艙，所述隔板的一側(cè)開(kāi)設(shè)有連通缺口，用于連通泥水艙和壓力艙，另一側(cè)設(shè)置有通過(guò)閥門(mén)控制的連通孔；
支架，分別安裝在頂端和底端的法蘭盤(pán)支座的側(cè)端，并與連通缺口位于相同側(cè)，用于壓力艙模型水平放置時(shí)的支撐。
[0005]進(jìn)一步地，所述泥水艙的側(cè)壁上設(shè)有毫米刻度尺。
[0006]進(jìn)一步地，所述隔板固定在壓力艙上。
[0007]進(jìn)一步地，所述有機(jī)玻璃筒的下部側(cè)面與集水裝置相連位置處設(shè)有排水閥；所述有機(jī)玻璃筒的上部側(cè)面與調(diào)壓裝置相連位置處有進(jìn)氣閥。
[0008]進(jìn)一步地，所述鋼柱依次貫穿底部法蘭盤(pán)支座、筒體和頂部法蘭盤(pán)支座。
[0009]進(jìn)一步地，當(dāng)壓力艙模型水平放置時(shí)，所述連通缺口位于隔板的下部;所述連通孔位于隔板的上部。
[0010]本發(fā)明還提供了一種泥水盾構(gòu)簡(jiǎn)易壓力艙模型的使用方法，包括以下步驟:
步驟一:在有機(jī)玻璃筒的下部依次由下往上裝入濾層和試驗(yàn)地層，并反向充水飽和； 步驟二:將有機(jī)玻璃筒的泥水艙和壓力艙固定安裝在一起，關(guān)閉隔板一側(cè)的連通孔，在泥水艙中裝入泥漿，使泥漿的高度滿足當(dāng)有機(jī)玻璃筒水平放置時(shí)，壓力艙內(nèi)的液位高于開(kāi)設(shè)在隔板另一側(cè)的連通缺口的頂端；
步驟三:采用法蘭盤(pán)支座對(duì)有機(jī)玻璃筒的頂端和底端進(jìn)行密封;打開(kāi)連通在有機(jī)玻璃筒上部側(cè)面的空壓機(jī)開(kāi)關(guān)，向有機(jī)玻璃筒內(nèi)提供氣壓，同時(shí)打開(kāi)連通在有機(jī)玻璃筒下部側(cè)面的集水裝置的閥門(mén)，開(kāi)始泥漿滲透成膜實(shí)驗(yàn)；
步驟四:待底部濾水量變化穩(wěn)定后，將有機(jī)玻璃筒水平放置，并使連通缺口位于隔板的下部，連通孔位于隔板的上部；
步驟五:調(diào)整有機(jī)玻璃筒內(nèi)氣壓值至實(shí)驗(yàn)氣壓，打開(kāi)連通孔閥門(mén)，使壓力艙的壓縮空氣進(jìn)入泥水艙，同時(shí)泥水艙內(nèi)的泥漿逐漸進(jìn)入壓力艙，直至壓力艙和泥水艙的泥漿液位持平；步驟六:測(cè)試氣壓作用下地層表面泥膜的閉氣性，記錄泥膜在氣壓作用下的厚度和濾水量的變化。
[0011]進(jìn)一步地，步驟一中的試驗(yàn)地層為實(shí)際開(kāi)艙工程中所處位置的地層，裝入地層時(shí)通過(guò)控制地層干密度使試驗(yàn)地層接近實(shí)際地層。
[0012]進(jìn)一步地，步驟二中裝入的泥漿為實(shí)際開(kāi)艙工程中擬使用的泥漿。
[0013]進(jìn)一步地，步驟三中所述底部濾水量變化穩(wěn)定是指單位時(shí)間內(nèi)的濾水量小于預(yù)設(shè)值，預(yù)設(shè)值由試驗(yàn)者確定。
[0014]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明將有機(jī)玻璃筒豎直放置，使泥漿在地層中滲透形成泥膜，然后將裝置橫放，根據(jù)連通器原理使氣壓直接作用在泥膜上，進(jìn)行泥膜的閉氣性測(cè)試。該模型可以近似模擬雙艙式泥水盾構(gòu)壓力艙內(nèi)泥漿成膜的過(guò)程，同時(shí)可以測(cè)試帶壓開(kāi)艙時(shí)泥水盾構(gòu)開(kāi)挖面上泥膜的閉氣性，而且該模型操作簡(jiǎn)單、壓力設(shè)定方便，通過(guò)模型的放置方式即可實(shí)現(xiàn)由泥漿滲透過(guò)程向泥膜閉氣過(guò)程的轉(zhuǎn)化，是一種值得推廣的簡(jiǎn)易壓力艙模型及使用方法。
[0015]【附圖說(shuō)明】:
圖1:泥膜形成示意圖；
其中:1.進(jìn)氣閥；2.壓縮空氣;3.法蘭盤(pán)支座;4.泥漿;5.隔板;6.法蘭盤(pán);7.地層;8.濾層;9.排水閥；10.集水裝置;11.毫米刻度尺;12.連通閥；13.空壓機(jī);14.調(diào)壓裝置。
[0016]圖2:泥膜閉氣值測(cè)試示意圖
其中:1.進(jìn)氣閥；2.壓縮空氣;3.法蘭盤(pán)支座;4.泥漿;5.隔板;6.法蘭盤(pán);7.地層;8.濾層;9.排水閥；10.集水裝置；11.毫米刻度尺；12.連通閥；13.空壓機(jī)；14.調(diào)壓裝置；15.泥膜。
[0017]圖3:隔板處剖面圖
其中:a.連通孔;b.連通閥；c.隔板;d.法蘭盤(pán);e.泥漿通道。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的和技術(shù)方案更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；谒枋龅谋景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0019]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語(yǔ)應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過(guò)于正式的含義來(lái)解釋。
[0020]本發(fā)明中所述的“和/或”的含義指的是各自單獨(dú)存在或兩者同時(shí)存在的情況均包括在內(nèi)。
[0021]本發(fā)明中所述的“內(nèi)、外”的含義指的是相對(duì)于設(shè)備本身而言，指向設(shè)備內(nèi)部的方向?yàn)閮?nèi)，反之為外。
[0022]本發(fā)明中所述的“上、下”的含義指的是裝置直立或水平放置時(shí)，處在較高位置的為上，處于較低位置的為下。
[0023]本發(fā)明中所述的“連接”的含義可以是部件之間的直接連接也可以是部件間通過(guò)其它部件的間接連接。
[0024]如圖1-圖3所示，一種泥水盾構(gòu)壓力艙模型，一種泥水盾構(gòu)帶壓開(kāi)艙時(shí)開(kāi)挖面泥膜閉氣值的測(cè)試裝置，它包括筒狀的模型艙，與模型艙底部相連的集水裝置10，與頂部相連的空壓機(jī)13和調(diào)壓裝置14，在模型艙中部的隔板5;設(shè)置在模型艙與空壓機(jī)13之間的進(jìn)氣閥I，模型艙與集水裝置10之間的排水閥9，連接模型艙兩部分的連通閥12，以及筒身外壁的毫米刻度尺11。
[0025]—種上述泥水盾構(gòu)壓力艙的使用方法，首先是在有機(jī)玻璃筒中裝入濾水層8和試驗(yàn)地層7，反向飽和地層后，用螺栓連接有機(jī)玻璃筒，然后裝入試驗(yàn)?zāi)酀{4，再用法蘭盤(pán)3對(duì)有機(jī)玻璃筒進(jìn)行密封;打開(kāi)進(jìn)氣閥I，通過(guò)空壓機(jī)13和調(diào)壓裝置14設(shè)定泥漿的滲透壓力，使壓縮空氣2直接作用在泥漿4的液面上，打開(kāi)排水閥9，采用集水裝置10量測(cè)泥漿的滲透流量；滲透試驗(yàn)持續(xù)一定時(shí)間后關(guān)閉排水閥9，通過(guò)有機(jī)玻璃筒上的刻度尺11觀測(cè)地層7表面形成泥膜15的厚度和形態(tài);將有機(jī)玻璃筒橫放，利用調(diào)壓裝置14調(diào)整有機(jī)玻璃筒中的氣壓值，打開(kāi)隔板上方連通閥12，原有機(jī)玻璃筒下部的泥漿4流入上部，上下兩部的泥漿液位相持平且將隔板的下方開(kāi)口淹沒(méi)，氣體2通過(guò)連通閥12直接作用在試驗(yàn)地層表面的泥膜15上;然后打開(kāi)排水閥9，記錄泥膜15在氣壓作用下的厚度、濾水量變化，測(cè)定泥膜的閉氣規(guī)律。
[0026]上述一種泥水盾構(gòu)簡(jiǎn)易壓力艙模型的使用方法，具體而言包括以下步驟:
步驟一.在下部有機(jī)玻璃筒中裝入試驗(yàn)地層，并反向充水飽和；
步驟二.將有機(jī)玻璃筒用螺栓相連，關(guān)閉隔板上的空氣連通閥，裝入泥漿至一定高度(水平放置裝置時(shí)，壓力艙內(nèi)的液位高于隔板底部缺口線一段距離)；
步驟三.頂部采用法蘭盤(pán)密封有機(jī)玻璃筒，然后通過(guò)穩(wěn)壓閥連接空壓機(jī);打開(kāi)空壓機(jī)開(kāi)關(guān)，為有機(jī)玻璃筒提供氣壓，同時(shí)打開(kāi)底部的集水管閥門(mén)，開(kāi)始泥漿滲透成膜實(shí)驗(yàn)；
步驟四.待底部濾水量變化穩(wěn)定后，將有機(jī)玻璃筒水平放置；
步驟五.調(diào)整有機(jī)玻璃筒內(nèi)氣壓值至實(shí)驗(yàn)氣壓，打開(kāi)隔板上連通孔閥門(mén)，使上部有機(jī)玻璃筒(壓力艙)的壓縮空氣進(jìn)入下部有機(jī)玻璃筒(泥水艙)，同時(shí)下部有機(jī)玻璃筒(泥水艙)內(nèi)泥漿逐漸進(jìn)入上部有機(jī)玻璃筒(壓力艙)，直至兩個(gè)模型艙的泥漿液位持平；步驟六.測(cè)試氣壓作用下地層表面泥膜的閉氣性，記錄泥膜在氣壓作用下的厚度、濾水量變化等。
[0027]步驟一中所述的試驗(yàn)地層為實(shí)際開(kāi)艙工程中所處位置的地層，并控制地層的干密度接近實(shí)際地層。
[0028]步驟二中所述裝入的泥漿為實(shí)際開(kāi)艙工程中擬使用的泥漿；同時(shí)泥漿的裝入量保證水平放置裝置時(shí)，壓力艙內(nèi)的液位高于隔板底部缺口一段距離，以保證氣體完全由隔板的連通孔進(jìn)入泥水艙。
[0029]步驟四中所述底部濾水量變化穩(wěn)定是指單位時(shí)間內(nèi)泥膜的濾水量小于某一固定值，該值由試驗(yàn)者自行確定。
[0030]步驟五中所述調(diào)整有機(jī)玻璃筒內(nèi)的氣壓值，該氣壓值由試驗(yàn)者自行確定。
[0031]步驟六中所述泥膜的厚度由筒身側(cè)壁的毫米刻度尺確定;濾水量由集水裝置和天平測(cè)定。
[0032]以上僅為本發(fā)明的實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種泥水盾構(gòu)簡(jiǎn)易壓力艙模型，其特征在于，包括: 有機(jī)玻璃筒，其下部側(cè)面連接有集水裝置，上部側(cè)面通過(guò)調(diào)壓裝置與空壓機(jī)連接，其頂端和底端分別安裝有法蘭盤(pán)支座，所述法蘭盤(pán)支座之間通過(guò)不銹鋼柱預(yù)緊連接； 隔板，設(shè)置在有機(jī)玻璃筒的中部，用于將有機(jī)玻璃筒筒體分成設(shè)置在上部的壓力艙和設(shè)置在下部的泥水艙，所述隔板的一側(cè)開(kāi)設(shè)有連通缺口，用于連通泥水艙和壓力艙，另一側(cè)設(shè)置有通過(guò)閥門(mén)控制的連通孔； 支架，分別安裝在頂端和底端的法蘭盤(pán)支座的側(cè)端，并與連通缺口位于相同側(cè)，用于壓力艙模型水平放置時(shí)的支撐。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種泥水盾構(gòu)簡(jiǎn)易壓力艙模型，其特征在于，所述泥水艙的側(cè)壁上設(shè)有毫米刻度尺。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種泥水盾構(gòu)簡(jiǎn)易壓力艙模型，其特征在于，所述隔板固定在壓力艙上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種泥水盾構(gòu)簡(jiǎn)易壓力艙模型，其特征在于，所述有機(jī)玻璃筒的下部側(cè)面與集水裝置相連位置處設(shè)有排水閥;所述有機(jī)玻璃筒的上部側(cè)面與調(diào)壓裝置相連位置處有進(jìn)氣閥。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種泥水盾構(gòu)簡(jiǎn)易壓力艙模型，其特征在于，所述鋼柱依次貫穿底部法蘭盤(pán)支座、筒體和頂部法蘭盤(pán)支座。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種泥水盾構(gòu)簡(jiǎn)易壓力艙模型，其特征在于，當(dāng)壓力艙模型水平放置時(shí)，所述連通缺口位于隔板的下部;所述連通孔位于隔板的上部。7.—種泥水盾構(gòu)簡(jiǎn)易壓力艙模型的使用方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:在有機(jī)玻璃筒的下部依次由下往上裝入濾層和試驗(yàn)地層，并從排水閥后接的排水管中灌入清水，自下而上反向飽和地層； 步驟二:將有機(jī)玻璃筒的泥水艙和壓力艙固定安裝在一起，關(guān)閉隔板一側(cè)的連通孔，在泥水艙中裝入泥漿，使泥漿的高度滿足當(dāng)有機(jī)玻璃筒水平放置時(shí)，壓力艙內(nèi)的液位高于開(kāi)設(shè)在隔板另一側(cè)的連通缺口的頂端； 步驟三:采用法蘭盤(pán)支座對(duì)有機(jī)玻璃筒的頂端和底端進(jìn)行密封;打開(kāi)連通在有機(jī)玻璃筒上部側(cè)面的空壓機(jī)開(kāi)關(guān)，向有機(jī)玻璃筒內(nèi)提供氣壓，同時(shí)打開(kāi)連通在有機(jī)玻璃筒下部側(cè)面的集水裝置的閥門(mén)，開(kāi)始泥漿滲透成膜實(shí)驗(yàn)； 步驟四:待底部濾水量變化穩(wěn)定后，將有機(jī)玻璃筒水平放置，并使連通缺口位于隔板的下部，連通孔位于隔板的上部； 步驟五:調(diào)整有機(jī)玻璃筒內(nèi)氣壓值至實(shí)驗(yàn)氣壓，所述實(shí)驗(yàn)氣壓根據(jù)盾構(gòu)機(jī)實(shí)際開(kāi)艙過(guò)程中的氣壓確定，打開(kāi)連通孔閥門(mén)，使壓力艙的壓縮空氣進(jìn)入泥水艙，同時(shí)泥水艙內(nèi)的泥漿逐漸進(jìn)入壓力艙，直至壓力艙和泥水艙的泥漿液位持平； 步驟六:測(cè)試氣壓作用下地層表面泥膜的閉氣性，記錄泥膜在氣壓作用下的厚度和濾水量的變化。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種泥水盾構(gòu)簡(jiǎn)易壓力艙模型的使用方法，其特征在于，步驟一中的試驗(yàn)地層為模擬實(shí)際開(kāi)艙工程中盾構(gòu)機(jī)所處位置的地層，裝入地層時(shí)通過(guò)控制地層干密度使試驗(yàn)地層接近實(shí)際地層，用于模擬不同地層條件下的泥水盾構(gòu)帶壓開(kāi)艙時(shí)的泥漿成膜及泥膜閉氣密性試驗(yàn)。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種泥水盾構(gòu)簡(jiǎn)易壓力艙模型的使用方法，其特征在于，步驟二中裝入的泥漿為實(shí)際開(kāi)艙工程中擬使用的泥漿。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種泥水盾構(gòu)簡(jiǎn)易壓力艙模型的使用方法，其特征在于，步驟三中所述底部濾水量變化穩(wěn)定是指單位時(shí)間內(nèi)的濾水量小于預(yù)設(shè)值，預(yù)設(shè)值由試驗(yàn)者確定。
【文檔編號(hào)】G01N15/08GK105823717SQ201610204196
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年3月31日
【發(fā)明人】朱偉, 閔凡路, 張寧, 錢(qián)勇進(jìn), 杜瑞, 徐靜波
【申請(qǐng)人】河海大學(xué)