(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210961646.0 (22)申请日 2022.08.11 (71)申请人 华东交通大 学 地址 330013 江西省南昌市经济技 术开发 区双港东大街808号 (72)发明人 蒋亚龙　林付根　徐长节　徐贞珍　 耿大新　罗伟　丁海滨　 (74)专利代理 机构 南昌卓尔精诚专利代理事务 所(普通合伙) 36133 专利代理师 贺楠 (51)Int.Cl. E21D 11/10(2006.01) E21D 11/38(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种盾构隧道环外注浆堵漏加固的模型实 验装置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种盾构隧道环外注浆堵漏 加固的模型实验装置及方法， 它包括模型箱、 盾 构隧道衬砌结构、 液压千斤顶、 弹性件、 储浆罐、 转轴、 扇叶、 储浆仓、 定位支架、 止浆阀、 流量计、 压力表， 模型箱包括上部结构和下部结构， 下部 结构包括第一模块、 第二模块、 第三模块和框架， 第一模块、 第二模块和第三模块的中部上均为高 强钢化玻璃。 本发明的有益效果是： 可 以满足不 同注浆数量、 不同注浆角度、 不同注浆深度和不 同注浆间距的要求， 调节千斤顶的不同顶出距离 和分区分层压入两种不同的土体材料， 可以模拟 在不均匀荷载和复杂地层作用下的不利工况； 盾 构隧道衬砌 结构的环向裂缝的设计， 配合储水槽 可以有效的对注浆堵漏的效果进行评价。 权利要求书3页 说明书8页 附图9页 CN 115182754 A 2022.10.14 CN 115182754 A 1.一种盾构隧道环外注浆堵漏加固的模型实验装置， 其特征在于： 它包括模型箱、 盾构 隧道衬砌结构、 液压千斤顶、 弹性件、 储浆罐、 转轴、 扇叶、 储浆仓、 定位支架、 止浆阀、 流量 计、 压力表， 所述模型箱包括上部结构和下部结构， 所述下部结构包括第一模块、 第二模块、 第三模块和框架， 所述第一模块、 第二模块和第三模块的中部上均为高强钢化 玻璃， 且四周 凸起为金属材质并预留有螺 栓孔； 所述框架、 第 一模块、 第 二模块和第 三模块依次通过螺栓连接形成模型箱的下部结构， 所述下部结构均设有出水 口， 且出水 口靠近下部结构的底端， 每个所述出水 口上设有止水 阀， 所述下部结构的顶部上设有储水槽， 且储水槽的上表面与下部结构顶部齐平， 所述盾构 隧道衬砌结构包括管片衬砌和定位卡环， 所述上部结构还包括反力板， 所述反力板设置在 上部结构的中部， 所述液压千斤顶设置在反力板的下方， 所述储浆罐的底部上设有支撑柱， 且支撑座的底部上设有底座， 所述底座上设有滚轮， 所述盾构隧道衬砌结构的内部设有微 型摄像头、 注浆管和注浆盘。 2.根据权利要求1所述的一种盾构隧道环外注浆堵漏加固的模型实验装置， 其特征在 于： 所述注浆管设有注浆管一、 注浆管二、 注浆支管一和注浆支管二， 所述储浆罐的下方设 有储浆仓一和储浆仓二， 所述注浆管一的一端上设有空气压缩机， 且另一端分别与储浆仓 二和注浆支管二进行连接， 所述注浆支管二的另一端与储浆仓一连接， 为位于储浆仓一出 口的注浆支管二与注浆管二进行连接， 所述注浆支管一的一端与储浆仓二连接， 另一端与 注浆管二进行 连接， 所述注浆管二与所述注浆盘进行 连通。 3.根据权利要求2所述的一种盾构隧道环外注浆堵漏加固的模型实验装置， 其特征在 于： 所述第一模块设有多个， 且为模型箱组成的主要结构， 所述第二模块至少设有4个， 且4 个第二模块组成圆形开口， 所述第三模块的四分之一高度 处预留有注水孔， 所述上部结构 包括框架一和框架二， 且框架一、 框架二和反力板之间通过螺纹连接 。 4.根据权利要求3所述的一种盾构隧道环外注浆堵漏加固的模型实验装置， 其特征在 于： 弹性件上端固定在液压千斤顶的底端， 且弹性件的下端设有加载板， 并与加载板进行可 拆卸连接， 所述加载板上设有与液压千斤顶底部相互配合的环形卡槽， 所述环形卡槽的侧 壁上设有卡片， 所述弹性件的下端上设有可旋转的卡接件， 使得在竖向上能够带动加载板 进行上下移动， 所述加载板的顶面上设有加强肋， 且加载板的底部上设有圆柱凸起。 5.根据权利要求4所述的一种盾构隧道环外注浆堵漏加固的模型实验装置， 其特征在 于： 注浆管二上还设有止浆阀二和压力表； 储水槽为具有刻度的矩形结构， 所述储水槽的一 侧表面上设有固定件和注水孔， 所述固定件通过螺栓与第三模块紧固在一起， 所述注水孔 的大小、 高度均与第三模块中的注水孔一致， 且两者之 间设有通水管， 所述液压千金顶至少 设有6个， 且均匀设置在反力板的下 方。 6.根据权利要求5所述的一种盾构隧道环外注浆堵漏加固的模型实验装置， 其特征在 于： 底座上还设有多个弧形凹槽； 储浆罐的内部上还设有转轴， 所述转轴 上设有扇叶， 所述 储浆罐的底部上设有 出浆口一和出浆口二， 所述出浆口一和出浆口二的下方分别设有 出浆 管一和出浆管二分别与储浆仓一和储浆仓二进行连接， 所述储浆仓一和储浆仓二为空心圆 柱且表面刻有标尺， 所述储浆仓一和储浆仓二为高强玻璃制成， 所述储浆仓一和储浆仓二 固定在弧形凹槽的内部 。 7.根据权利要求6所述的一种盾构隧道环外注浆堵漏加固的模型实验装置， 其特征在权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115182754 A 2于： 定位卡环的中间还设有16个预留孔， 且两边呈 凹槽状， 所述管片衬砌尺 寸与定位卡环上 的凹槽尺寸一致， 且可插接到定位卡环中， 若干个管片衬砌插接到若干个定位卡环中形成 盾构隧道衬砌结构； 注浆盘还包括环形支架和斜撑， 且环形支架设有2个， 两个所述环形支 架上均设有固定孔， 所述固定孔直径相同且与定位卡环预留孔直径一致， 所述环形支架为 内凹结构， 并与定位卡环配套使用， 并能卡扣在一起； 注浆管二上设有注浆分支， 且注浆分 支固定在注浆盘和定位 卡环上， 未插 入注浆分支的预留孔用橡胶塞 进行堵塞。 8.根据权利要求7所述的一种盾构隧道环外注浆堵漏加固的模型实验装置， 其特征在 于： 所述注浆分支上设有流量计和矿用接头， 且矿用接头的一端与注浆分支进 行连接， 且矿 用接头的另一端连接有注浆杆， 所述矿用接头固定在预留孔中， 且注浆杆的长度至少设有 三种不用长度规格， 所述注浆杆 的端部上设有若干注浆孔， 所述定位卡环与注浆盘为配合 使用。 9.根据权利要求8所述的一种盾构隧道环外注浆堵漏加固的模型实验装置， 其特征在 于： 定位支架上设有位移计， 且位移计设有4个， 并在水平以及竖直方向上均设有两个； 定位 卡环上还设有环形应变片， 且环形应变片设有8个， 并均匀分布在定位卡环上， 所述环形应 变片与定位卡环上 的预留孔错开， 所述环形应变片设有横向应变片和纵向应变片， 盾构隧 道衬砌结构上还设有土压力盒， 所述土压力盒与纵向应变片在同一截面上， 并固定在距离 定位卡环D /2位置和D位置处， 土压力盒设有4个， 所述纵向应变片设有6个， 所述 纵向应变片 与土压力盒两者交叉均布在管片衬砌表面； 圆形开口半径和盾构隧道衬砌结构外径一致， 且微型摄 像头设有 若干个， 所述管片衬砌材质为天然橡胶管制成。 10.根据权利要求9所述的一种盾构隧道环外注浆堵漏加固的模型实验装置的方法， 其 特征在于： 它包括以下步骤： S1： 查阅文献资料确定实验方案； S2： 根据实验方案设计的相似比来确定盾构隧道衬砌结构的大小； 根据实验方案设计 的注浆间距来确定盾构隧道衬砌的组装 形式， 包括定位卡环的数量、 管片衬砌的长度； 根据 实验方案设计的注浆数量、 注浆角度来确定注浆分支的数量及布设角度； 根据实验方案设 计的注浆深度来确定注浆杆的长度， 然后依次拼装连接； S3： 盾构隧道衬砌和注浆盘等组装完成后， 进行位移计和应变片和土压力盒布设， 具体 的， 位移计应当尽量靠近定位卡环； 应变片贴在盾构隧道衬砌表面， 并用导线连接， 在应变 片及接线位置采取硅胶 密封防水措施， 两根接线岔开使用5 02胶水固定， 防止 接线短路； S4： 根据实验需求确定模型箱尺寸， 将各组成部件依次拼装而成， 并沿着模型箱内表面 卷一层防水塑料膜； S5： 配制2种不同的相似土体材料来模拟不均匀地层， 相似土体材料的配制主要考虑土 体单位体积重力、 黏聚力、 内摩擦角、 泊松比和弹性模量， 根据相似比和地质勘察资料 的物 理力学参数取值， 以粉煤灰、 河砂为主料， 加入一定比例的重晶石粉、 石英砂、 凡士林、 松香 进行模拟配置材料时， 模型土的物理参数偏差控制在2％以内， 特别地， 为了突出地层不均 的特性， 需确保其中一种相似土体材料的弹性模量值是另一种土体材料的弹性模量值的 2.5倍或以上； S6： 将配置好的两种不同土体材料各自搅拌均匀， 左右分区同步装入模型箱内， 以10cm 为一层， 采取人工压实措施埋至与圆形开口1 ‑7底部同一水平线， 期间采用环刀法取样控制权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115182754 A 3