可拆卸的泥漿成膜及泥膜氣密性試驗裝置及方法
【專利摘要】本發明提出一種可拆卸的泥漿成膜及泥膜氣密性試驗裝置，包括試驗柱體，分別設于試驗柱體頂端和底端的法蘭盤和底座，所述試驗柱體由可拆卸的上部柱體、泥漿滲透箱、地層箱、濾層箱依次連接組成，所述上部柱體頂端依次連接調壓裝置和空壓機，在上部柱體和調壓裝置之間設有進氣閥，在上部柱體下部設有排泥閥，所述在濾層箱底端依次連接集水裝置和數據采集裝置，在濾層箱和集水裝置之間設有排水閥。本發明還提出該裝置的使用方法。本發明可對泥水盾構開挖面泥漿在地層中的滲透過程進行模擬，同時可分別測定泥皮、滲透帶或泥皮+滲透帶的滲透系數或進行閉氣試驗，對帶壓開艙過程中泥漿的選取提供依據，且方法簡單易行，工作量小，耗時短。
【專利說明】
可拆卸的泥漿成膜及泥膜氣密性試驗裝置及方法
技術領域
[0001]本發明涉及的是可拆卸的泥漿成膜及泥膜氣密性試驗裝置及使用方法。利用該裝置可對泥水盾構開挖面泥漿在地層中的滲透過程進行模擬，同時可分別測定泥皮、滲透帶或泥皮+滲透帶的滲透系數或進行閉氣試驗，而且本發明所涉及的測試方法簡單易行，工作量小，耗時短，是簡單可行的室內模擬泥漿成膜及測試泥皮、滲透帶、泥皮+滲透帶的滲透系數及測試泥膜氣密性的方法。
【背景技術】
[0002]我國采用盾構工法修建的水下隧道時多會穿越高滲透性、高石英含量的砂卵石等地層，經常遭遇盾構機刀盤刀具磨損嚴重、刀盤結餅及障礙物等情況，而被迫停機進行開艙清理或維修等作業。由于受到隧道上部有河流、湖泊等水域、構筑物或者其他原因的影響，從地表加固地層-常壓開艙的方法被限制，以壓氣工法為基礎的帶壓開艙方法越來越多被使用。常規的壓氣工法一般適用于滲透系數小于10—2cm/s的土層，對于滲透系數大于10—2cm/s的粗粒土地層，常采用泥漿在開挖面上形成閉氣性良好的泥膜等輔助方法來降低地層的透氣性，保證開挖面的穩定性。由于泥膜是一種特殊的多孔介質，通常有泥皮和滲透帶兩部分組成，如何評價泥膜形成質量的好壞是廣大施工人員最為關心的問題，通泥皮、滲透帶、泥皮+滲透帶的滲透系數可以作為評價泥膜質量的指標之一，對開艙用泥漿在地層中成膜質量進行評價，有利于帶壓開艙的安全進行。而在現場進行滲透性試驗或泥膜閉氣性測試，不僅不經濟，而且還存在較大的風險。
【發明內容】
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[0003]發明目的:針對現有技術中存在的問題，本發明提出一種可拆卸的泥漿成膜及泥膜氣密性試驗裝置及使用方法，可對泥水盾構開挖面泥漿在地層中的滲透過程進行模擬，同時可分別測定泥皮、滲透帶或泥皮+滲透帶的滲透系數或進行閉氣試驗。
[0004]技術方案:一種可拆卸的泥漿成膜及泥膜氣密性試驗裝置，包括試驗柱體，分別設于試驗柱體頂端和底端的法蘭盤和底座，所述試驗柱體由可拆卸的上部柱體、泥漿滲透箱、地層箱、濾層箱依次連接組成，所述上部柱體頂端依次連接調壓裝置和空壓機，在上部柱體和調壓裝置之間設有進氣閥，在上部柱體下部設有排泥閥，所述在濾層箱底端依次連接集水裝置和數據采集裝置，在濾層箱和集水裝置之間設有排水閥。
[0005]所述試驗柱體為直徑1cm的有機玻璃柱體，所述上部柱體高度為40cm，所述泥漿滲透箱、地層箱高度均為5cm，箱體底部均為一層孔徑為0.1mm的不銹鋼篩網，所述濾層箱高度為10cm。
[0006]所述可拆卸的各箱體兩端均有法蘭盤，彼此之間通過螺栓連接。
[0007]所述各箱體連接處設有O型橡膠圈，用于提高裝置的密封性。
[0008]—種可拆卸的泥漿成膜及泥膜氣密性試驗裝置的使用方法，包括以下步驟:
[0009]a)在濾層箱中裝入1cm厚的砂顆粒作為濾層，然后通過控制干密度的方法在泥漿滲透箱和地層箱中分別裝入lcm、5cm厚的試驗地層，將上部柱體、泥漿滲透箱、地層箱、濾層箱用螺栓固定依次連接，并反向飽和地層；
[0010]b)在泥漿滲透箱地層上方裝入約1cm高的試驗泥漿，用法蘭盤密封上部柱體后，調節空壓機和調壓裝置，設定泥漿滲透的氣壓值，然后打開進氣閥與排水閥，進行泥漿的滲透試驗；
[0011]C)泥漿在地層表面形成一層泥皮，并在地層中形成一段滲透帶，通過集水裝置與數據采集裝置記錄泥漿的濾水量，用毫米刻度尺量測泥皮的厚度；
[0012]d)—定時間后結束泥漿滲透試驗，關閉排水閥，打開試驗柱中部的排泥閥，將試驗柱中的剩余泥漿排出，然后將泥漿滲透箱或地層箱拆除或均不拆除；
[0013]e)再次打開試驗柱上的進氣閥與排水閥，使氣壓直接作用在泥皮或滲透帶上，測定泥皮或滲透帶的滲透系數，或進行泥膜的閉氣試驗。
[0014]步驟a)中濾層為粒徑2_5mm的單一粒徑砂層，地層根據盾構機所處地層的地質環境確定，對于同一地層試驗保持地層的干密度一致。
[0015]步驟b)中泥漿為實際開艙工程中擬使用的泥漿。
[0016]步驟b)中的氣壓由空壓機提供并通過調壓裝置調節，氣壓值的選取與實際泥漿滲透過程中的泥漿壓力值一致。
[0017]步驟d)中泥漿的滲透時間應根據工程中泥漿實際的滲透時間確定。
[0018]步驟d)中是否拆除泥漿滲透箱或地層箱根據試驗目的確定，若測定泥皮的滲透性應將有滲透帶的地層箱拆除，若測定滲透帶的滲透性應將有泥皮的泥漿滲透箱拆除，若測定泥膜整體的滲透性或進行泥膜的閉氣試驗，則均不拆除。
[0019]有益效果:利用該裝置可對泥水盾構開挖面泥漿在地層中的滲透過程進行模擬，同時可分別測定泥皮、滲透帶或泥皮+滲透帶的滲透系數或進行閉氣試驗，對帶壓開艙過程中泥漿的選取提供依據;而且本發明所涉及的測試方法簡單易行，工作量小，耗時短，是簡單可行的室內模擬泥漿成膜及測試泥皮、滲透帶、泥皮+滲透帶的滲透系數及測試泥膜氣密性的方法。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明的泥漿滲透裝置的結構示意圖；
[0021 ]圖2是本發明的泥漿滲透箱和地層箱的主示圖；
[0022]圖3是本發明的泥漿滲透箱和地層箱的仰視圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0024]如圖1-3所示，可拆卸的泥漿成膜及泥膜氣密性試驗裝置，包括試驗柱體，分別設于試驗柱體頂端和底端的法蘭盤I;所述試驗柱體為直徑1cm的有機玻璃柱體，由可拆卸的上部柱體2、泥漿滲透箱3、地層箱4、濾層箱5組成，各箱體兩端均有法蘭盤6，彼此之間通過螺栓連接，各箱體連接處均設有O型橡膠圈，用于提高裝置的密封性;所述上部柱體2頂端依次連接調壓裝置8和空壓機9，在上部柱體2和調壓裝置8之間設有進氣閥7，在上部柱體2下部設有排泥閥10;所述在濾層箱5底端依次連接集水裝置12和數據采集裝置13，在濾層箱5和集水裝置12之間設有排水閥11。所述上部柱體高度為40cm，所述泥漿滲透箱和地層箱高度均為5cm，箱體底部均為一層孔徑為0.1mm的不銹鋼篩網，所述濾層箱高度為1cm0
[0025]上述可拆卸的泥漿成膜及泥膜氣密性試驗裝置的使用方法，包括以下步驟:
[0026]a)針對盾構機所處的地質情況，進行模擬實驗，在濾層箱中裝入1cm厚的砂顆粒作為濾層，然后通過控制干密度的方法在泥漿滲透箱和地層箱中分別裝入lcm、5cm厚的試驗地層，將上部柱體、泥漿滲透箱、地層箱及濾層箱用螺栓固定依次連接，并反向飽和地層，其中濾層為粒徑2_5mm的單一粒徑砂層，地層根據盾構機所在位置地層選定，對于同一地層試驗保持地層的干密度一致。
[0027]b)在泥漿滲透箱地層上方裝入約1cm高的試驗泥漿，用法蘭盤密封上部柱體后，調節空壓機和調壓裝置，設定泥漿滲透的氣壓值，然后打開進氣閥與排水閥，進行泥漿的滲透試驗;其中泥漿為實際開艙工程中擬使用的泥漿，氣壓由空壓機提供并通過調壓裝置調節，氣壓值的選取應與實際泥漿滲透過程中的泥漿壓力值一致。
[0028]c)泥漿在地層表面形成一層泥皮，并在地層中形成一段滲透帶，通過集水裝置與數據采集裝置記錄泥漿的濾水量，用毫米刻度尺量測泥皮的厚度。
[0029]d)泥漿滲透一定時間(泥漿的滲透時間應根據工程中泥漿實際的滲透時間確定)后通過調壓裝置將柱體中的氣壓釋放，結束泥漿滲透試驗。關閉排水閥，打開試驗柱中部的排泥閥，將試驗柱中的剩余泥漿排出，然后將地層箱之一(上部為泥皮、下部為泥漿滲透帶)拆除或均不拆除;其中，泥漿的滲透時間根據具體工程中的泥漿成膜時間設定，是否拆除泥漿滲透箱或地層箱根據試驗目的確定，若測定泥皮的滲透性應將有滲透帶的地層箱拆除，若測定滲透帶的滲透性應將有泥皮的泥漿滲透箱拆除，若測定泥膜整體的滲透性或進行泥膜的閉氣試驗，則均不拆除。
[0030]e)再次打開試驗柱上的進氣閥與排水閥，使氣壓直接作用在泥皮或滲透帶上，測定泥皮或滲透帶的滲透系數，或進行泥膜的閉氣試驗。
【主權項】
1.一種可拆卸的泥漿成膜及泥膜氣密性試驗裝置，包括試驗柱體，分別設于試驗柱體頂端和底端的法蘭盤和底座，其特征在于，所述試驗柱體由可拆卸的上部柱體、泥漿滲透箱、地層箱、濾層箱依次連接組成，所述上部柱體頂端依次連接調壓裝置和空壓機，在上部柱體和調壓裝置之間設有進氣閥，在上部柱體下部設有排泥閥，所述在濾層箱底端依次連接集水裝置和數據采集裝置，在濾層箱和集水裝置之間設有排水閥。2.根據權利要求1所述的可拆卸的泥漿成膜及泥膜氣密性試驗裝置，其特征在于，所述試驗柱體為直徑1cm的有機玻璃柱體，所述上部柱體高度為40cm，所述泥漿滲透箱和地層箱高度均為5cm，箱體底部均為一層孔徑為0.1mm的不銹鋼篩網，所述濾層箱高度為1cm03.根據權利要求1所述的可拆卸的泥漿成膜及泥膜氣密性試驗裝置，其特征在于，所述可拆卸的各箱體兩端均有法蘭盤，彼此之間通過螺栓連接。4.根據權利要求1所述的可拆卸的泥漿成膜及泥膜氣密性試驗裝置，其特征在于，所述各箱體連接處設有O型橡膠圈，用于提高裝置的密封性。5.根據權利要求1-4任意一項所述的可拆卸的泥漿成膜及泥膜氣密性試驗裝置的使用方法，其特征在于，包括以下步驟: a)在濾層箱中裝入1cm厚的砂顆粒作為濾層，然后通過控制干密度的方法在泥漿滲透箱和地層箱中分別裝入lcm、5cm厚的試驗地層，將上部柱體、泥漿滲透箱、地層箱、濾層箱用螺栓固定依次連接，并反向飽和地層； b)在泥漿滲透箱地層上方裝入約1cm高的試驗泥漿，用法蘭盤密封上部柱體后，調節空壓機和調壓裝置，設定泥漿滲透的氣壓值，然后打開進氣閥與排水閥，進行泥漿的滲透試驗； c)泥漿在地層表面形成一層泥皮，并在地層中形成一段滲透帶，通過集水裝置與數據采集裝置記錄泥漿的濾水量，用毫米刻度尺量測泥皮的厚度； d)—定時間后結束泥漿滲透試驗，關閉排水閥，打開試驗柱中部的排泥閥，將試驗柱中的剩余泥漿排出，然后將泥漿滲透箱或地層箱拆除或兩者均不拆除； e)再次打開試驗柱上的進氣閥與排水閥，使氣壓直接作用在泥皮或滲透帶上，測定泥皮或滲透帶的滲透系數，或進行泥膜的閉氣試驗。6.根據權利要求5所述的可拆卸的泥漿成膜及泥膜氣密性試驗裝置的使用方法，其特征在于，步驟a)中濾層為粒徑2-5mm的單一粒徑砂層，地層根據盾構機所處地層的地質環境確定，對于同一地層試驗保持地層的干密度一致。7.根據權利要求5所述的可拆卸的泥漿成膜及泥膜氣密性試驗裝置的使用方法，其特征在于，步驟b)中泥漿為實際開艙工程中擬使用的泥漿。8.根據權利要求5所述的可拆卸的泥漿成膜及泥膜氣密性試驗裝置的使用方法，其特征在于，步驟b)中的氣壓由空壓機提供并通過調壓裝置調節，氣壓值的選取與實際泥漿滲透過程中的泥漿壓力值一致。9.根據權利要求5所述的可拆卸的泥漿成膜及泥膜氣密性試驗裝置的使用方法，其特征在于，步驟d)中泥漿的滲透時間應根據工程中泥漿實際的滲透時間確定。10.根據權利要求5所述的可拆卸的泥漿成膜及泥膜氣密性試驗裝置的使用方法，其特征在于，步驟d)中是否拆除泥漿滲透箱或地層箱根據試驗目的確定，若測定泥皮的滲透性應將有滲透帶的地層箱拆除，若測定滲透帶的滲透性應將有泥皮的泥漿滲透箱拆除，若測 定泥膜整體的滲透性或進行泥膜的閉氣試驗，則均不拆除。
【文檔編號】G01M3/02GK105891084SQ201610209931
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月6日
【發明人】張寧, 閔凡路, 錢勇進, 徐靜波, 杜瑞
【申請人】河海大學