本发明专利技术公开了一种轴对称应力条件下顶管泥浆套减阻性能测定装置，包括双柱式拉压试验机和设置于其内的压力室，压力室中间竖向开设有用于将混凝土柱置于其中的圆柱形空间，混凝土柱上部设有内置螺栓，内置螺栓与拉伸接头一端相连，拉伸接头另一端与双柱式拉压试验机的横梁相连，圆柱形空间外围的压力室内部设有相连通的围岩模型制备室和注浆通道，压力室上端通过气压接头连接气压增压机，注浆通道上端通过注浆接头连接注浆系统，注浆系统向注浆通道注浆，实现顶管注浆减阻与实时补浆过程模拟，数据采集与控制系统用于收集双柱式拉压试验机、注浆系统和气压增压机的压力数据并控制整套装置的运行。同时还公开了测定方法。本发明专利技术设计合理，操作简单。操作简单。操作简单。
【技术实现步骤摘要】
轴对称应力条件下顶管泥浆套减阻性能测定装置及方法
[0001]本专利技术涉及一种顶管试验装置及测定方法，尤其是一种轴对称应力条件下顶管泥浆套减阻性能测定装置及方法。
技术介绍
[0002]顶管施工是借助于主顶油泵等顶进设备的推力，将工具管或掘进机从工作井穿过沿线土层进入接收井；与此同时，将紧随其后的管道依次连接并埋设到这两个井的管线土层中的敷设地下管道的施工方法。随着我国科技进步和经济的快速发展，以及环保意识的增强，顶管施工技术已作为一种常规的施工方法为工程界所接受。由于顶管法施工安全，对周围环境不影响或影响较小，已广泛应用于市政隧道、给排水管道、油气管道和综合管廊等各种应用场合。
[0003]在顶管顶进中，沿线管道所受的摩擦力将会随顶进长度的增大而增大，在正压力不变的情况下，摩擦系数是其主要影响因素，因此，要降低摩擦力就要减小摩擦系数的值。故施工过程中，会向管道的外表面注入触变泥浆，利用触变泥浆来降低摩擦系数。触变泥浆的基本成分是膨润土和水。当管道与围岩间的泥浆数量足够且失水量较小时，能在土壁上形成一层薄而致密的泥皮，可保护土壁和防止泥浆流失，完整的泥皮包裹在管道外表面，即为泥浆套。
[0004]在现有的顶管模型装置中，往往只能通过施加单向荷载作用于管道来模拟上覆土压力，无法模拟真实的围岩压力；目前的模型装置只考虑了管道的初始注浆，而未充分考虑实际注浆压力和第二节及第二节顶管之后实时补浆对泥浆套减摩减阻性能的影响，这与实际施工有一定差别，无法精确测试管道顶进过程中的摩阻力和摩擦系数。
[0005]中国专利申请CN 102636430A公开了一种顶管注浆减阻的室内模拟实验系统，它包括试验箱、竖向加载测试系统、水平向加载测试系统、待测管道、注浆导管以及注浆系统。该专利技术能够模拟上覆土压力，可实现注浆减阻的模拟，测定顶管过程中的摩擦力和摩擦系数，但仍存在以下问题：1）该物理模型试验采用箱体侧限（水平位移为0）条件下顶管围岩压力，与实际土体压力和变形有差异，本专利采用可控制轴对称应力柔性边界条件，更加接近实际土体压力与变形；2）该专利未考虑实际顶管工程中后续管节实时补浆过程，持续测定泥浆套顶管减摩减阻效果，本专利考虑这一实际特点。
[0006]中国专利申请CN 112147313 A公开了一种大断面矩形顶管减摩注浆的模拟试验装置，包括：试验土箱、前部管节、始发托架、后部管节、后靠架以及顶推机构。该专利技术可模拟顶管减阻注浆试验，注浆时不会直接冲击土体且能形成分布均匀的泥浆套，但是，仍然存在两个问题：1）该物理模型试验采用箱体侧限（水平位移为0）条件下顶管围岩压力，而实际顶管工程中，管道受到围岩土体的压力，在围压下泥浆在土体中渗透性更强，形成致密的渗透块，影响管周土体变形，本专利采用可控制轴对称应力柔性边界条件，更加接近实际土体压力与变形；2）该专利未考虑上覆土压力，而注浆压力与上覆土压力密切相关，注浆压力影响土体变形效果，是泥浆套厚度的控制因素，本专利考虑这一影响因素。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种轴对称应力条件下顶管泥浆套减阻性能测定装置及方法，采用可控制轴对称应力柔性边界条件，利用压力室对混凝土柱施加轴对称应力以模拟真实地层中的围岩压力，同时，可模拟真实的上覆土压力，充分考虑其对注浆压力的影响，在试验过程中能对后续混凝土柱实时补浆，保证所形成泥浆套的完整性，从而更接近工程实际，测得的顶管顶力与摩擦力更精确。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种轴对称应力条件下顶管泥浆套减阻性能测定装置，包括双柱式拉压试验机和设置于其内的压力室，压力室中间竖向开设有用于将混凝土柱置于其中的圆柱形空间，混凝土柱上部设有内置螺栓，内置螺栓与拉伸接头一端相连，拉伸接头另一端与双柱式拉压试验机的横梁相连，利用横梁的往复运动在竖直方向来回推拉混凝土柱，圆柱形空间外围的压力室内部设有相连通的围岩模型制备室和注浆通道，压力室上端通过气压接头连接气压增压机，通过输送气体向压力室内增压，注浆通道上端通过注浆接头连接注浆系统，注浆系统向注浆通道注浆，实现围岩模型的制备，且后续顶进过程中能够实时补浆，数据采集与控制系统用于收集双柱式拉压试验机、注浆系统和气压增压机的压力数据并控制整套装置的运行。
[0009]所述压力室包括筒型壳体、上盘、底座和下封盘，筒型壳体上下端分别卡在上盘底部和底座上表面的环形凹槽内，下封盘固定连接于底座底部中心，上盘和底座的周边通过多个连接件固定连接，上盘上固定有注浆盘，注浆盘上设置有与注浆通道连通的注浆接头，注浆盘、上盘、底座和下封盘的中心开设有同心的所述圆柱形空间，注浆通道紧贴在圆柱形空间外围，注浆通道外围为围岩模型制备室，上盘上还设有与围岩模型制备室连通的气压接头。
[0010]位于注浆盘、上盘、底座中心的所述圆柱形空间的直径与待测定的混凝土柱直径相等。
[0011]所述上盘与混凝土柱的接触面涂有润滑剂。
[0012]所述围岩模型制备室的顶部和底部分别设置有试样盖和试样底座，围岩模型制备室的内表面设有橡皮膜，橡皮膜的下端通过试样底座固定，上端扎入试样盖与模型土中。
[0013]所述注浆盘和底座与混凝土柱的接触面上均设有O形圈；上盘、底座与筒型壳体两端接触处的环形凹槽内均设有橡胶垫。
[0014]所述下封盘为纵向断面呈工字形的筒体，中心的所述圆柱形空间的直径大于混凝土柱的直径，下封盘与混凝土柱未直接接触，留有一定的间隙，这样可以降低其他摩擦力对测试精度的影响，使顶进过程测得的摩擦力可视为由混凝土柱与触变泥浆（土体）作用产生，减小了试验误差。
[0015]所述压力室为圆柱形压力室，通过设置于上盘的气压接头向压力室加压，能够形成轴对称应力作用于围岩模型制备室。
[0016]所述混凝土柱为实心混凝土柱，浇筑时内部埋设有钢筋，上部设有内置螺栓。
[0017]所述双柱式拉压试验机通过横梁的上下往复移动来推拉混凝土柱，使混凝土柱匀速运动，以消除混凝土柱的重力和其他阻力的影响，得到顶进过程中的摩擦阻力。
[0018]所述注浆系统包括气压增压机、压力表、注浆罐和泥浆搅拌设备，其中：注浆罐大
小按照混凝土柱以1:1设计，注浆罐顶部分别通过压力表接头连接压力表，通过气压接头连接气压增压机，分别用来检测和控制注浆压力，注浆罐底部通过注浆接头向注浆通道注浆并在后续顶进过程中实时补浆。触变泥浆经泥浆搅拌设备搅拌后，置于注浆罐内，注浆罐上部两侧设有旋盖，便于装入和倒出泥浆。
[0019]所述注浆罐包括筒型罐体和上下两端的堵头，筒型罐体底部与下端堵头紧固连接，顶部的堵头通过旋盖旋紧在筒型罐体上端，筒型罐体与上端堵头之间设有O形圈。
[0020]所述数据采集与控制系统由压力传感器、气压增压机、压力表和中控单元组成，其中：气压增压机与压力室之间设有压力表，横梁与拉伸接头之间设有压力传感器，注浆罐上部设有压力表，压力表均通过压力表接头连接，同时，压力表、压力传感器和中控单元均通本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种轴对称应力条件下顶管泥浆套减阻性能测定装置，其特征是，包括双柱式拉压试验机和设置于其内的压力室，压力室中间竖向开设有用于将混凝土柱置于其中的圆柱形空间，混凝土柱上部设有内置螺栓，内置螺栓与拉伸接头一端相连，拉伸接头另一端与双柱式拉压试验机的横梁相连，利用横梁的往复运动在竖直方向来回推拉混凝土柱，圆柱形空间外围的压力室内部设有相连通的围岩模型制备室和注浆通道，压力室上端通过气压接头连接气压增压机，通过输送气体向压力室内增压，注浆通道上端通过注浆接头连接注浆系统，注浆系统向注浆通道注浆，实现围岩模型的制备，且后续顶进过程中能够实时补浆，数据采集与控制系统用于收集双柱式拉压试验机、注浆系统和气压增压机的压力数据并控制整套装置的运行。2.如权利要求1所述的轴对称应力条件下顶管泥浆套减阻性能测定装置，其特征是，所述压力室包括筒型壳体、上盘、底座和下封盘，筒型壳体上下端分别卡在上盘底部和底座上表面的环形凹槽内，下封盘固定连接于底座底部中心，上盘和底座的周边通过多个连接件固定连接，上盘上固定有注浆盘，注浆盘上设置有与注浆通道连通的注浆接头，注浆盘、上盘、底座和下封盘的中心开设有同心的所述圆柱形空间，注浆通道紧贴在圆柱形空间外围，注浆通道外围为围岩模型制备室，上盘上还设有与围岩模型制备室连通的气压接头。3.如权利要求2所述的轴对称应力条件下顶管泥浆套减阻性能测定装置，其特征是，位于注浆盘、上盘、底座中心的所述圆柱形空间的直径与待测定的混凝土柱直径相等；所述上盘与混凝土柱的接触面涂有润滑剂。4.如权利要求2所述的轴对称应力条件下顶管泥浆套减阻性能测定装置，其特征是，所述围岩模型制备室的顶部和底部分别设置有试样盖和试样底座，围岩模型制备室的内表面设有橡皮膜，橡皮膜的下端通过试样底座固定，上端扎入试样盖与围岩土体中。5.如权利要求2所述的轴对称应力条件下顶管泥浆套减阻性能测定装置，其特征是，所述注浆盘和底座与混凝土柱的接触面上均设有O形圈；上盘、底座与筒型壳体两端接触处的环形凹槽内均设有橡胶垫。6.如权利要求2所述的轴对称应力条件下顶管泥浆套减阻性能测定装置，其特征是，所述下封盘为纵向断面呈工字形的筒体，中心的所述圆柱形空间的直径大于混凝土柱的直径，下封盘与混凝土柱未直接接触，留有一定的间隙。7.如权利要求1所述的轴对称应力条件下顶管泥浆套减阻性能测...
【专利技术属性】
技术研发人员：佘芳涛，吴征奇，周伟踪，李超，邓志鹏，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。