一种研究矩形顶管隧道掘进引起背土效应的实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种研究矩形顶管隧道掘进引起背土效应的实验装置，包括预制模型矩形管节、矩形顶管机以及模型试验箱；预制模型矩形管节同矩形顶管机连接且其两者均安装在支撑装置上，预制模型矩形管节同顶进装置连接；模型试验箱顶部无盖且其内盛放有土体，土体分别通过第一砂土层和第二砂土层进行水平和竖向分割，形成若干土体单元，土体单元内设有多点位移计，模型试验箱前、后板上均分别开设有允许矩形顶管机左半部通过的开口，模型试验箱的右侧板包括第一安装板、第二安装板以及移动板，移动板设于模型试验箱上开口的右侧且移动板顶、底部均设有凸起，第一安装板底部、第二安装板顶部分别开设有同移动板顶、底部上凸起相适配的凹槽。起相适配的凹槽。起相适配的凹槽。

【技术实现步骤摘要】
一种研究矩形顶管隧道掘进引起背土效应的实验装置


[0001]本技术涉及矩形顶管隧道的
，尤其是一种研究矩形顶管隧道掘进引起背土效应的实验装置。

技术介绍

[0002]伴随着我国地下工程的快速发展，浅埋矩形顶管工程越来越多。对于空间狭窄、覆土浅、周边环境复杂等区域等地下空间的开发，超浅埋、大断面、大跨进，小净距矩形顶管逐渐成为该类区域空间开发的最佳施工方案。但受地形条件和施工技术的影响，矩形顶管法施工时，顶管上部土体会产生背土效应。背土效应是指浅埋矩形顶管在顶进过程中，随着顶程逐渐增大，正上方土体与管节接触面积越来越大，在摩阻系数一定的情况下，正上方土体与管节的总摩阻力越来越大，超出了周边土体的整体约束能力，导致正上方土体伴随管节整体位移的突发破坏现象。发生背土效应需要满足底部摩擦力大于双侧剪切约束力的前提条件，当其差值大于前端土体抗力时即发生整体背土破坏。发生背土效应的前提条件与地层环境中上覆土体的有效重度、上覆土厚度，管节接触宽度、管土摩擦因数、管土黏聚力、有效应力强度指标、黏性土侧压力系数经验值有关。背土现象一旦出现，会导致顶管上部土体发生剪切破坏，出现地表隆起的现象，对隧道周围建筑产生极大安全隐患。研究人员将顶管背土概念引入国内、在工程实践的基础上对顶管背土进行了深入研究、分别对单个顶管顶进的挤土效应、多个顶管顶进的附加荷载进行了研究，并进行了相应的量化分析等方面的理论研究。对于浅埋矩形顶管，采用管节四周注入触变泥浆的方法时触变泥浆套虽然可以减小顶管与上部土体间的摩阻力，但泥浆套受现场顶管施工水平的影响较大，当泥浆套作用发挥不佳时，仍有可能发生整体背土现象。受到工具管节一般较后续管节大、顶管姿态调整、局部摩阻力不均等不利因素的诱导，顶管背土不可避免。由于缺乏实验验证，对背土效应的演化过程以及背土范围仍然不明确，不能被直观的观测。因此，亟待进行模型试验，对背土效应的产生机理以及背土移动范围进行研究。

技术实现思路

[0003]本技术的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种研究矩形顶管隧道掘进引起背土效应的实验装置，通过顶进装置推动矩形顶管机和预制模型矩形管节前移，并使矩形顶管机切削模型试验箱内的土体，根据模型试验箱土体内埋设的多点位移计测量的数据，绘制土体的三维实体图形，从而确定土体发生背土效应的范围。
[0004]本技术目的实现由以下技术方案完成：
[0005]一种研究矩形顶管隧道掘进引起背土效应的实验装置，其特征在于：包括预制模型矩形管节、矩形顶管机以及模型试验箱；所述预制模型矩形管节同所述矩形顶管机连接且其两者均安装在支撑装置上，所述预制模型矩形管节同顶进装置连接且所述顶进装置可驱动所述预制模型矩形管节和所述矩形顶管机在所述支撑装置上移动；所述模型试验箱顶部无盖且其内盛放有土体，所述土体分别通过第一砂土层和第二砂土层进行水平和竖向分
割，形成若干土体单元，所述土体单元内设有多点位移计，所述模型试验箱前、后板上均分别开设有允许所述矩形顶管机左半部通过的开口，所述模型试验箱的右侧板包括第一安装板、第二安装板以及移动板，所述移动板设于所述模型试验箱上开口的右侧且所述移动板顶、底部均设有凸起，所述第一安装板底部、所述第二安装板顶部分别开设有同所述移动板顶、底部上凸起相适配的凹槽，所述移动板在牵引装置的驱动下可沿所述矩形顶管机的顶进方向进行移动。
[0006]所述顶进装置为伺服千斤顶且所述伺服千斤顶安装在混凝土后座墙上，所述伺服千斤顶由动力控制装置进行控制。
[0007]所述支撑装置包括同所述混凝土后座墙连接的钢架以及安装在所述钢架上的钢轨，所述支撑装置的前部结构和后部结构宽度均满足所述矩形顶管机的通过要求，所述支撑装置的中部结构宽度满足所述矩形顶管机右半部的通过要求。
[0008]所述钢轨上安装有滚动装置。
[0009]所述支撑装置的前部结构和后部结构两侧均安装有挡板，所述支撑装置的中部结构右侧安装有所述挡板。
[0010]所述钢架通过加固钢筋进行加固，所述钢架与所述混凝土后座墙间通过固定焊筋进行固定。
[0011]所述牵引装置包括细钢绳、转轮以及电机，所述细钢绳两端分别同所述第二安装板的孔洞以及所述转轮连接，所述转轮由所述电机进行控制。
[0012]所述模型试验箱的框架由角钢和加固钢板组成。
[0013]还包括夹板，所述夹板包括两连接钢筋以及安装在两所述连接钢筋中部围合形成的空间内的两钢板，所述连接钢筋由中部的水平段和两侧的弯折段组成，两所述钢板顶部均分别同两所述连接钢筋的水平段连接，两所述连接钢筋的弯折段间通过螺栓连接形成X形结构且两所述连接钢筋的弯折段外端部间通过弹簧连接，通过按压或松开所述弯折段可使所述弹簧压缩或回弹，以带动两所述钢板相对远离或靠近。
[0014]本技术的优点是：操作简便，便于观测，可以通过透明箱体直接观测到背土效应的演化过程，并可以通过多点位移计绘制土体的三维实体图形，从而确定土体发生背土效应的范围。
附图说明
[0015]图1为本技术实验装置整体结构示意图；
[0016]图2为本技术实验装置整体结构的俯视图；
[0017]图3为本技术模型试验箱的示意图；
[0018]图4为本技术模型试验箱右侧板的正视图；
[0019]图5为本技术模型试验箱右侧板的侧视图；
[0020]图6为本技术支撑装置的正视图；
[0021]图7为本技术滚动装置的结构示意图；
[0022]图8为本技术支撑装置的侧视图；
[0023]图9为本技术钢轨的安装示意图；
[0024]图10为本技术夹板的结构示意图。
具体实施方式
[0025]以下结合附图通过实施例对本技术特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
[0026]如图1
‑
10所示，图中标记1
‑
23分别表示为: 模型试验箱1，第一安装板1
‑
1，第二安装板1
‑
2，移动板1
‑
3，加固钢板2，白色砂土层3，多点位移计4，红色砂土层5，矩形顶管机6，预制模型矩形管节 7，伺服千斤顶8，计算机9，混凝土后座墙10，钢轨11，挡板12，滚动装置13，钢架14，细钢绳15，转轮16，电机17，孔洞 18，固定焊筋19，角钢20，开口21，夹板22，弹簧22
‑
1，螺栓22
‑
2，钢板22
‑
3，连接钢筋22
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4，加固钢筋23。
[0027]实施例：如图1
‑
10所示，本实施例涉及一种研究矩形顶管隧道掘进引起背土效应的实验装置，其主要包括模型试验箱1、预制模型矩形管节7、矩形顶管机6、顶进装置、支撑装置、动力控制装置以及牵引装置。矩形顶管机6和预制模型矩形管节7均安装在支撑装置上，并在预制模型矩形管节7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种研究矩形顶管隧道掘进引起背土效应的实验装置，其特征在于：包括预制模型矩形管节、矩形顶管机以及模型试验箱；所述预制模型矩形管节同所述矩形顶管机连接且其两者均安装在支撑装置上，所述预制模型矩形管节同顶进装置连接且所述顶进装置可驱动所述预制模型矩形管节和所述矩形顶管机在所述支撑装置上移动；所述模型试验箱顶部无盖且其内盛放有土体，所述土体分别通过第一砂土层和第二砂土层进行水平和竖向分割，形成若干土体单元，所述土体单元内设有多点位移计，所述模型试验箱前、后板上均分别开设有允许所述矩形顶管机左半部通过的开口，所述模型试验箱的右侧板包括第一安装板、第二安装板以及移动板，所述移动板设于所述模型试验箱上开口的右侧且所述移动板顶、底部均设有凸起，所述第一安装板底部、所述第二安装板顶部分别开设有同所述移动板顶、底部上凸起相适配的凹槽，所述移动板在牵引装置的驱动下可沿所述矩形顶管机的顶进方向进行移动。2.如权利要求1所述的一种研究矩形顶管隧道掘进引起背土效应的实验装置，其特征在于：所述顶进装置为伺服千斤顶且所述伺服千斤顶安装在混凝土后座墙上，所述伺服千斤顶由动力控制装置进行控制。3.如权利要求2所述的一种研究矩形顶管隧道掘进引起背土效应的实验装置，其特征在于：所述支撑装置包括同所述混凝土后座墙连接的钢架以及安装在所述钢架上的钢轨，所述支撑装置的前部结构和后部结构宽度均满足所述矩形顶管机的通过要求，所述支撑装置的中部结构宽度满足所述矩形顶管机...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭，罗彬，许有俊，陈明，成鹤，刘天宇，张朝，张博华，葛思敏，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：新型
国别省市：