一种用于研究顶管隧道的大型实验箱及实验方法技术

本发明专利技术公开了一种用于研究顶管隧道的大型实验箱及实验方法，包括实验土箱和顶进机构，实验土箱中放置土体来模拟现场实际顶管施工过程中管节在各种条件下的受力特性、地层的变化特征以及泥浆套在管土试验系统中形成机制及效果，实验土箱的两侧箱壁采用可拆卸拼装有机玻璃板并带有开孔，可用于更换不同尺寸形状的的管节进行实验，同时方便观测管节在顶进过程中的实验情况。本发明专利技术结构简单、操作方便、效果可视化，可以模拟不同的地层条件，可以多次进行不同泥浆与不同土层之间的模拟实验，能够直观地看出减摩泥浆的成套效果，适用性强。适用性强。适用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种用于研究顶管隧道的大型实验箱及实验方法


[0001]本专利技术属于顶管施工领域，尤其是一种用于研究顶管隧道的大型实验箱及实验方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着城市化建设飞速发展，城市土地资源也来越稀缺，为了充分利用城市土地资源，城市地下空间的开发变得尤为重要，顶管法作为一种非开挖的施工方法，已经大量应用于地铁车站、地铁出入口过街联络通道、行人过街通道、下穿公路隧道、地下综合管廊、城市地下空间的互联互通工程、地下商业空间开发、地下停车场工程中。在施工过程中，不可避免的会对管节周围的土体产生扰动，引起土体变形等一系列地层变形，当变形严重时，就会危及到周围建筑物的安全，引发工程灾害。为减少管节与地层之间的摩阻力，顶进时通过管节上预留的压浆孔向顶管外壁注入一定量的触变泥浆，起到润滑减阻、填补和支撑的作用，有效地减小地层的扰动和沉降。现有的测量控制手段都是基于现场实际进行的，并没有理论指导依据，无法合理的预测，从而改进施工过程，同时减摩泥浆配合比不合理、泥浆套无法形成时，导致管土摩阻力过大，也会出现管节顶进困难、地层扰动大、引发“背土”效应等问题。因此，制作一种用于研究顶管隧道的大型实验箱，合理研究地层变形，分析施工对周围土体的影响，进而提出有针对性地处理对策，确保实际施工过程的安全，是客观需要的且具有重要工程意义的。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种用于研究顶管隧道的大型实验箱及实验方法。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0005]一种用于研究顶管隧道的大型实验箱，包括导轨、反力架、第一支撑架、管节、第二支撑架、顶进机构和实验土箱；
[0006]所述实验土箱内放置有土体，所述实验土箱连接导轨，所述导轨上安装反力架，所述反力架连接第一支撑架，所述第一支撑架安装在导轨上，所述第一支撑架上放置有顶进机构，所述导轨上安装有第二支撑架，所述第二支撑架上放置有管节，所述顶进机构与管节在同一水平线上，所述实验土箱相对的两侧壁上设有开孔，所述顶进机构将管节通过开孔顶进实验土箱。
[0007]进一步的，所述实验土箱包括有机玻璃板和框架，所述框架外围设置有机玻璃板，所述实验土箱的顶面为敞开式。
[0008]进一步的，所述导轨与实验土箱底部的框架相连。
[0009]进一步的，所述开孔上装有可拆卸式的孔盖。
[0010]进一步的，所述实验土箱开孔外安装有外钢管，所述外钢管下侧设置有角钢。
[0011]进一步的，所述实验土箱内土体底部设置有若干第二千斤顶，每个所述第二千斤
顶上部设置有正方体钢块，所述正方体钢块呈棋盘式分布。
[0012]进一步的，所述管节上开设有若干注浆孔，所述管节内放置有注浆管，所述注浆管的若干分支细管分别插入注浆孔。
[0013]进一步的，所述顶进机构为小型顶管机或第一千斤顶，所述第一千斤顶的一端装有顶板。
[0014]进一步的，所述实验土箱内设置有若干土压力计和位移计，所述管节内外壁设置有若干测量机构。
[0015]一种所述大型实验箱的实验方法，包括：
[0016]步骤1，选择开口大小合适的孔盖，安装在实验土箱的开孔上，调试顶进机构，调试注浆管与注浆孔连接，将正方体钢块的高度通过第二千斤顶调整到需要模拟的土层条件，在实验土箱中放置不同的填土并压实，在填土过程中添加放置土压力计和位移计，直至填充满整个实验土箱；
[0017]步骤2，将试验管节放置于实验土箱一侧的外钢管上，启动顶进机构，进行管节的一节一节的顶进工作，同时将减摩泥浆通过注浆管与注浆孔注入到管节外壁；
[0018]步骤3，随时观察记录土压力计和位移计的读数，同时观察土体内管节顶进时的扰动现象并作记录；
[0019]步骤4，管节顶进到实验土箱另一侧的外钢管时，关闭顶进机构，停止顶进工作，通过第二千斤顶调整正方体钢块的高度，模拟其它地层扰动条件，并作测量记录。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0021]本专利技术提供一种用于研究顶管隧道的大型实验箱及实验方法，利用顶进机构向实验土箱中顶进管节来模拟实际的顶管施工，同时可以模拟不同地层条件下，顶管施工对周围土体带来的影响，可以进行不同泥浆与不同土层之间的模拟试验，适用性强，同时结构简单，操作方便，保证了实验的安全，实施成本低，具有良好的推广价值。
[0022]进一步的，实验土箱侧壁采用可拆卸拼装的透明有机玻璃板，能够直观地观测管节在顶进过程中减摩泥浆的成套效果，效果可视化。
[0023]进一步的，实验土箱侧壁的开孔上装有可拆卸式的孔盖，可用于更换不同尺寸形状的管节进行实验。
[0024]进一步的，实验土箱底部设置若干第二千斤顶，每个第二千斤顶上设置一个正方体钢块，若干正方体钢块呈棋盘式布置，填充满整个土箱底部，通过控制第二千斤顶的高低可以进行模拟不同的土体环境。
附图说明
[0025]为了更清楚的说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
[0026]图1为本专利技术的用于研究顶管隧道的大型实验箱的整体布局示意图。
[0027]图2为本专利技术的用于研究顶管隧道的大型实验箱的A
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A剖面图。
[0028]图3为本专利技术的用于研究顶管隧道的大型实验箱的B
‑
B剖面图。
[0029]其中：1
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导轨，2
‑
反力架，3
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第一千斤顶，4
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孔盖，5
‑
第一支撑架，6
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顶板，7
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外钢管，8
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管节，9
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注浆孔，10
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注浆管，11
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有机玻璃板，12
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角钢，13
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第二千斤顶，14
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正方体钢块，15
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土压力计，16
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位移计，17
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框架，18
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第二支撑架。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0031]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于研究顶管隧道的大型实验箱，其特征在于，包括导轨(1)、反力架(2)、第一支撑架(5)、管节(8)、第二支撑架(18)、顶进机构和实验土箱；所述实验土箱内放置有土体，所述实验土箱连接导轨(1)，所述导轨(1)上安装反力架(2)，所述反力架(2)连接第一支撑架(5)，所述第一支撑架(5)安装在导轨(1)上，所述第一支撑架(5)上放置有顶进机构，所述导轨(1)上安装有第二支撑架(18)，所述第二支撑架(18)上放置有管节(8)，所述顶进机构与管节(8)在同一水平线上，所述实验土箱相对的两侧壁上设有开孔，所述顶进机构将管节(8)通过开孔顶进实验土箱。2.根据权利要求1所述的一种用于研究顶管隧道的大型实验箱，其特征在于，所述实验土箱包括有机玻璃板(11)和框架(17)，所述框架(17)外围设置有机玻璃板(11)，所述实验土箱的顶面为敞开式。3.根据权利要求1所述的一种用于研究顶管隧道的大型实验箱，其特征在于，所述导轨(1)与实验土箱底部的框架(17)相连。4.根据权利要求1所述的一种用于研究顶管隧道的大型实验箱，其特征在于，所述开孔上装有可拆卸式的孔盖(4)。5.根据权利要求1所述的一种用于研究顶管隧道的大型实验箱，其特征在于，所述实验土箱开孔外安装有外钢管(7)，所述外钢管(7)下侧设置有角钢(12)。6.根据权利要求1所述的一种用于研究顶管隧道的大型实验箱，其特征在于，所述实验土箱内土体底部设置有若干第二千斤顶(13)，每个所述第二千斤顶(13)上部设置有正方体钢块(14)，所述正方体钢块(14)呈棋盘式分布。7.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张朝，刘天宇，许有俊，关扬，梁泽颂，李选，张旭，张博华，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：