土工离心机实验用顶管管体摩阻与土体扰动测试模型总成制造技术

本实用新型专利技术提供一种土工离心机实验用顶管管体摩阻与土体扰动测试模型总成，包括模型箱框架，分隔板把模型箱框架的内部沿着长轴方向分为对等的左右两部分；两个岩土箱均设置于模型箱框架内部空间底面上的中部区域，管节穿过设置于岩土箱中部的孔洞，管节间隔设置注浆孔，在管节下端的中部设有若干个滚轮支架，托架立面外侧的中部与丝杆固连，管节的后端放置于托架的平面上；储浆箱在出浆接头与设置在管节上的注浆孔连通。利用本实用新型专利技术可在实验室内近似还原非开挖顶管实践时的现场工况条件，并开展相应基于土工离心机实验的非开挖顶管管体摩阻与土体扰动测试实验研究。管体摩阻与土体扰动测试实验研究。管体摩阻与土体扰动测试实验研究。

【技术实现步骤摘要】
土工离心机实验用顶管管体摩阻与土体扰动测试模型总成


[0001]本技术属于非开挖顶管技术与土工离心机实验
，具体为土工离心机实验用顶管管体摩阻与土体扰动测试模型总成。

技术介绍

[0002]顶管技术(Pipe Jacking)作为一种现今被广泛用于地下管道(涵)、地下人/车行通道、地下综合管廊、管幕等地下基础设施及结构性支护工程施工的非开挖建造技术(TrenchlessTechnology或No
‑
Dig)之一，通过利用顶进设备按照设计轨迹在始发井和到达井之间完成若干管节的敷设作业，广泛应用于地下管道(涵)、综合管廊、地下通道等市政地下建(构)筑物的非开挖建造工程中，取得了显著的社会、经济和环境效益。为了更好地掌握非开挖顶管时的地层参数、管节参数、注浆参数、顶进参数等各关键工艺参数对于管体摩阻力、土体扰动、注浆润滑减阻过程和效果等关键施工因素的影响规律和最优参数组合，优化顶管作业工艺流程，为实际的顶管作业提供科学的指导，以期更好运用顶管技术服务于对地下空间开发利用的国家重大需求，除了可开展理论分析、常规物理模型实验、数值模拟和现场原位实验 4种研究手段以外，为了更为直观和准确地还原实际的非开挖顶管过程，还可在实验室内进行基于土工离心机的非开挖顶管管体摩阻与土体扰动测试离心机实验。若要开展土工离心机实验，适宜的模型箱是供研究人员搭建所需物理模型的必备实验用具；然而，根据目前已有的土工离心机实验模型箱，尚未见报道有专门用于非开挖顶管实验研究的，也因该实验的过程和所需辅助设施较为复杂，相应的土工离心机实验也鲜有人开展。
[0003]对比分析上述5种研究手段：
①
理论分析法对于研究人员的数学、力学等相关理论水平的要求较高，从事研究的门槛和难度较大；
②
常规物理模型实验法较难准确还原非开挖顶管现场的实际工况条件，比如对管节上覆荷载的加载问题，一般仅能通过重物堆载、液压缸或气缸加载等方式对模拟地层的顶部施加面力荷载，但由于受到实验装置和设备能力的制约，为保障实验过程安全，不可能、也不允许施加过大的荷载，否则对于实验装置和设备性能的要求就会很高，使得相应的造价和实验成本也会大幅提升；
③
数值模拟法是通过运用大型商用有限元/离散元/有限差分等专业软件，也可在此基础上自行编程，在计算机上对欲研究的问题建立数值模型、划分网格、设置边界条件、求解计算和后处理，最后获得想要的计算结果，虽然这种研究方法较为节省人力、物力和财力，但对于数值建模、关键参数设置、求解计算结果正确性的把控上需要足够的经验和专业知识，否则模拟结果与工程实际情况大相径庭而不自知，也只能是自娱自乐；
④
现场原位实验法能够提供实际的非开挖顶管工况条件，但需要协调场地、人员、设备等诸多方面，会耗费较高的人力、物力、财力和时间，对于普通研究人员较难开展；
⑤
土工离心机(Geotechnical Centrifuge)实验法是通过运用设置于实验室内的土工离心机高速转动对在模型箱内搭建的物理模型产生的加速度场进行缩尺实验，达到近似还原非开挖顶管实际工况的效果；在离心机实验过程中，对物理模型上覆荷载的施加是由模型箱高速转动产生的加速度场实现的，且是对物理模型整
体施加的体力荷载，而非仅加载于模拟地层顶部的面力；同时，土工离心机实验持续时间较短，且能够观测到常规物理模型实验和现场原位实验难以获得的现象及数据，对于开展非开挖顶管管体摩阻与土体扰动测试实验是可行的选择。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本技术提供一种土工离心机实验用顶管管体摩阻与土体扰动测试模型总成，能够为非开挖顶管管体摩阻与土体扰动测试土工离心机实验研究提供所需的模型箱总成，从而满足实验研究预期的可在一定范围内(范围取决于所用相关仪器设备的性能) 对包括地层参数、管节参数、注浆参数、顶进参数等各关键工艺参数进行任意调控和准确量测，以期开展相应的基于土工离心机的非开挖顶管管体摩阻与土体扰动测试实验研究，进而掌握各关键工艺参数对管体摩阻力、土体扰动、注浆润滑减阻过程和效果等关键施工因素的影响规律和最优参数组合，优化顶管作业工艺流程，为非开挖顶管工程实践提供科学的指导依据，更好服务于对地下空间开发利用的国家重大需求。
[0005]具体的技术方案为：
[0006]土工离心机实验用顶管管体摩阻与土体扰动测试模型总成，包括模型箱框架、分隔板、保护套筒、顶部支架、顶部摄像检测仪器、右侧支架、侧面摄像检测仪器、左侧支架、底部支架、岩土箱、变频电机、丝杆、托架、高精度测力传感器、承力板、管节、滚轮支架、小型空压机、储浆箱、高压胶管Ⅰ、高压胶管Ⅱ组成。
[0007]其中，模型箱框架为中空的长方体状框架结构，包括模型箱框架左侧面、模型箱框架右侧面、模型箱框架后端面、模型箱框架前端面围成的侧壁；模型箱框架左侧面和模型箱框架右侧面为模型箱框架的长轴方向，模型箱框架后端面和模型箱框架前端面为模型箱框架的短轴方向；模型箱框架左侧面和模型箱框架右侧面的中部设置透明板，用于研究人员及侧面摄像和检测仪器观测放置于模型箱框架内的物理模型的情况；
[0008]在模型箱框架顶部的四角处，各设一个吊装环，中部分隔卡槽设置于模型箱框架内长轴方向的中部，分隔板插入中部分隔卡槽，把模型箱框架的内部沿着长轴方向分为对等的左右两部分。
[0009]底部支架设置于模型箱框架内部空间的底面上，两个变频电机和若干个滚轮支架均固连于底部支架的顶面上，两个岩土箱均设置于模型箱框架内部空间底面上的中部区域，底部支架分别设置在岩土箱的前后两端；
[0010]顶部支架设置于模型箱框架顶部的中部区域，在顶部支架的下表面上，设置有顶部摄像检测仪器；
[0011]右侧支架设置于模型箱框架的模型箱框架右侧面旁的中部区域，在右侧支架中设置有侧面摄像检测仪器；
[0012]左侧支架设置于模型箱框架的模型箱框架左侧面旁的前端区域，在左侧支架中设置小型空压机，在左侧支架的上部设有穿过输送压缩空气的高压胶管Ⅰ的孔洞。
[0013]储浆箱固连于模型箱框架前端面旁，储浆箱的中部设有隔板；在储浆箱紧邻模型箱框架前端面一侧的下部对称设有两个出浆接头，在出浆接头处设有单向阀；在模型箱框架前端面下端的相应位置处对称设有用于穿过高压胶管Ⅱ的两个插管孔。储浆箱的顶盖与箱体间密封连接，在顶盖上对称设有用于连接高压胶管Ⅰ的两个进风管接头。
[0014]管节穿过设置于岩土箱中部的孔洞，管节的初始状态为其前端露出岩土箱的前端；在管节下端的中部设有若干个滚轮支架，滚轮支架包括滚轮和支架；管节的下表面与滚轮相接触，支架为长度可调节的伸缩式结构；
[0015]管节间隔设置注浆孔，高压胶管Ⅱ的一端与设置在储浆箱下部的出浆接头连通，另一端与设置在管节上的注浆孔连通。
[0016]岩土箱中填充实验所需的岩土体构成模拟地层；在欲检测土体扰动情况的适当位置处间隔的预埋若干个土压力盒；
[0017]模型箱框架后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.土工离心机实验用顶管管体摩阻与土体扰动测试模型总成，其特征在于，包括模型箱框架（1），模型箱框架（1）为中空的长方体状框架结构，包括模型箱框架左侧面（11）、模型箱框架右侧面（12）、模型箱框架后端面（13）、模型箱框架前端面（14）和底面；模型箱框架左侧面（11）和模型箱框架右侧面（12）为模型箱框架（1）的长轴方向，模型箱框架后端面（13）和模型箱框架前端面（14）为模型箱框架（1）的短轴方向；模型箱框架左侧面（11）和模型箱框架右侧面（12）的中部设置透明板（16）；中部分隔卡槽（17）设置于模型箱框架（1）内长轴方向的中部，分隔板（21）插入中部分隔卡槽（17），把模型箱框架（1）的内部沿着长轴方向分为对等的左右两部分；两个岩土箱（27）均设置于模型箱框架（1）内部空间底面上的中部区域，岩土箱（27）中填充实验所需的岩土体构成模拟地层；管节（36）穿过设置于岩土箱（27）中部的孔洞，管节（36）间隔设置注浆孔，在管节（36）下端的中部设有若干个滚轮支架（37），滚轮支架（37）包括滚轮（371）和支架（372）；管节（36）的下表面与滚轮（371）相接触；保护套筒（22）固连于模型箱框架后端面（13）外侧与丝杆（32）对应的位置处；丝杆（32）超出模型箱框架后端面（13）的部分伸入保护套筒（22）中，丝杆（32）由变频电机（31）驱动；托架（33）立面外侧的中部与丝杆（32）固连，管节（36）的后端放置于托架（33）的平面上；高精度测力传感器（34）设置于托架（33）立面内侧的中部与承力板（35）的中部之间，承力板（35）的另一侧与管节（36）的端部固连；当变频电机（31）带动丝杆（32）沿着长轴方向前后移动时，即可实现管节（36）的匀速往复顶推；储浆箱（42）固连于模型箱框架前端面（14）旁，储浆箱（42）的中部设有隔板；在储浆箱（42）紧邻模型箱框架前端面（14）...

【专利技术属性】
技术研发人员：温继伟，李文江，韩现民，支墨墨，朱正国，李新志，樊浩博，郭小龙，项天，岳金帅，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：新型
国别省市：