管幕法顶管顶推力试验系统及试验方法技术方案

本发明专利技术公开了一种管幕法顶管顶推力试验系统及方法，所述系统包括模型箱，在模型箱一对侧壁上设置若干供顶管模型进出的出入口，PVC硬管的外侧形成有气囊，PVC硬管和气囊共同构成顶管模型，顶管模型穿过所述出入口且两端延伸到所述模型箱外，所述模型箱内填装有土体，并将所述顶管模型覆盖，所述PVC硬管上侧的土体内设置有土压力传感器，所述土压力传感器上侧的土体内设置有LVDT地表变形传感器，与所述PVC硬管相对应的一端设置有加载装置，所述加载装置用于驱动所述PVC硬管移动，并对所述PVC硬管进行监测。所述系统能够准确测试管幕法不同钢管顶进过程中土压力、土体沉降以及顶推力的变化且试验结果准确。推力的变化且试验结果准确。推力的变化且试验结果准确。

【技术实现步骤摘要】
管幕法顶管顶推力试验系统及试验方法


[0001]本专利技术涉及岩土力学
，尤其涉及一种管幕法顶管顶推力试验系统及试验方法。

技术介绍

[0002]随着城市地下空间的持续开发，加剧了地下结构的密集程度，近年来地下近接工程逐年增加。近接工程往往具有设计施工难度大、安全风险高、建设周期长、变形控制难度大、工程造价高等特点。如果在建设过程中，由于某方面的疏忽，极易发生安全事故，并且造成无法挽回的巨大经济损失和社会影响，直接决定着地下工程建设的成败。在这类工程中，其核心是如何保证施工过程中工程自身安全和邻近建构筑物的安全两个方面。在上述强劲的建设需求和严苛的环境要求下，为保证建设过程中对周围环境的影响降到最小，往往采用管幕法对周围岩土体的变形进行控制，从而保护周围既有结构。
[0003]管幕法是在结构体外围预先进行大量钢管的顶进，并在钢管侧面利用锁扣进行连接，在锁扣空隙内填充止水材料，形成一个能抵御上部荷载的超前支护体系，并起到隔断周围水土的帷幕结构作用，从而减小对上部土体、既有建构筑物和周围环境的扰动。管幕钢管常用顶管法进行施工。顶管属于一种非开挖技术，由于其施工速度快、对周围环境干扰小、施工质量高等优点，已被广泛应用于供水管道、污水管道、油气等压力管道、通信电力管道、交通隧道及管幕工程。根据不同的工程需求，顶管管径可在250mm～3m范围内变化，近几年甚至还出现了适用于交通和行人的大跨箱型顶管结构。顶管施工过程中的土—结相互作用及其复杂，收到土层性质、超挖、注浆以及停机等因素的影响。设计人员最关注的是顶管顶推力，顶推力的预测与顶管系统的设计和选型密切相关。目前针对顶管顶推力的研究仍局限于单管顶推力，未考虑不同地层损失下管幕小间距钢管顶进时顶推力的相互影响。因此，为了更好地模拟现场管幕钢管顶进的施工环境，有必要研制一种模拟考虑不同地层损失下管幕法顶管顶推力的试验装置及试验方法。
[0004]经过对现有技术文献检索发现，专利—平行顶管顶进施工模拟装置(申请号：201110109981.X)公开了一种建筑工程
的平行顶管顶进施工模拟装置，专利—顶管注浆减阻的室内模拟实验系统(申请号：201210137982.X)公开了一种顶管注浆减阻的室内模拟实验系统，专利—一种顶管模型试验装置(申请号：202010030721.2)公开了一种可拼接式试验箱及其试验方法。上述这三个专利均没有研究地层损失对顶管顶推力的影响。另外，专利—一种用于模型试验的模拟顶管(申请号：201410249645.9)公开了一种可同时考虑地层损失和注浆因素影响的用于模型试验的模拟顶管。然而，在上述四个专利中均针对于单管顶进施工的模型试验，而并未涉及到管幕法群管顶进施工。可见，目前尚无能用于考虑地层损失效应的管幕法顶管顶推力的试验装置及试验方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够准确测试管幕法不同钢管顶进过程
中土压力、土体沉降以及顶推力的变化，试验结果准确，能真实的反映考虑不同地层损失率下不同顶管顶推力之间的相互影响的试验系统及试验方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种管幕法顶管顶推力试验系统，其特征在于：包括模型箱，在模型箱一对侧壁上设置若干供顶管模型进出的出入口，PVC硬管的外侧形成有气囊，PVC硬管和气囊共同构成顶管模型，顶管模型穿过所述出入口且两端延伸到所述模型箱外，所述模型箱内填装有土体，并将所述顶管模型覆盖，所述PVC硬管上侧的土体内设置有土压力传感器，所述土压力传感器上侧的土体内设置有LVDT地表变形传感器，与所述PVC硬管相对应的一端设置有加载装置，所述加载装置用于驱动所述PVC硬管移动，并对所述PVC硬管进行监测。
[0007]进一步的技术方案在于：所述加载装置包括大L型铝合金板，所述大L型铝合金板的上侧滑动设置有小L型铝合金板，所述小L型铝合金板上固定有拉压力计数仪，所述拉压力计数仪靠近所述PVC硬管的一侧与套筒的一端固定连接，所述套筒的另一端与加载板固定连接，所述加载板与所述PVC硬管的端部接触，转轮的一端穿过所述大L型铝合金板上的竖直板后与所述小L型铝合金板的竖直板接触，且所述转轮与所述大L型铝合金板上的竖直板螺纹连接，转动所述转轮能够驱动所述小L型铝合金板沿所述大L型铝合金板滑动。
[0008]进一步的技术方案在于：所述加载装置还包括U形支架，所述拉压力计数仪通过所述U形支架固定到所述小L型铝合金板的水平部上。
[0009]进一步的技术方案在于：所述大L型铝合金板的竖直部与所述小L型铝合金板的竖直部之间设置有弹簧。
[0010]进一步的技术方案在于：所述模型箱由亚克力板制作而成，且设有出入口的侧壁为承插式，可根据不同试验工况对该承插式侧壁进行更换。
[0011]进一步的技术方案在于：地层损失可通过PVC硬管和气囊进行模拟，根据地层损失率和模型相似比确定PVC硬管和气囊的直径后，将PVC硬管内置于气囊中，对气囊充满气体模拟初始状态，试验过程中对气囊放气模拟地层损失。
[0012]进一步的技术方案在于：所述的PVC硬管和气囊的长度一致，且要比出入口之间的距离长60cm～100cm。
[0013]进一步的技术方案在于：所述的小L型铝合金板的水平部通过相互配合的滑块与大L型铝合金板水平部上的滑槽相连，小L型铝合金板可通过滑块在大L型铝合金板上自由平移。
[0014]进一步的技术方案在于：所述加载板为正方形，且正方形的边长大于PVC硬管的直径，加载板中心一侧固定有带螺纹的铝合金棒，该铝合金棒可与拉压力计数仪之间采用套筒相连。
[0015]本专利技术还公开了一种管幕法顶管顶推力试验方法，所述方法使用所述的系统，其特征在于：包括以下步骤:
[0016]S1：分层在模型箱内进行填土，待填到设置的出入口底部时停止填土；
[0017]S2：在所述出入口内安装PVC硬管和气囊，并将气囊充满气；
[0018]S3：继续填土，填至设定高度，在填土的过程中，同时安装土压力传感器和LVDT地表变形传感器；
[0019]S4：填土完成后，对气囊进行二次充气，保证气囊形状为圆形；
[0020]S5：静置一段时间，待土压力传感器示数稳定后，对气囊进行放气，模拟顶管的地层损失；
[0021]S6：记录气囊放气后土压力传感器和LVDT地表变形传感器的示数，待示数稳定后，采用加载装置通过加载板对顶管模型进行均匀加载，使顶管模型缓慢匀速向前移动，并记录拉压力计数仪的示数；
[0022]S7：重复步骤S5和S6，对管幕法其他顶管依次进行试验，并记录不同顶管试验的传感器示数。
[0023]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术所述系统构造简单、操作方便、模拟程度高，能够准确测试管幕法不同钢管顶进过程中土压力、土体沉降以及顶推力的变化，试验结果准确，能真实的反映考虑不同地层损失率下不同顶管顶推力之间的相互影响。可以通过调整气囊与PVC硬管的直径精细化模拟不同地层损失本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管幕法顶管顶推力试验系统，其特征在于：包括模型箱(1)，在模型箱(1)的一对侧壁上设置若干供顶管模型进出的出入口，PVC硬管(2)的外侧形成有气囊(3)，PVC硬管(2)和气囊(3)共同构成顶管模型，顶管模型穿过所述出入口且两端延伸到所述模型箱(1)外，所述模型箱(1)内填装有土体，并将所述顶管模型覆盖，所述PVC硬管(2)上侧的土体内设置有土压力传感器(7)，所述土压力传感器(7)上侧的土体内设置有LVDT地表变形传感器(9)，与所述PVC硬管(2)相对应的一端设置有加载装置(4)，所述加载装置(4)用于驱动所述PVC硬管(2)移动，并对所述PVC硬管(2)进行监测。2.如权利要求1所述的管幕法顶管顶推力试验系统，其特征在于：所述加载装置(4)包括大L型铝合金板(11)，所述大L型铝合金板(11)的上侧滑动设置有小L型铝合金板(10)，所述小L型铝合金板(10)上固定有拉压力计数仪(8)，所述拉压力计数仪(8)靠近所述PVC硬管(2)的一侧与套筒(6)的一端固定连接，所述套筒(6)的另一端与加载板(5)固定连接，所述加载板(5)与所述PVC硬管(2)的端部接触，转轮(12)的一端穿过所述大L型铝合金板(11)上的竖直板后与所述小L型铝合金板(10)的竖直板接触，且所述转轮(12)与所述大L型铝合金板(11)上的竖直板螺纹连接，转动所述转轮(12)能够驱动所述小L型铝合金板(10)沿所述大L型铝合金板(11)滑动。3.如权利要求2所述的管幕法顶管顶推力试验系统，其特征在于：所述加载装置(4)还包括U形支架(14)，所述拉压力计数仪(8)通过所述U形支架(14)固定到所述小L型铝合金板(10)的水平部上。4.如权利要求2所述的管幕法顶管顶推力试验系统，其特征在于：所述大L型铝合金板(11)的竖直部与所述小L型铝合金板(10)的竖直部之间设置有弹簧(13)。5.如权利要求1所述的管幕法顶管顶推力试验系统，其特征在于：所述模型箱(1)由亚克力板制作而成，且设有出入口的侧壁为承插式，可根据不同试验工况对该承插式侧壁进行更换。6.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，谭磊，刘军，杨晓辉，肖闻后，申精，刘展伊，崔雯昊，
申请(专利权)人：北京市市政工程研究院，
类型：发明
国别省市：