顶管注浆减阻的室内模拟实验系统技术方案

本发明专利技术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，试验箱的上方开口并设有竖向加载测试系统，试验箱两相对侧面设有长圆形孔，其中一侧面设有水平向加载测试系统，试验箱内填埋有土样，待测管道通过试验箱两侧面上的长圆形孔穿过试验箱，该试验系统还包括注浆系统以及与该注浆系统相连的注浆导管，所述待测管道由相互连接的管道前段和管道后段构成，且管道前段的管径粗于管道后段的管径，待测管道的管道壁上开设有至少一个注浆孔，所述注浆导管的出浆端伸入待测管道内并与所述注浆孔相连。该试验系统能模拟管道在土层中的顶进过程，顶进同时将调配好的浆液注入管周土体中，测试在不同浆液配比、不同注浆压力下，管道顶进过程中的摩阻力和摩擦系数，从而综合准确地给出在该土层中适合顶管推进的注浆压力以及注浆配比。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种建筑工程
的测试装置，具体是一种顶管注浆减阻的室内模拟实验系统。
技术介绍
顶管技术是在不开挖地表的情况下，利用液压油缸从顶管工作井将顶管机和待铺设的管节在地下逐节顶进，直到顶管接收井的非开挖地下管道敷设施工工艺。其具备以下优点施工精度高、适用土质广、适用管径范围广、施工成本较低、对周边环境影响较小。随着我国城市化进程加速，顶管技术广泛应用于城市给排水、煤气、电力、通信等地下管网建 设，以及公路、铁路隧道。在顶管工法的设计与施工中，为了减小顶进时顶管所受摩阻力及顶管施工对周边地表沉降的影响，需要对管道周边土体以一定压力注入浆液，简称注浆。顶管施工中浆液作用主要体现在两个方面1、减阻作用，浆液与周边土体混合形成密实的泥浆套，将管道包裹在泥浆之中，从而减小顶进阻力；2、填补、支撑作用，由于后续管节一般比顶管机头要小，故在管道与土体之间存在许多孔隙，而浆液能填补管道与土体之间的空隙，同时在注浆压力下，减小土体变形，使得管道周边稳定性得到加强。因此注浆是顶管施工中的关键技术环节之一。目前针对注浆减阻的效果，管土摩擦系数的确定基本依靠经验公式和现场测试；无法在施工前在试验室内测定注浆效果。经对现有技术文献检索发现，中国专利申请号200810037406. 1，地下管道与土体之间摩擦系数测试装置，公开号为CN101271056，公开日2008. 09. 24，该专利技术公开了一种建筑工程
的地下管道与土体之间摩擦系数测试装置，该装置包括试验箱、竖向加载系统和水平方向加载系统。该专利技术可用于测试管道与土体之间的摩擦系数和摩阻力，但不能用于测试顶管工程中管道与土体的摩擦系数与摩阻力1、实际顶管工程中，包裹在管道周边为泥浆套，而非原先的周边土体，无法模拟注浆减阻；2、实际顶管工程中，顶管机头尺寸会略大于后续管节尺寸，而非前后管完全一致，无法模拟实际顶进过程。进一步检索中尚未发现关于顶管注浆测试的报道。
技术实现思路
本专利技术目的是本专利技术针对上述现有技术的不足，提供了一种顶管注浆减阻的室内模拟实验系统，能模拟管道在土层中的顶进过程，顶进同时将调配好的浆液注入管周土体中，测试在不同浆液配比、不同注浆压力下，管道顶进过程中的摩阻力和摩擦系数，从而综合准确地给出在该土层中适合顶管推进的注浆压力以及注浆配比。本专利技术的技术方案是一种顶管注浆减阻的室内模拟实验系统，包括试验箱，试验箱的上方开口并设有竖向加载测试系统，试验箱两相对侧面设有长圆形孔，其中一侧面设有水平向加载测试系统，试验箱内填埋有土样，待测管道通过试验箱两侧面上的长圆形孔穿过试验箱，其特征在于还包括注浆系统以及与该注浆系统相连的注浆导管，所述待测管道由相互连接的管道前段和管道后段构成，且管道前段的管径粗于管道后段的管径，待测管道的管道壁上开设有至少一个注浆孔，所述注浆导管的出浆端伸入待测管道内并与所述注浆孔相连。所述竖向加载测试系统包括竖向加载装置、竖向荷载加载板、竖向位移测试装置和竖向测力装置，其中竖向荷载加载板直接与土样上表面接触，竖向加载装置与竖向荷载加载板相连，竖向位移测试装置设在竖向荷载加载板上，竖向测力装置设在竖向加载装置上。所述水平向加载测试系统包括水平向加载装置、水平荷载加载板、水平位移测试装置和水平测力装置，其中水平荷载加载板与所述管道后段的一端相连接，水平向加载装置与水平荷载加载板相连，水平位移测试装置安装在水平荷载加载板上，水平测力装置设 在水平向加载装置上。所述注浆系统包括储浆容器以及与该注浆容器相连的注浆泵。所述注浆导管包括一根主流管以及与该主流管相连的多根分流管，其中主流管与注浆系统相连，分流管与注浆孔相连，且主流管上连有压力表和注浆控制阀门，分流管上连有注浆控制阀门。所述试验箱两侧面的长圆形孔位置设有孔径调节装置，该孔径调节装置为半圆形孔片或圆形孔片。所述孔径调节装置通过螺钉孔与试验箱的螺孔固定连接。所述试验箱的螺孔为导位槽。所述注浆孔开设在所述管道后段上，并位于靠近所述管道前段的那一端。所述管道前段上装有防止所述注浆孔堵塞的套筒。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果本专利技术构造简单、操作方便，可以模拟顶管在注浆减阻情况下的顶进过程，分析比较不同配比、不同注浆量以及不同注浆压力下地下管道与土体之间的摩擦系数和摩阻力。测试结果准确可靠。鉴于许多单位可以提供较好的压力机、反力架等设备，本专利技术对动力部分的要求容易满足。附图说明下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步介绍图I为本专利技术实施例中试验箱的结构示意图，其中(a)为俯视图，(b)为剖面图，(C)为侧视图；图2为本专利技术实施例的整体结构示意图；图3为孔径调节装置结构示意图，其中(a)为孔径是圆形孔的孔径调节装置，(b)为孔径是半圆形孔的孔径调节装置；图4为本专利技术的待测管道及注浆系统示意图；图5为没有注浆减阻的测试曲线；图6为三种不同浆液配比的摩阻力曲线；其中I-试验箱，11-长圆形孔，12-导位槽；2-竖向加载测试系统,21-竖向加载装置,22-竖向荷载加载板、23-竖向位移测试装置；3-水平向加载测试系统，31-水平向加载装置，32-水平荷载加载板，33-水平位移测试装置；4-待测管道，41 -管道前端，42-管道后段，43-注浆孔；5-孔径调节装置，51-半圆形孔片，52-圆形孔片，53-螺钉孔；6- 土样；7-注浆导管，71-主流管，72-分流管，73-压力表，74-注浆控制阀门；8-套筒；9-注浆系统，91-储浆容器，92-注浆泵。具体实施例方式如图I、图2和图4所示，本实施例的顶管注浆减阻的室内模拟实验系统，包括试验箱1，该试验箱I的上方开口并设有竖向加载测试系统2，该试验箱I两相对侧面设有长圆形孔11，并在其中一侧面设有水平向加载测试系统3。试验箱内填埋有土样6，待测管道4通过试验箱两侧面上的长圆形孔11穿过试验箱。本实施例的顶管注浆减阻的室内模拟实验系统还包括注浆系统9以及与该注浆系统相连的注浆导管7，所述待测管道4由相互连接的管道前段41和管道后段42构成，且管道前段41的管径稍粗于管道后段42的管径，实施时，管道前段41模拟顶进机头。待测管道4的管道壁上开设有至少一个注浆孔43，所述注浆导管7的出浆端伸入待测管道4内并与所述注浆孔43相连，实施时注浆系统9将泥浆注入待测管道4顶进过程中形成的空隙中，发挥泥浆减摩作用。为了便于注浆，所述注浆孔43开设在所述管道后段42上，并位于靠近所述管道前段41的那一端。而且本例在所述管道前段41上装有防止所述注浆孔43堵塞的套筒8。所述竖向加载测试系统2的详细结构参照图3所示，它包括竖向加载装置21、竖向荷载加载板22、竖向位移测试装置23和竖向测力装置(图未示)，其中竖向荷载加载板22直接与土样6上表面接触，竖向加载装置21与竖向荷载加载板22相连，竖向位移测试装置23设在竖向荷载加载板22上，竖向测力装置设在竖向加载装置21上。所述水平向加载测试系统3的详细结构参照图4所示，它包括水平向加载装置31、水平荷载加载板32、水平位移测试装置33和水平测力装置(图未示)，其中水平荷载加载板32与所述管道后段42的一端相连接，水平向加载装置31与水平荷载加载板32相连，水平位移测试装置33安装在水平荷载加载板3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈楠，陈锦剑，王建华，夏小和，吴琼，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：