[发明专利]顶管实验箱及实验方法

说明书

本发明公开了一种模拟单管或多管顶管施工的顶管实验箱，其特征是它包括由骨架与透明板材围成的箱体，箱体的顶面敞开，箱体内放置有透明土，箱体的底部设有与骨架连接的滑道，滑道上安装有反力架；所述反力架包括可在滑道上滑动的滑动杆、至少包括一个千斤顶的顶管机构，滑动杆与滑道上均设有固定孔；箱体与千斤顶的对应面设有活动挡土板，活动挡土板上至少设有一个顶孔，顶孔上设有孔盖；箱体上及透明土中均设有测量机构；其实验方法它包括箱体制备、模型搭建、顶管试验步骤；本发明具有结构简单，可视化，操作方便，经济环保，不需要建造反力墙等特点，可进行模拟现场多条件下的顶管施工引发地层变形的模型试验。

技术领域

本发明涉及一种地下工程顶管施工试验技术领域，具体地是涉及一种顶管实验箱及实验方法，特别是涉及一种多条件下模拟单管或多管顶管施工的顶管实验箱及实验方法，适用于模拟现场多条件下的顶管施工引发地层变形的模型试验。

背景技术

城市化发展过程中，城市扩张与稀缺土地资源供给不足的矛盾越来越明显。地下空间开发的规划和开发，可提高城市设施水平以增加城市的竞争力。随着地下空间开发的规模越来越大，地下空间的开发受到地质条件、水文条件、岩土类型、地面空间类型、已有地下设施、施工技术、经济能力、文化遗址、开发后的社会效益和环境效益等诸多因素的影响和制约，且开发利用具有一定的不可逆性，建成后很难改造或重建。地下空间建设中遇到的问题复杂，地下工程建设具有投资大、施工周期长、施工项目多、施工技术复杂、不可预见风险因素多和对社会环境影响大等特点，是一项高风险建设工程。近几年城市地下工程建造过程中，基坑垮塌、地面沉陷、隧道涌水、掌子面垮塌、临近建筑物倾斜与倒塌等安全事故频发，不仅延误了工期，还造成了很大的经济损失和人员伤亡。

顶管施工就是非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术，它以液压为动力将顶管机和待铺设的管节在地下逐节顶进。施工过程中，不可避免地会对管道周围的土体产生扰动，引起管道周围土体产生变形，引起地面和地下土体的位移，即地层变形。当地层变形超过一定范围时，会严重危及邻近建( 构) 筑物基础、邻近建( 构) 筑物、地下管网和地面建筑物的安全，引起一系列岩土工程问题。

管幕预筑法建造地下空间技术首次应用于沈阳地铁2号线新乐遗址站车站，因工期原因，在密排管群（多管）顶管施工过程中，同时还进行管间钢板切割、管间土体开挖和管间支撑、管间注浆等施工，同步进行的这些工序将不可避免地对密排管群顶管施工和对环境产生影响。研究一种密排管群顶管实验箱及实验方法来研究密排管群顶管施工引起的地层变形机理，分析施工对环境的影响，进而提出有针对性的处理对策，确保密排顶管施工过程的安全和控制密排顶管施工对环境的影响具有重要工程意义。

文献1：

申请号为201410250822.5的发明专利申请公开了一种模拟顶管施工引发地层变形的实验方法及装置，并具体公开了1）安装侧向柔性加载囊 ；2）填土 ；3）安装模拟顶管 ；4）安装加载系统 ；5）加载 ；6）监测初始值 ；7）模拟开挖地层损失过程 ；8）实验数据的整理与分析。将侧向柔性加载囊黏贴在模型箱内壁上，左端连接侧向柔性加载囊，右端连接侧向加载压力表，侧向加载压力表通过侧向加压注水管与侧向加载加压泵连接，侧向柔性加载囊顶部设排气阀，在模型箱前侧壁距模型箱底开圆孔，圆形顶管预留孔周边焊接螺柱，模拟顶管右端放置在模型箱前侧壁圆形顶管预留孔处，模拟顶管左端紧贴模型箱后壁放置，结构合理、操作方便，用于模拟顶管隧道施工引发的地层变形模型实验。

文献2：

申请号为201110109981.X的发明专利申请公开了一种平行顶管顶进施工模拟装置，并具体公开了包括：模拟箱体、连接管节、支撑机构、施工模拟机构和测试模块，模拟箱体内设有模拟土体且多根连接管节平行贯穿于模拟箱体内部，支撑机构和施工模拟结构分别设置于连接管节的两端，测试模块与模拟箱体相连。该发明可以对大直径、长距离、复杂地层、江中江中浅覆土等条件下各种不同参数的平行顶管施工进行模拟试验，为现场施工提供技术指导，并为今后类似条件顶管施工的研究提供经验。