[发明专利]模拟土压平衡式顶管施工的室内模型顶管装置

说明书

本发明属于地下工程试验技术领域，具体提供了一种模拟土压平衡式顶管施工的室内模型顶管装置，包括顶管机头和管节，顶管机头用于切削掘进，管节与顶管机头连接；顶管机头内设置有斜漏斗状的土仓，避免了土仓内土粘在土仓隔板侧壁而影响出土，管节内设置有管节出土传送装置；管节设置有多个，多个管节依次连接在一起，将顶管机头掘进产生的土转运出管节内。本发明解决了现有小型顶管室内模型装置出土不易的问题，使得顶进过程中顶进长度不再受限于螺旋出土机长度，能够模拟长距离持续顶进；能够模拟现有装置无法考虑到的管节间接头刚度及注浆浆液浮力对顶进的影响，且管节拼装持续长距离顶进相比于整体式管节顶进更符合实际工况。

技术领域

本发明属于地下工程试验技术领域，具体涉及一种模拟土压平衡式顶管施工的室内模型顶管装置。

背景技术

顶管法是一种目前广泛应用的非开挖地下隧道施工方法。室内模型试验是研究顶管法施工对地层影响以及顶进过程中顶力等参数的重要方式，通过模拟顶管施工顶进过程，为顶管隧道的设计与施工提供可靠依据。经对现有技术文献检索发现，中国专利申请号201910057792.9，发明名称：一种顶管施工的室内试验模拟系统，该专利技术公开了一种顶管施工的室内模型试验模拟系统，包括：模型箱、导轨限位机构、顶管机构、切土机构、注浆系统及位移监测系统。该系统能够模拟顶管施工掘进、出土、注浆等过程，但是由于顶管机构为一整根钢管，无法模拟顶管施工中的管节拼装过程且无法兼顾管间接头刚度的相似；导轨限位机构与顶管机构刚性连接，使得顶管在顶进过程中只能沿导轨移动，无法考虑在注浆状态下泥浆浮力对于顶管管节相对位置的影响；由于螺旋出土管道长度越长越不利于出土，受限于顶管机构管节长度和螺旋出土管道长度，该装置也无法模拟长距离顶进过程。上述两种专利技术在土仓隔板的设计上均采用平行于顶管纵截面的竖直隔板，此种设计常用与大型顶管设备，但是对于小型模型顶管装置，土仓更小，土仓隔板与刀盘距离更近，顶进时土仓压力也比大型顶管土仓压力小得多，采用竖直土仓隔板，容易造成土体沾黏在隔板上，并不利于螺旋出土机出土，也不利于维持土仓压力稳定。上述顶管模型试验装置或系统均不能完整的模拟顶管施工的全部工况，均存在局限性。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟土压平衡式顶管施工的室内模型顶管装置，解决了现有小型顶管室内模型装置出土不易的问题，使得顶进过程中顶进长度不再受限于螺旋出土机长度，能够模拟长距离持续顶进；能够模拟现有装置无法考虑到的管节间接头刚度及注浆浆液浮力对顶进的影响，且管节拼装持续长距离顶进相比于整体式管节顶进更符合实际工况。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种模拟土压平衡式顶管施工的室内模型顶管装置，包括顶管机头和管节，所述顶管机头用于切削掘进，所述管节与所述顶管机头连接；

所述顶管机头包括机头外壳、切土机构、土仓和出土机构；所述机头外壳为圆筒状；所述切土机构位于所述机头外壳的前端，用于对待顶管施工区域进行切削掘进；所述土仓位于所述切土机构后方的机头外壳内，用于容纳所述切土机构切削脱落的土；所述出土机构位于所述机头外壳内，用于将所述土仓内的土传送出所述机头外壳。

所述管节包括管节外壳和管节出土传送装置；所述管节外壳为圆筒状，所述管节外壳的一端与所述机头外壳连接；所述管节出土传送装置设置在所述管节外壳内，用于将所述管节外壳一端的土转运至另一端排出；所述管节设置有多个，多个所述管节依次连接，所述顶管机头掘进产生的土通过多个所述管节传递并转运出去。

如上所述的模拟土压平衡式顶管施工的室内模型顶管装置，作为优选方案，所述管节外壳的筒壁设置有注浆预留孔，所述管节外壳的内壁设置有注浆预留管头，所述注浆预留管头的一端与所述注浆预留孔连接。