[发明专利]一种拉顶管施工的室内试验模拟装置及方法

说明书

本发明提供了一种拉顶管施工的室内试验模拟装置，包括透明的箱体，其顶面敞开设置，上方设置有竖向加载机构，箱体内装有试验土体，箱体两相对的侧面均设置有圆形顶孔，圆形顶孔处插设有模拟管道，模拟管道的两端能穿出两侧的圆形顶孔，其中一个圆形顶孔处设置有喷浆组件，圆形顶孔外侧设置有第一水平加载机构和第二水平加载机构，分别位于箱体的两侧，对模拟管道的两端加载，试验土体中、竖向加载机构以及水平加载机构上均设有测量器件，依靠各个测量器件全面、准确测量试验所需的相关参数，较好地实现了试验目的，能进行模拟现场多条件下的拉顶管施工引发地层变形及确定润滑泥浆最优配比的模型实验。

技术领域

本发明涉及顶管施工技术领域，特别涉及一种拉顶管施工的室内试验模拟装置及方法。

背景技术

随着我国城镇基础设施建设改造步伐不断加快，城镇污水管网的改造与管理，关系到污水收集的效率和居民生活工作环境的质量。加快城镇污水管网改造和不断提高污水管网管理水平，对改善城镇环境、提高城镇综合竞争力具有重要意义。常规的非开挖市政管道铺设方法采用顶管施工法及定向钻牵引施工法，但这两种方法均存在局限性。而拉顶管施工是一种新型非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术，通过导向钻头确定管道标高和轨迹，利用拉管设备的拉力和顶管设备顶力的共同作用，将管道推进至设计高程，采用的是挤压出土的方式，使管道在两个或多个井内连通。

由于拉顶管施工工艺作为一种地下开挖方法，不可避免地会对管道周围的土体产生扰动，使周围的土体出现卸载或加载等复杂的力学行为，土体的应力状态不断发生变化，引起管道周围土体产生变形。当土体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、路面和地下管线的安全，引起一系列环境岩土问题。在施工过程中通过注浆可以达到减阻的目的，还可以有效的减小管道周边土体变形，增强其稳定性，因此注浆是拉顶管施工中的关键技术之一。

而目前针对拉顶管施工过程中地层变形及润滑泥浆最优配比的确定，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。因此，为了更好地模拟现场拉顶管施工环境，研究拉顶管施工引起的地层变形对施工和周边建筑物安全的影响规律，以及探究施工中最优润滑泥浆配比，有必要研制一种可模拟拉顶管施工引发地层变形及确定润滑泥浆最优配比的试验装置。

专利CN102636430A公开了一种顶管注浆减阻的室内模拟试验系统，它包括实验箱、水平加载系统、竖向加载系统等，该试验系统能模拟管道在土层中的顶进过程，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。但是，其采用的是注浆导管预先埋设在待测管道中并与管道壁的注浆孔连通的方式，注浆导管的布置相对复杂。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

本发明的目的是提供一种多条件下模拟拉顶管施工的试验方案，适用于模拟现场多条件下的拉顶管施工引发地层变形、以及确定润滑泥浆最优配比的模型试验。

为了达到上述目的，本发明提供了一种拉顶管施工的室内试验模拟装置，包括箱体，所述箱体由透明材料制成，所述箱体的顶面敞开设置，上方设置有竖向加载机构，所述箱体内装有试验土体，所述箱体两相对的侧面均设置有圆形顶孔，所述圆形顶孔处插设有模拟管道，所述模拟管道的两端能穿出两侧的所述圆形顶孔，其中一个所述圆形顶孔处设置有喷浆组件，所述圆形顶孔外侧设置有水平加载机构，所述水平加载机构包括第一水平加载机构和第二水平加载机构，分别位于所述箱体的两侧，对所述模拟管道的两端加载，所述试验土体中、所述竖向加载机构以及所述水平加载机构上均设有测量器件。

进一步地，所述第一水平加载机构包括第一反力架，所述第一反力架上设置有水平液压千斤顶，所述水平液压千斤顶的伸缩端设置有圆形顶板，所述圆形顶板的中心与所述模拟管道的受力中心对应。