CN109975117A - 顶管实验箱及实验方法 - Google Patents
顶管实验箱及实验方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109975117A CN109975117A CN201910222346.9A CN201910222346A CN109975117A CN 109975117 A CN109975117 A CN 109975117A CN 201910222346 A CN201910222346 A CN 201910222346A CN 109975117 A CN109975117 A CN 109975117A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- push pipe
- cabinet
- pipe
- jack
- slideway
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 61
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 50
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 34
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 33
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 210000000481 breast Anatomy 0.000 claims abstract description 19
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 42
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 33
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims description 27
- 238000007569 slipcasting Methods 0.000 claims description 19
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 10
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 9
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 claims description 2
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000008107 starch Substances 0.000 claims description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 abstract description 16
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 13
- 238000012800 visualization Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010998 test method Methods 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000298 Cellophane Polymers 0.000 description 1
- 101000579647 Penaeus vannamei Penaeidin-2a Proteins 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000011440 grout Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000006855 networking Effects 0.000 description 1
- 230000037081 physical activity Effects 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- G01M99/008—Subject matter not provided for in other groups of this subclass by doing functionality tests
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/02—Details
- G01N3/06—Special adaptations of indicating or recording means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
- G01N2203/067—Parameter measured for estimating the property
- G01N2203/0676—Force, weight, load, energy, speed or acceleration
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
- G01N2203/067—Parameter measured for estimating the property
- G01N2203/0682—Spatial dimension, e.g. length, area, angle
Abstract
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。
Description
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。
以上文献虽然可以模拟单管平行顶管施工引发的地层变形进行模拟实验，但是存在以下不足：一是试验装置结构复杂，需实验场地需要建设专门的反力墙；二是模拟的实验环境有限，能进行的实验项目不多，不能模拟复杂地质环境条件下的顶管以及顶管对地下建筑物及地上建筑物的影响，无法模拟复杂地质环境条件下密排管群顶管模拟隧道施工实验，应用有局限性；三是实验现象不能直接观测，地层变形不具有可视化。
文献3：
申请号为201210137982.X的发明专利申请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、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。由于其注浆管需预先埋设在试验箱土体中，而工程实践中不可能预先埋设注浆管，且在顶管模拟过程中预埋的注浆管对周围土体有约束作用，不能很好的模拟实际顶管施工，同时，也没有考虑顶管施工过程中的地层变形问题。
发明内容
本发明的目的是提供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。
本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种顶管实验箱，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。
本发明所述顶管机构包括顶管，所述反力架上设有反力板，千斤顶的支撑部安装在反力板上，千斤顶的活塞杆上安装有顶板，顶管的受力中心与顶板的中心对应。
为减少顶管时的阻力及在顶管结束后控制地表沉降，本发明所述顶管包括有同一中心轴线的内顶管、外顶管，内顶管与外顶管之间通过骨架连接固定，外顶管上设有注浆孔、出浆孔。
为注浆方便，本发明所述骨架将内顶管与外顶管之间的空间分隔成至少2个轴向的独立空间，外顶管上对应每个独立空间分别设有注浆孔、出浆孔。
为模拟顶管过程中对桩基及建筑物的影响，本发明箱体顶部设有桩基模型加载机构，所述桩基模型加载机构包括加压杠杆，加压杠杆上设有加压杆，加压杠杆一端铰接在箱体上，另一端安装有砝码。
本发明所述测量机构包括在透明土上部表面设有沉降钉，所述沉降钉成网格布置；在箱体的四周外壁布设有坐标网，透明土内水平布置有固定绳，固定绳上设有观测珠，使观测珠在箱体内成立体网格布置；透明土中分别安装有测斜管和土压力盒；箱体侧面安装有激光笔。
一种顶管实验箱实验方法，它包括以下步骤：
⑴制备由透明板材与骨架围成的箱体，箱体的顶面敞开，在箱体的底部安装与骨架连接的滑道，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；所述顶管机构包括顶管，所述反力架上设有反力板，千斤顶的支撑部安装在反力板上，千斤顶的活塞杆上安装有顶板，顶管的受力中心与顶板的中心对应；
⑵根据实验要求，往箱体内分层填筑透明土，并压实，填土过程中，相应安装好固定绳、测斜管、土压力盒，固定绳上设有观测珠，使观测珠在箱体内成立体网格布置；测斜管竖向安装，土压力盒包括竖向安装的竖向土压力盒和水平方向安装的水平土压力盒；同时在箱体侧面安装激光笔，激光笔轴线垂直于箱体的侧面；通过激光笔在箱体侧面标记各层观测珠的初始位置；
⑶最后在透明土的表面安装好沉降钉，沉降钉成网格布置，再将千分表通过支架安装在箱体上，千分表顶住沉降钉顶面，记录沉降钉初始位移；记录各测斜管的水平位移初始值，以及各竖向土压力盒、水平土压力盒的初始读数；
⑷将滑动杆安装在滑道上的合适位置，并用销钉通过固定孔固定；再根据实验要求，打开箱体活动挡土板上的孔盖，在反力架上安装好顶管、千斤顶；
⑸千斤顶加压推动顶管前移，每次顶入5～10㎝，掏出顶管内的透明土；记录各测斜管水平位移值、各竖向土压力盒、水平土压力盒的土压力，以及各沉降钉的位移，用激光笔标记各观测珠位置，测出观测珠的竖向位移和水平位移；
⑹当顶入量超过千斤顶行程时，千斤顶的活塞杆回缩，移动滑动杆至下一个固定孔固定；
⑺重复步骤⑸、⑹，直至顶管全部顶入透明土内，进行单管或多管的同步或多管的错步顶管施工实验。
为模拟顶管过程中对桩基及建筑物的影响，本发明箱体顶部设有桩基模型加载机构，所述桩基模型加载机构包括加压杠杆，加压杠杆上设有加压杆，加压杠杆一端铰接在箱体上，另一端安装有砝码；重复步骤⑷～⑺，进行单管或多管的同步或多管的错步顶管施工实验。
为减少顶管时的阻力及在顶管结束后控制地表沉降，本发明所述顶管包括有同一中心轴线的内顶管、外顶管，内顶管与外顶管之间通过骨架连接固定，外顶管上设有注浆孔、出浆孔；在步骤⑸中，先将注浆设备与外顶管上的注浆孔连接，根据顶管行程，确定出浆孔的开闭，顶管时，通过注浆设备注浆，浆液从出浆孔流向外顶管管壁外侧，以减少顶管时的阻力；重复步骤⑷～⑺，进行单管或多管的同步或多管的错步顶管施工实验。
为注浆方便，本发明所述骨架将内顶管与外顶管之间的空间分隔成至少2个轴向的独立空间，外顶管上对应每个独立空间分别设有注浆孔、出浆孔；在步骤⑸中，根据顶管行程，确定注浆设备与外顶管上的注浆孔连接数量与顺序，顶管时，通过注浆设备注浆，浆液从出浆孔流向外顶管管壁外侧，以减少顶管时的阻力；重复步骤⑷～⑺，进行单管或多管的同步或多管的错步顶管施工实验。
由于采用上述技术方案，本发明较好的实现了发明目的，顶管实验箱具有结构简单，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。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中箱体2的右视图；
图3是本发明观测珠15的布置示意图；
图4是本发明坐标网16的布置示意图；
图5是本发明顶管3的结构示意图；
图6是图5的E-E剖面图；
图7是图5的A-A剖面图；
图8是图5的B-B剖面图；
图9是图5的C-C剖面图；
图10是图5的D-D剖面图；
图11是本发明实施例4的结构示意图；
图12是本发明实施例5的结构示意图；
图13是本发明实施例6的结构示意图；
图14是本发明实施例7的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例1:
由图1、图2、图3、图4可知，一种顶管实验箱，它包括由骨架与透明板材围成的箱体2，箱体2的顶面敞开，箱体2内放置有透明土1，箱体2的底部设有与骨架连接的滑道10，滑道10上安装有反力架4；所述反力架4包括可在滑道10上滑动的滑动杆9、至少包括一个千斤顶6的顶管机构，滑动杆9与滑道10上均设有固定孔8；箱体2与千斤顶6的对应面设有活动挡土板11，活动挡土板11上至少设有一个顶孔12，顶孔12上设有孔盖；箱体2上及透明土1中均设有测量机构。
本发明所述顶管机构包括顶管3，所述反力架4上设有反力板7，千斤顶6的支撑部安装在反力板7上，千斤顶6的活塞杆上安装有顶板5，顶管3的受力中心与顶板5的中心对应。
本发明所述测量机构包括在透明土1上部表面设有沉降钉17，所述沉降钉17成网格布置；在箱体2的四周外壁布设有坐标网16，透明土1内水平布置有固定绳14，固定绳14上设有观测珠15，使观测珠15在箱体2内成立体网格布置；透明土1中分别安装有测斜管23和土压力盒22；箱体2侧面安装有激光笔。
一种顶管实验箱实验方法，它包括以下步骤：
⑴制备由透明板材与骨架围成的箱体2，箱体2的顶面敞开，在箱体2的底部安装与骨架连接的滑道10，滑道10上安装有反力架4，所述反力架4包括可在滑道10上滑动的滑动杆9、至少包括一个千斤顶6的顶管机构，滑动杆9与滑道10上均设有固定孔8；箱体2与千斤顶6的对应面设有活动挡土板11，活动挡土板11上至少设有一个顶孔12，顶孔12上设有孔盖；所述顶管机构包括顶管3，所述反力架4上设有反力板7，千斤顶6的支撑部安装在反力板7上，千斤顶6的活塞杆上安装有顶板5，顶管3的受力中心与顶板5的中心对应；
⑵根据实验要求，往箱体2内分层填筑透明土1，并压实，填土过程中，相应安装好固定绳14、测斜管23、土压力盒22，固定绳14上设有观测珠15，使观测珠15在箱体2内成立体网格布置；测斜管23竖向安装，土压力盒22包括竖向安装的竖向土压力盒和水平方向安装的水平土压力盒；同时在箱体2侧面安装激光笔，激光笔轴线垂直于箱体2的侧面；通过激光笔在箱体2侧面标记各层观测珠15的初始位置；
⑶最后在透明土1的表面安装好沉降钉17，沉降钉17成网格布置，再将千分表18通过支架安装在箱体2上，千分表18顶住沉降钉17顶面，记录沉降钉17初始位移；记录各测斜管23的水平位移初始值，以及各竖向土压力盒、水平土压力盒的初始读数；
⑷将滑动杆9安装在滑道10上的合适位置，并用销钉通过固定孔8固定；再根据实验要求，打开箱体2活动挡土板11上的孔盖，在反力架4上安装好顶管3、千斤顶6；
⑸千斤顶6加压推动顶管3前移，每次顶入5～10㎝，掏出顶管3内的透明土1；记录各测斜管23水平位移值、各竖向土压力盒、水平土压力盒的土压力，以及各沉降钉17的位移，用激光笔标记各观测珠15位置，测出观测珠15的竖向位移和水平位移；
⑹当顶入量超过千斤顶6行程时，千斤顶6的活塞杆回缩，移动滑动杆9至下一个固定孔8固定；
⑺重复步骤⑸、⑹，直至顶管3全部顶入透明土1内，进行单管或多管的同步或多管的错步顶管施工实验。
本实施例采用透明板材与骨架围成一个方形箱体2，箱体2底部设有排水孔13；在滑道37上安装好滑动杆36，通过固定孔8固定。在透明纸上打印出坐标网16，贴在箱体四周外侧面上。根据实验要求，往箱体2内分层填筑所选择的透明土1，并压实，填土过程中，首先在箱体2左右两侧挡板内侧相应监测断面安装竖向土压力盒；当透明土1填至顶管3作业平面时，开始在监测断面分层水平安装水平土压力盒和测斜管23，并分层安装固定绳14，使观测珠15在箱体2内成立体网格布置；然后，在箱体2外侧面安装激光笔，激光笔轴线垂直于箱体2侧板，通过激光笔在箱体2侧面标记各层观测珠15的初始位置；最后在透明土1的表面安装好沉降钉17，沉降钉17成网格布置，再将千分表18通过支架安装在箱体2上，千分表18顶住沉降钉17顶面，记录沉降钉17初始位移，记录测斜管23各监测点水平位移初始值，以及竖向土压力盒、水平土压力盒初始读数；将滑动杆9安装在滑道10上的合适位置，并用销钉通过固定孔8固定；再根据实验要求，选择活动挡土板11，在活动挡土板11上确定顶管3对应的顶孔12位置，如图2所示，本实施例采用具有6个顶孔12的活动挡土板11，各顶孔12成方形布置，在反力架4上安装好顶管3、千斤顶6，没有安装顶管3的顶孔12用孔盖封闭，所述顶管3由透明材料制成。
实验时，千斤顶6加压推动顶管3前移，每次顶入5～10㎝，掏出顶管3内的透明土1，记录各监测点竖向土压力盒、水平土压力盒的土压力，记录各沉降钉17的位移，用激光笔标记各观测珠15位置，测出观测珠15的竖向位移和水平位移，读出测斜管23各监测点水平位移值。当顶入量超过千斤顶6行程时，千斤顶6的活塞杆回缩，移动滑动杆9至下一个固定孔8固定；千斤顶6再次加压推动顶管3前移，直至顶管3全部顶入透明土1内。
绘制观测珠15的竖向位移曲线和水平位移曲线，绘出测斜管23测斜曲线并与观测珠15水平位移曲线进行对比分析；根据沉降钉17的竖向位移，绘制地表沉降曲线，并与观测珠沉降曲线进行对比分析；根据土压力盒22测出的土压力值和测斜管23、观测珠15、沉降钉17等位移装置测出的地层位移数值，进行顶管施工过程中地层力学响应分析，完成单管的顶管施工实验。
本实施例还可将顶管3安装在另一顶孔12，重复上述步骤，采集土压力值和地层位移数值，进行地层力学响应分析，完成多管的错步顶管施工实验。
本实施例还可采用多个顶管3，对应采用多个千斤顶6或者在千斤顶6的活塞杆上安装有顶板5，顶管3的受力中心与顶板5的中心对应；重复上述步骤，采集土压力值和地层位移数值，进行地层力学响应分析，完成多管的同步顶管施工实验。
本发明的顶管实验箱具有结构简单，可视化，操作方便，经济环保，不需要建造反力墙等特点，可进模拟现场多工况下的顶管施工模型试验。
实施例2:
由图5、图6可知，为减少顶管时的阻力及在顶管结束后控制地表沉降，本发明所述顶管3包括有同一中心轴线的内顶管31、外顶管32，内顶管31与外顶管32之间通过骨架33连接固定，外顶管32上设有注浆孔、出浆孔。
为减少顶管时的阻力及在顶管结束后控制地表沉降，本发明所述顶管包括有同一中心轴线的内顶管31、外顶管32，内顶管31与外顶管32之间通过骨架33连接固定，外顶管32上设有注浆孔、出浆孔；在步骤⑸中，先将注浆设备与外顶管32上的注浆孔连接，根据顶管行程，确定出浆孔的开闭，顶管时，通过注浆设备注浆，浆液从出浆孔流向外顶管管壁外侧，以减少顶管时的阻力；重复步骤⑷～⑺，进行单管或多管的同步或多管的错步顶管施工实验。
本实施例的内顶管31与外顶管32之间形成1个独立空间，在外顶管32上设有1个注浆孔，根据顶管长度设置多个出浆孔。在千斤顶6上设有测力机构。
实验时，在步骤⑸中，先将注浆设备与外顶管32上的注浆孔连接，将外顶管32外露的出浆孔临时用橡胶套封堵，顶管时，每次顶入5～10㎝后，通过注浆设备注浆，浆液从出浆孔流向外顶管32管壁外侧，充填在外顶管32外侧和管外土体之间的空隙内，以减少后续顶管时的阻力。根据顶管行程，确定各出浆孔的开闭。重复步骤⑷～⑺，采集土压力值和地层位移数值，进行地层力学响应分析；通过千斤顶6上设有的测力机构采集千斤顶6顶进过程的顶力，并对注浆减阻效果进行评定；本实施例可进行单管顶管减阻施工实验或者多管的错步顶管减阻施工实验或者多管的同步顶管减阻施工实验。
顶管结束后，还可进行充填注浆，进行顶管注浆抬升试验。
余同实施例1。
实施例3：
由图5、图7、图8、图9、图10可知，为注浆方便，本发明所述骨架33将内顶管31与外顶管32之间的空间分隔成至少2个轴向的独立空间，外顶管32上对应每个独立空间分别设有注浆孔、出浆孔。在千斤顶6上设有测力机构。
为注浆方便，本发明所述骨架33将内顶管31与外顶管32之间的空间分隔成至少2个轴向的独立空间，外顶管32上对应每个独立空间分别设有注浆孔、出浆孔；在步骤⑸中，根据顶管行程，确定注浆设备与外顶管32上的注浆孔连接数量与顺序，顶管时，通过注浆设备注浆，浆液从出浆孔流向外顶管管壁外侧，以减少顶管时的阻力；重复步骤⑷～⑺，进行单管或多管的同步或多管的错步顶管施工实验。
本实施例将内顶管31与外顶管32之间的空间分隔成4个轴向的独立空间，外顶管32上对应每个独立空间分别设有注浆孔3E、出浆孔3A，注浆孔3F、出浆孔3B，注浆孔3G、出浆孔3C，注浆孔3H、出浆孔3D。
实验时，在步骤⑸中，先将注浆管与注浆孔3E连接，注浆孔3E与外顶管32最顶端的出浆孔3A对应，再对千斤顶6加压推动顶管3前移；根据顶管3的顶入行程，再将注浆管分别与注浆孔3F、注浆孔3G、注浆孔3H连接，分别对应由出浆孔3B、出浆孔3C、出浆孔3D出浆。
本实施例采集土压力值和地层位移数值，进行地层力学响应分析；通过千斤顶6上设有的测力机构采集千斤顶6顶进过程的顶力，并对注浆减阻效果进行评定；可进行单管顶管减阻施工实验或者多管的错步顶管减阻施工实验或者多管的同步顶管减阻施工实验。
顶管结束后，还可进行充填注浆，将注浆管与注浆孔3E、注浆孔3F、注浆孔3G和注浆孔3H连接，进行顶管注浆抬升试验。
余同实施例1。
实施例4:
由图11可知，为模拟顶管过程中对桩基及建筑物的影响，本发明箱体2顶部设有桩基模型加载机构，所述桩基模型加载机构包括加压杠杆20，加压杠杆20上设有加压杆19，加压杠杆20一端铰接在箱体2上，另一端安装有砝码21。
为模拟顶管过程中对桩基及建筑物的影响，本发明箱体2顶部设有桩基模型加载机构，所述桩基模型加载机构包括加压杠杆20，加压杠杆20上设有加压杆19，加压杠杆20一端铰接在箱体2上，另一端安装有砝码21；重复步骤⑷～⑺，进行单管或多管的同步或多管的错步顶管施工实验。
本实施例在步骤⑵中，根据实验要求，往箱体2内分层填筑透明土1，并压实，填土至设计高度后，将桩基模型24安装在对应的加压杆19正下方。
实验时，将桩基模型加载装置安装好，并将计算砝码21加至计算重量。
重复步骤⑷～⑺，采集土压力值和地层位移数值，进行地层力学响应分析；采集千斤顶顶进过程的顶力，并对注浆减阻效果进行评定，本实施例可进行单管或者多管的错步或者多管的同步侧穿桩基的顶管（减阻）施工实验。
余同实施例1、2、3。
实施例5:
由图12可知，为模拟顶管过程中对地表建筑物的影响，本实施例将桩基模型改为建筑物模型25，在填筑透明土1时，当透明土1填至一定高度，将建筑物模型25安装在对应的加压杆19正下方。
实验时，将桩基模型加载装置安装好，并将计算砝码21加至计算重量。
重复步骤⑷～⑺，采集土压力值和地层位移数值，进行地层力学响应分析；采集千斤顶顶进过程的顶力，并对注浆减阻效果进行评定，本实施例可进行单管或者多管的错步或者多管的同步下穿地面建筑物的顶管（减阻）施工实验。
余同实施例1、2、3、4。
实施例6:
由图13可知，本实施例在填筑透明土1时，当透明土1填至顶管3上方一定高度，将隧道模型26水平安装在顶管3上方，隧道模型26的长度方向与顶管3的轴向方向垂直。
重复步骤⑷～⑺，采集土压力值和地层位移数值，进行地层力学响应分析；采集千斤顶6顶进过程的顶力，并对注浆减阻效果进行评定，本实施例可进行单管或者多管的错步或者多管的同步下穿隧道模型的顶管（减阻）施工实验。
余同实施例1、2、3。
实施例7:
由图14可知，本实施例在活动挡土板11上布置有9个顶孔12，各顶孔12成弧形布置。
余同实施例1至实施例6。
Claims (10)
1.一种顶管实验箱，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。
2.根据权利要求1所述的顶管实验箱，其特征是所述顶管机构包括顶管，所述反力架上设有反力板，千斤顶的支撑部安装在反力板上，千斤顶的活塞杆上安装有顶板，顶管的受力中心与顶板的中心对应。
3.根据权利要求2所述的顶管实验箱，其特征是所述顶管包括有同一中心轴线的内顶管、外顶管，内顶管与外顶管之间通过骨架连接固定，外顶管上设有注浆孔、出浆孔。
4.根据权利要求3所述的顶管实验箱，其特征是所述骨架将内顶管与外顶管之间的空间分隔成至少2个轴向的独立空间，外顶管上对应每个独立空间分别设有注浆孔、出浆孔。
5.根据权利要求1所述的顶管实验箱，其特征是箱体顶部设有桩基模型加载机构，所述桩基模型加载机构包括加压杠杆，加压杠杆上设有加压杆，加压杠杆一端铰接在箱体上，另一端安装有砝码。
6.根据权利要求1所述的顶管实验箱，其特征是所述测量机构包括在透明土上部表面设有沉降钉，所述沉降钉成网格布置；在箱体的四周外壁布设有坐标网，透明土内水平布置有固定绳，固定绳上设有观测珠，使观测珠在箱体内成立体网格布置；透明土中分别安装有测斜管和土压力盒；箱体侧面安装有激光笔。
7.一种顶管实验箱实验方法，其特征是它包括以下步骤：⑴制备由透明板材与骨架围成的箱体，箱体的顶面敞开，在箱体的底部安装与骨架连接的滑道，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；所述顶管机构包括顶管，所述反力架上设有反力板，千斤顶的支撑部安装在反力板上，千斤顶的活塞杆上安装有顶板，顶管的受力中心与顶板的中心对应；⑵根据实验要求，往箱体内分层填筑透明土，并压实，填土过程中，相应安装好固定绳、测斜管、土压力盒，固定绳上设有观测珠，使观测珠在箱体内成立体网格布置；测斜管竖向安装，土压力盒包括竖向安装的竖向土压力盒和水平方向安装的水平土压力盒；同时在箱体侧面安装激光笔，激光笔轴线垂直于箱体的侧面；通过激光笔在箱体侧面标记各层观测珠的初始位置；⑶最后在透明土的表面安装好沉降钉，沉降钉成网格布置，再将千分表通过支架安装在箱体上，千分表顶住沉降钉顶面，记录沉降钉初始位移；记录各测斜管的水平位移初始值，以及各竖向土压力盒、水平土压力盒的初始读数；⑷将滑动杆安装在滑道上的合适位置，并用销钉通过固定孔固定；再根据实验要求，打开箱体活动挡土板上的孔盖，在反力架上安装好顶管、千斤顶；⑸千斤顶加压推动顶管前移，每次顶入5～10㎝，掏出顶管内的透明土；记录各测斜管水平位移值、各竖向土压力盒、水平土压力盒的土压力，以及各沉降钉的位移，用激光笔标记各观测珠位置，测出观测珠的竖向位移和水平位移；⑹当顶入量超过千斤顶行程时，千斤顶的活塞杆回缩，移动滑动杆至下一个固定孔固定；⑺重复步骤⑸、⑹，直至顶管全部顶入透明土内，进行单管或多管的同步或多管的错步顶管施工实验。
8.根据权利要求7所述的顶管实验箱实验方法，其特征是箱体顶部设有桩基模型加载机构，所述桩基模型加载机构包括加压杠杆，加压杠杆上设有加压杆，加压杠杆一端铰接在箱体上，另一端安装有砝码；重复步骤⑷～⑺，进行单管或多管的同步或多管的错步顶管施工实验。
9.根据权利要求7或8所述的顶管实验箱实验方法，其特征是所述顶管包括有同一中心轴线的内顶管、外顶管，内顶管与外顶管之间通过骨架连接固定，外顶管上设有注浆孔、出浆孔；在步骤⑸中，先将注浆设备与外顶管上的注浆孔连接，根据顶管行程，确定出浆孔的开闭，顶管时，通过注浆设备注浆，浆液从出浆孔流向外顶管管壁外侧，以减少顶管时的阻力；重复步骤⑷～⑺，进行单管或多管的同步或多管的错步顶管施工实验。
10.根据权利要求9所述的顶管实验箱实验方法，其特征是所述骨架将内顶管与外顶管之间的空间分隔成至少2个轴向的独立空间，外顶管上对应每个独立空间分别设有注浆孔、出浆孔；在步骤⑸中，根据顶管行程，确定注浆设备与外顶管上的注浆孔连接数量与顺序，顶管时，通过注浆设备注浆，浆液从出浆孔流向外顶管管壁外侧，以减少顶管时的阻力；重复步骤⑷～⑺，进行单管或多管的同步或多管的错步顶管施工实验。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910222346.9A CN109975117B (zh) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | 顶管实验箱及实验方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910222346.9A CN109975117B (zh) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | 顶管实验箱及实验方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109975117A true CN109975117A (zh) | 2019-07-05 |
| CN109975117B CN109975117B (zh) | 2024-01-16 |
Family
ID=67080060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910222346.9A Active CN109975117B (zh) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | 顶管实验箱及实验方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109975117B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111208015A (zh) * | 2020-01-15 | 2020-05-29 | 山东大学 | 复杂条件下大埋深隧洞围岩稳定与支护模型试验系统 |
| CN114002076A (zh) * | 2021-11-02 | 2022-02-01 | 中交四航局第七工程有限公司 | 一种拉顶管施工的室内试验模拟装置及方法 |
| CN114136970A (zh) * | 2021-12-02 | 2022-03-04 | 内蒙古科技大学 | 一种研究矩形顶管隧道掘进引起背土效应的实验方法 |
| CN114387866A (zh) * | 2022-01-21 | 2022-04-22 | 武汉科技大学 | 一种多变式矩形顶管实验系统 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5632575A (en) * | 1994-08-30 | 1997-05-27 | Lorenzen; Frank J. | Method and apparatus for controlled pumping of bentonite around a pipe jacked tunnel |
| CN102636430A (zh) * | 2012-05-04 | 2012-08-15 | 上海交通大学 | 顶管注浆减阻的室内模拟实验系统 |
| CN103995097A (zh) * | 2014-06-06 | 2014-08-20 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种模拟顶管施工引发地层变形的试验方法及装置 |
| CN203881760U (zh) * | 2014-06-06 | 2014-10-15 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 模拟顶管施工引发地层损失的试验装置 |
| CN106950070A (zh) * | 2017-03-06 | 2017-07-14 | 河海大学 | 用于矩形顶管顶进施工全过程模拟的试验装置 |
| CN209841546U (zh) * | 2019-03-22 | 2019-12-24 | 湖南城市学院 | 顶管实验箱 |
-
2019
- 2019-03-22 CN CN201910222346.9A patent/CN109975117B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5632575A (en) * | 1994-08-30 | 1997-05-27 | Lorenzen; Frank J. | Method and apparatus for controlled pumping of bentonite around a pipe jacked tunnel |
| CN102636430A (zh) * | 2012-05-04 | 2012-08-15 | 上海交通大学 | 顶管注浆减阻的室内模拟实验系统 |
| CN103995097A (zh) * | 2014-06-06 | 2014-08-20 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种模拟顶管施工引发地层变形的试验方法及装置 |
| CN203881760U (zh) * | 2014-06-06 | 2014-10-15 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 模拟顶管施工引发地层损失的试验装置 |
| CN106950070A (zh) * | 2017-03-06 | 2017-07-14 | 河海大学 | 用于矩形顶管顶进施工全过程模拟的试验装置 |
| CN209841546U (zh) * | 2019-03-22 | 2019-12-24 | 湖南城市学院 | 顶管实验箱 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 黎永索;李珊珊;: "大直径钢管顶管施工技术研究", 湖南城市学院学报(自然科学版), no. 01, pages 1 - 6 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111208015A (zh) * | 2020-01-15 | 2020-05-29 | 山东大学 | 复杂条件下大埋深隧洞围岩稳定与支护模型试验系统 |
| CN111208015B (zh) * | 2020-01-15 | 2021-05-28 | 山东大学 | 复杂条件下大埋深隧洞围岩稳定与支护模型试验系统 |
| CN114002076A (zh) * | 2021-11-02 | 2022-02-01 | 中交四航局第七工程有限公司 | 一种拉顶管施工的室内试验模拟装置及方法 |
| CN114136970A (zh) * | 2021-12-02 | 2022-03-04 | 内蒙古科技大学 | 一种研究矩形顶管隧道掘进引起背土效应的实验方法 |
| CN114136970B (zh) * | 2021-12-02 | 2024-01-26 | 内蒙古科技大学 | 一种研究矩形顶管隧道掘进引起背土效应的实验方法 |
| CN114387866A (zh) * | 2022-01-21 | 2022-04-22 | 武汉科技大学 | 一种多变式矩形顶管实验系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109975117B (zh) | 2024-01-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zeng et al. | Responses of retaining wall and surrounding ground to pre-excavation dewatering in an alternated multi-aquifer-aquitard system | |
| CN109975117A (zh) | 顶管实验箱及实验方法 | |
| CN105137048B (zh) | 一种地层注浆模拟系统 | |
| Talmon et al. | Calculation of longitudinal bending moment and shear force for Shanghai Yangtze River Tunnel: Application of lessons from Dutch research | |
| CN104713987B (zh) | 一种模拟隧道开挖过程的模型试验装置 | |
| CN106950070B (zh) | 用于矩形顶管顶进施工全过程模拟的试验装置 | |
| CN108061687A (zh) | 一种研究有潜在破坏面的岩土工程模拟试验平台 | |
| CN106596268B (zh) | 一种多浸水工况模拟试验模型箱及试验方法 | |
| CN106226112A (zh) | 一种多功能缩尺隧道结构静动力响应特性室内试验系统及方法 | |
| CN101308126A (zh) | 一种水下开采顶板渗流突水试验方法及装置 | |
| CN205263089U (zh) | 一种地层注浆模拟系统 | |
| CN107761708A (zh) | 大厚度湿陷性黄土地区地铁车站地基加固的处理方法 | |
| CN105926686A (zh) | 研究复合地基与支护结构共同性状的离心模型试验系统及试验方法 | |
| CN107024574A (zh) | 一种土拱效应模拟试验装置及试验方法 | |
| CN109709308A (zh) | 一种采水型地裂缝物理模型试验装置及试验方法 | |
| CN106872334A (zh) | 一种突水突泥开挖模拟装置及模拟突水突泥灾害的方法 | |
| CN211602719U (zh) | 一种多功能顶底板突水的采场矿压三维物理模拟试验平台 | |
| CN108709977A (zh) | 一种地面堆载影响既有地铁隧道的室内模型试验装置及试验方法 | |
| Zhou et al. | Effect of relative density on settlements above tunnels in sands | |
| CN103061774A (zh) | 一种盾构隧道施工环境模拟装置 | |
| Wang et al. | Laboratory model tests on water inrush in foundation pit bottom | |
| CN203132854U (zh) | 一种模拟地铁盾构隧道施工引发地层变形的试验装置 | |
| CN206095660U (zh) | 一种多功能缩尺隧道结构静动力响应特性室内试验系统 | |
| CN110245426B (zh) | 一种用于管廊结构顶管施工的有限元精细化模拟方法 | |
| JPH02178416A (ja) | 基礎杭の性能・品質の判断、設計方法及び地盤の性能計測装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |