CN114279612B - 一种顶进管摩阻力的测试系统及试验方法 - Google Patents
一种顶进管摩阻力的测试系统及试验方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114279612B CN114279612B CN202210217813.0A CN202210217813A CN114279612B CN 114279612 B CN114279612 B CN 114279612B CN 202210217813 A CN202210217813 A CN 202210217813A CN 114279612 B CN114279612 B CN 114279612B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- jacking pipe
- pipe
- jacking
- test
- model container
- 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.)
- Active
Links
Images
Abstract
本发明提供一种顶进管摩阻力的测试系统及试验方法，涉及土木工程技术领域。包括：模型容器、顶进管、引导管、注浆单元、驱动组件、挤压单元、同步移动单元和检测单元。本发明中设置的模型容器可用于装载试验土体，设置的挤压单元以模拟出不同的土层压力环境；其中所述顶进管用于模拟工程中实用的顶管，引导管用于模拟顶管前端刀盘，试验泥浆从所述顶进管渗出起到与试验土体交界面的减阻效果，检测单元可以检测模型容器内的试验土体的压力值和驱动组件驱动所述顶进管的推力值，这样整个装置就可以模拟出在不同的土体压力环境下和不同压力的注射试验泥浆条件下找出减阻效果最佳的膨润土泥浆的配比和注浆的压力，以用于实际施工现场的顶管顶进。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，特别是涉及一种顶进管摩阻力的测试系统及试验方法。
背景技术
顶管施工技术是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术，是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土体的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中的一种施工技术。在土层较硬、埋深较大的地层中，管片的推进会遇到较大的阻力，将导致管节难以顶进、顶管机趴窝等问题。工程中为了克服上述难题，通常会设置中继站来实现盾构机的开挖掘进，但中继站过多，管段需分批顶进，会严重影响顶管施工的周期。顶管顶进过程中，在顶管与土体间注射膨润土泥浆可有效减小推进时的摩擦力，但在目前工程实践中对于最佳膨润土泥浆配比及相应管片顶进摩阻力大小还缺乏有效的计算及分析方法，主要还多依托于相关工程经验，易造成较大误差。因此，因地制宜地确定不同土层相对应的最佳的膨润土泥浆配比及其摩阻力大小，可有效减小盾构顶管推进时的阻力，减少中继站的设置，降低顶管的施工周期及造价。传统测量土体压力值一般采用堆填试验土样通过加量的方式实现不同场景下的测量，而这样的方式操作较为麻烦，且单纯靠土样单方向的重力实现的压力值测量数据不能全面地反应真实的土地内部的压力数据，存在一定的局限性。中国专利文献CN214010718U公开了一种顶管触变泥浆减阻效果测算装置，其将泥浆涂抹于土层上方，而后放置混凝土滑块于其上方，采用弹簧拉力计匀速拉动滑块来测定泥浆的减阻效果。但这种装置只能测试滑块底部的摩擦力，忽略了现场顶管推进时顶管上部土层中砂土的坍塌掉落情况，也无法考虑不同注浆压力带来的减阻效果。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种顶进管摩阻力的测试系统及试验方法，用于解决背景技术中的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种顶进管摩阻力的测试系统，包括：
模型容器，所述模型容器为圆筒形，所述模型容器的内部可装载试验土体，所述模型容器在长度方向的两端上开设有通孔；
顶进管和引导管，所述顶进管和所述引导管可分别通过所述模型容器两端的所述通孔进入到所述模型容器内，所述引导管的管径大于所述顶进管，所述顶进管和所述引导管之间间隔设置；
注浆单元，所述注浆单元可将试验泥浆注入到所述顶进管的内部，试验泥浆可从顶进管的内部向外部渗出；
驱动组件；
挤压单元，所述挤压单元和所述驱动组件连接，所述挤压单元包括多个调节组件，各个所述调节组件分布在所述模型容器截面的周向方向上，所述调节组件包括调节杆及推压块，所述推压块设置在所述模型容器内部，所述调节杆沿径向活动穿过所述模型容器的侧壁并与所述推压块连接，各个所述调节组件之间设有传动组，所述驱动组件可通过传动组带动所有所述调节组件中的所述调节杆沿轴向方向实现同步来回运动；
同步移动单元，所述同步移动单元和所述驱动组件连接，所述同步移动单元分别和所述顶进管和所述引导管连接，所述驱动组件可通过所述同步移动单元驱动所述顶进管和所述引导管沿所述模型容器的轴向方向上同步直线运动；
检测单元，所述检测单元可用于检测所述模型容器内试验土体的压力值和所述驱动组件驱动所述顶进管的推力值。
可选的，所述通孔处设有密封环，所述密封环可用于防止试验泥浆和试验土体从所述模型容器内泄露。
可选的，所述同步移动单元包括转动组、滑轨、第一同步组件和第二同步组件，
所述转动组包括第一连接段和第二连接段，所述第一连接段包括蜗杆，所述第二连接段包括第一螺杆和第二螺杆，所述第一螺杆和所述第二螺杆分别同轴固定在所述蜗杆的两端；
所述第一同步组件包括第一滑块和第一连接件，所述第一滑块滑动安装在所述滑轨上，所述第一连接件安装在所述第一滑块上，所述第一滑块设有第一螺纹孔，所述第一螺纹孔和所述第一螺杆配合；
所述第二同步组件包括第二滑块和第二连接件，所述第二滑块滑动安装在所述滑轨上，所述第二连接件安装在所述第二滑块上，所述第二滑块设有第二螺纹孔，所述第二螺纹孔和所述第二螺杆配合。
可选的，所述顶进管的管内内壁上设有多个喷浆孔；
所述喷浆孔沿所述顶进管的长度方向上呈均匀分布。
可选的，所述注浆单元包括储浆箱、空气压缩机、多根注浆管、调压阀和压力表，
所述储浆箱内可存放试验泥浆，所述空气压缩机可对所述储浆箱内部的试验泥浆加压，所述注浆管的一端和所述储浆箱连通，所述注浆管的另一端穿入到所述顶进管的内部后和各个所述喷浆孔连通，各个所述注浆管均设有开关阀；
所述调压阀可用于调节所述储浆箱内部的压力值，所述压力表可显示所述储浆箱内部的压力值。
可选的，所述检测单元包括土压力盒和压力传感器，
所述土压力盒设置在所述模型容器的内壁上，所述土压力盒用于检测试验土样在所述模型容器内部的压力值；
所述压力传感器设置在所述第一连接件和所述顶进管之间，所述压力传感器可用于测量所述第一连接件推动所述顶进管的推力值。
可选的，所述驱动组件包括电机和电机轴；
所述调节组件还包括调节锥齿轮，所述电机轴上设有驱动锥齿轮，所述驱动锥齿轮和其中一个所述调节组件中的所述调节锥齿轮配合；
所述调节杆包括配合段和止转段，所述配合段上设有外螺纹，所述调节锥齿轮上设有调节螺纹孔，所述配合段和所述调节螺纹孔配合；所述调节杆穿过所述模型容器的位置处设有止转块，所述止转块和所述止转段配合可用于防止所述调节杆旋转，所述止转段为花键轴，所述止转块上设有花键槽。
可选的，所述传动组包括传动杆和两个传动锥齿轮，两个所述传动锥齿轮分别设置在所述传动杆的两端，两个所述传动锥齿轮分别和相邻两个所述调节组件中的所述调节锥齿轮配合。
可选的，还包括减速器，所述减速器包括输入轴和第一输出轴，所述输入轴和所述电机轴连接，所述第一输出轴上设有驱动锥齿轮；
所述减速器还包括第二输出轴，所述第二输出轴上设有第二输出蜗轮，所述第二输出蜗轮与所述蜗杆配合，所述第二输出蜗轮转动可带动所述转动组旋转。
一种利用任一所述的测试系统的试验方法，包括以下步骤：
（1）顶进管和引导管分别通过模型容器两端通孔处穿入，启动驱动组件推动顶进管移动，通过检测单元测量模型容器中未加入试验土体时的顶推力f1；
（2）向模型容器内装载试验土体，对模型容器内的试验土体施加压力，通过检测单元测量其土压值，在装填的过程中引导管始终固定在模型容器的内部，启动驱动组件带动顶进管匀速向模型容器内部推进，同时引导管保持同步匀速向前拉动，记录此过程中检测单元测得的顶推力f2；
（3）配置试验泥浆注入到储浆箱中，启动驱动组件使得顶进管在模型容器内移动，在移动的过程中通过注浆单元往顶进管中进行注浆并同时记录测得的顶推力f3；
（4）计算试验土体与顶进管之间的相互摩擦力f土：
；
计算试验泥浆与顶进管相互的摩擦力f泥：
；
计算泥浆对顶进管的减阻效果η：
（5）在不同的注浆压力、不同膨润土配比、不同土压条件下多次重复上述步骤，以此寻找出试验土体条件下减阻效果最佳的试验泥浆的膨润土配比及注浆压力。
如上所述，本发明的一种顶进管摩阻力的测试系统及试验方法，至少具有以下有益效果：
（1）本发明中设置的模型容器可用于装载试验土体，以模拟出真实的土层结构，设置的挤压单元以模拟出不同的土层压力环境；其中所述顶进管用于模拟工程中实用的顶管，所述引导管用于模拟顶管前端刀盘，注浆单元中设置的有多根注浆管与所述顶进管连通，在顶进管在所述模型容器中推进的过程中向所述顶进管中注入试验泥浆，试验泥浆从所述顶进管渗出起到与试验土体交界面的减阻效果，并且所述注浆单元中可以控制试验泥浆的注浆压力，所述检测单元可以检测模型容器内的试验土体的压力值和驱动组件驱动所述顶进管的推力值，这样整个装置就可以模拟出在不同的土体压力环境下和不同压力的注射试验泥浆条件下找出减阻效果最佳的膨润土泥浆的配比和注浆的压力，以用于实际施工现场的顶管顶进；
（2）本方案中设置了多个调节组件环绕分布在所述模型容器截面的周向方向上，各个所述调节组件中的所述调节杆可通过驱动组件沿调节杆的轴向方向来回移动，进而带动推压块对模型容器内部的试验土体上施加不同的压力值，不需要通过在模型容器内增减土体量来实现模拟压力值的变化，调节方式更加方便；同时各个调节组件是分布在所述模型容器的周向方向上，所模拟出的土体压力值是由多方向上综合叠加形成的，相较于传统的单方向模拟出的土体压力值更加全面更加真实；并且本方案中各个所述调节组件通过传动组连接，这样本发明不需要每个调节组件都单独配置驱动组件，仅需要一个驱动组件即可实现驱动全部的调节组件，且能实现各个所述调节组件能够同步运行工作，结构更加简单且能使得压力的模拟更加均匀；
（3）本方案设置了同步移动单元，所述同步移动单元分别连接所述顶进管和所述引导管，通过一个驱动源即可实现顶进管和引导管的直线运动，同时保证了两者的同步运动，这样就避免了两者连接独立的驱动件导致运动的不一致性的问题，在一定程度上规避了两者的移动不协同同一对压力测试数据的影响，并且本发明仅通过设置即实现了通过一个驱动源对挤压单元和同步移动单元的驱动，不要单独额外地配置多个驱动件，装置的整体结构也更加简单。
附图说明
图1显示为本发明的一种顶进管摩阻力的测试系统的整体结构示意图；
图2显示为本发明中顶进管和引导管在模型容器内的安装示意图；
图3显示为本发明中注浆单元的结构示意图；
图4显示为本发明中挤压单元和驱动组件的安装及结构示意图；
图5显示为本发明中同步移动单元的结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图5。须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以下各个实施例仅是为了举例说明。各个实施例之间，可以进行组合，其不仅仅限于以下单个实施例展现的内容。
请参阅图1-图5，本发明提供一种顶进管摩阻力的测试系统，包括：模型容器01、顶进管1-1、引导管1-2、注浆单元、驱动组件、挤压单元2、同步移动单元和检测单元，所述模型容器01为圆筒形，所述模型容器01的内部可装载试验土体，所述模型容器01在长度方向的两端上开设有通孔；所述顶进管1-1和所述引导管1-2可分别通过所述模型容器01两端的所述通孔进入到所述模型容器01内，所述引导管1-2的管径大于所述顶进管1-1，所述顶进管1-1和所述引导管1-2之间间隔设置；所述注浆单元可将试验泥浆注入到所述顶进管1-1的内部，试验泥浆可从顶进管1-1的内部向外部渗出；所述挤压单元2和所述驱动组件连接，所述挤压单元2包括多个调节组件2-1，各个所述调节组件2-1分布在所述模型容器01截面的周向方向上，所述调节组件2-1包括调节杆2-11及推压块2-12，所述推压块2-12设置在所述模型容器01内部，所述调节杆2-11沿径向活动穿过所述模型容器01的侧壁并与所述推压块2-12连接，各个所述调节组件2-1之间设有传动组，所述驱动组件可通过传动组带动所有所述调节组件2-1中的所述调节杆2-11沿轴向方向实现同步来回运动；所述同步移动单元和所述驱动组件连接，所述同步移动单元分别和所述顶进管1-1和所述引导管1-2连接，所述驱动组件可通过所述同步移动单元驱动所述顶进管1-1和所述引导管1-2沿所述模型容器01的轴向方向上同步直线运动；所述检测单元可用于检测所述模型容器01内试验土体的压力值和所述驱动组件驱动所述顶进管1-1的推力值。本发明中设置的模型容器01可用于装载试验土体，以模拟出真实的土层结构，设置的挤压单元2以模拟出不同的土层压力环境；其中所述顶进管1-1用于模拟工程中实用的顶管，所述引导管1-2用于模拟顶管前端刀盘，注浆单元中设置的有多根注浆管与所述顶进管1-1连通，在顶进管1-1在所述模型容器01中推进的过程中向所述顶进管1-1中注入试验泥浆，试验泥浆从所述顶进管1-1渗出起到与试验土体交界面的减阻效果，并且所述注浆单元中可以控制试验泥浆的注浆压力，所述检测单元可以检测模型容器01内的试验土体的压力值和驱动组件驱动所述顶进管1-1的推力值，这样整个装置就可以模拟出在不同的土体压力环境下和不同压力的注射试验泥浆条件下找出减阻效果最佳的膨润土泥浆的配比和注浆的压力，以用于实际施工现场的顶管顶进。本方案中设置了多个调节组件2-1环绕分布在所述模型容器01截面的周向方向上，各个所述调节组件2-1中的所述调节杆2-11可通过驱动组件沿调节杆2-11的轴向方向来回移动，进而带动推压块2-12对模型容器01内部的试验土体上施加不同的压力值，不需要通过在模型容器01内增减土体量来实现模拟压力值的变化，调节方式更加方便；同时各个调节组件2-1是分布在所述模型容器01的周向方向上，所模拟出的土体压力值是由多方向上综合叠加形成的，相较于传统的单方向模拟出的土体压力值更加全面更加真实；并且本方案中各个所述调节组件2-1通过传动组连接，这样本发明不需要每个调节组件2-1都单独配置驱动组件，仅需要一个驱动组件即可实现驱动全部的调节组件2-1，且能实现各个所述调节组件2-1能够同步运行工作，结构更加简单且能使得压力的模拟更加均匀。本方案设置了同步移动单元，所述同步移动单元分别连接所述顶进管1-1和所述引导管1-2，通过一个驱动源即可实现顶进管1-1和引导管1-2的直线运动，同时保证了两者的同步运动，这样就避免了两者连接独立的驱动件导致运动的不一致性的问题，在一定程度上规避了两者的移动不协同同一对压力测试数据的影响，并且本发明仅通过设置即实现了通过一个驱动源对挤压单元2和同步移动单元的驱动，不要单独额外地配置多个驱动件，装置的整体结构也更加简单。
本实施例中，请参阅图1和图2，所述通孔处设有密封环02，所述密封环02可用于防止试验泥浆和试验土体从所述模型容器01内泄露。所述模型容器01的两侧的所述通孔上可安装外径相同内径不同的密封环02，以满足不同管径的所述顶进管1-1和所述引导管1-2的试验要求，可选的，所述密封环02可选用橡胶环。
本实施例中，请参阅图3，所述顶进管1-1的管内内壁上设有多个喷浆孔1-11；所述喷浆孔1-11沿所述顶进管1-1的长度方向上呈均匀分布。所述注浆单元包括储浆箱1-41、空气压缩机1-42、多根注浆管1-43、调压阀1-45和压力表1-46，所述储浆箱1-41内可存放试验泥浆，所述空气压缩机1-42可对所述储浆箱1-41内部的试验泥浆加压，所述注浆管1-43的一端和所述储浆箱1-41连通，所述注浆管1-43的另一端穿入到所述顶进管1-1的内部后和各个所述喷浆孔1-11连通，各个所述注浆管1-43均设有开关阀1-44；所述调压阀1-45可用于调节所述储浆箱1-41内部的压力值，所述压力表1-46可显示所述储浆箱1-41内部的压力值。所述储浆箱1-41内部进行密封，所述储浆箱1-41内部可配置不同配比的试验泥浆作为后续试验的试验数据变量，通过控制每个所述注浆管1-43上的所述开关阀1-44可实现所述顶进管1-1不同位置的试验泥浆的渗出，更加灵活，所述喷浆孔1-11沿所述顶进管1-1的长度方向上呈均匀分布，可以使得试验泥浆从所述顶进管1-1中向外渗透的更加均匀，减少了因各处渗透的试验泥浆不均匀导致其阻力不均匀最终影响试验数据的精确性，设置所述调压阀1-45可以控制从所述储浆箱1-41输入到所述顶进管1-1中试验泥浆的压力的大小，而试验泥浆的渗出量对所述顶进管1-1与试验土体之间的摩擦有一定的影响，因此所述调压阀1-45的设置可调整试验变量影响本装置测得的数据。
本实施例中，请参阅图1，所述检测单元包括土压力盒1-51和压力传感器1-52，所述土压力盒1-51设置在所述模型容器01的内壁上，所述土压力盒1-51用于检测试验土样在所述模型容器01内部的压力值；所述压力传感器1-52设置在所述第一连接件2-54和所述顶进管1-1之间，所述压力传感器1-52可用于测量所述第一连接件2-54推动所述顶进管1-1的推力值。本系统可在不同的注浆压力、不同配比的试验泥浆及不同的土压条件下多次进行测量得到相应的数据值，可以将这些测得的数据供后续的计算分析，并以此确定出在相应的土压条件下最合适的试验泥浆配比及注浆的压力值。
本实施例中，请参阅图4，所述驱动组件包括电机2-21和电机轴；所述调节组件2-1还包括调节锥齿轮2-14，所述电机轴上设有驱动锥齿轮2-22，所述驱动锥齿轮2-22和其中一个所述调节组件2-1中的所述调节锥齿轮2-14配合；所述调节杆2-11包括配合段和止转段，所述配合段上设有外螺纹，所述调节锥齿轮2-14上设有调节螺纹孔，所述配合段和所述调节螺纹孔配合；所述调节杆2-11穿过所述模型容器01的位置处设有止转块2-13，所述止转块2-13和所述止转段配合可用于防止所述调节杆2-11旋转。所述驱动锥齿轮2-22和其中一个所述调节组件2-1中的所述调节锥齿轮2-14啮合，而这个所述调节锥齿轮2-14就作为动力的输入端，同时为了满足因传动方向不同的调整，所述调节锥齿轮2-14和所述驱动锥齿轮2-22选择为锥齿轮可以实现传动方向的调整。所述配合段和所述调节螺纹孔进行螺纹配合，而所述调节锥齿轮2-14转动时，可将转动运动转化为直线运动，而设置的所述止转块2-13和所述止转段的配合，是为了防止所述调节锥齿轮2-14转动时带动了所述调节杆2-11旋转，因此，就可以实现所述调节锥齿轮2-14转动运动带动所述调节杆2-11直线运动，并且可以通过改变所述调节锥齿轮2-14的转动方向来改变所述调节杆2-11的直线运动的方向，进而实现所述推压块2-12对试验土体的推力值的调节。可选的，所述止转段可为花键轴，所述止转块2-13上可为设有花键槽，或者止转段也可选择其它类型的键轴，如平键等，所述止转块2-13可设置对应的键槽，能够实现止转效果即可。
本实施例中，请参阅图4，所述传动组包括传动杆2-31和两个传动锥齿轮2-32，两个所述传动锥齿轮2-32分别设置在所述传动杆2-31的两端，两个所述传动锥齿轮2-32分别和相邻两个所述调节组件2-1中的所述调节锥齿轮2-14配合。具体的，当驱动组件驱动其中一个所述调节锥齿轮2-14转动时，该调节锥齿轮2-14通过所述传动锥齿轮2-32和所述传动杆2-31又将动力传递给相邻的所述调节锥齿轮2-14转动，然后又依次通过所述传动锥齿轮2-32和所述传动杆2-31将动力传递给下一个相邻的所述调节锥齿轮2-14，最终实现一个电机2-21驱动所有的所述调节组件2-1进行同步工作。
本实施例中，请参阅图1、图4和图5，所述同步移动单元包括转动组、滑轨2-52、第一同步组件和第二同步组件，所述转动组包括第一连接段2-511和第二连接段2-512，所述第一连接段2-511包括蜗杆，所述第二连接段2-512包括第一螺杆和第二螺杆，所述第一螺杆和所述第二螺杆分别同轴固定在所述蜗杆的两端；所述第一同步组件包括第一滑块2-53和第一连接件2-54，所述第一滑块2-53滑动安装在所述滑轨2-52上，所述第一连接件2-54安装在所述第一滑块2-53上，所述第一滑块2-53设有第一螺纹孔，所述第一螺纹孔和所述第一螺杆配合；所述第二同步组件包括第二滑块2-55和第二连接件2-56，所述第二滑块2-55滑动安装在所述滑轨2-52上，所述第二连接件2-56安装在所述第二滑块2-55上，所述第二滑块2-55设有第二螺纹孔，所述第二螺纹孔和所述第二螺杆配合。
本实施例中，请参阅图4，还包括减速器2-4，所述减速器2-4包括输入轴和第一输出轴2-41，所述输入轴和所述电机轴连接，所述第一输出轴2-41上设有驱动锥齿轮2-22；所述减速器2-4还包括第二输出轴2-42，所述第二输出轴2-42上设有第二输出蜗轮2-43，所述第二输出蜗轮2-43与所述蜗杆配合，所述第二输出蜗轮2-43转动可带动所述转动组旋转。为了保证所述驱动组件以适合的转速输出，可以在所述电机2-21和所述调节组件2-1之间设置一个具有两个输出端的减速器2-4，具有两个输出端的减速器2-4为现有技术，此处不作过多赘诉，所述减速器2-4上还可增加换挡结构，可用于调节所述减速器2-4的输入输出的传动比，所述第二输出轴2-42用于驱动同步移动单元，所述第二输出蜗轮2-43与所述蜗杆配合，所述第二输出蜗轮2-43转动可带动所述转动组旋转。
一种利用任一所述的测试系统的试验方法，包括以下步骤：
（1）顶进管1-1和引导管1-2分别通过模型容器01两端通孔处穿入，启动驱动组件推动顶进管1-1移动，通过检测单元测量模型容器01中未加入试验土体时的顶推力f1；具体的，可以使用压力传感器1-52来测量未加入试验土体时的顶推力f1；
（2）向模型容器01内装载试验土体，对模型容器01内的试验土体施加压力，通过检测单元测量其土压值，可选的，可以用土压力盒1-51测量其土压值，在装填的过程中引导管1-2始终固定在模型容器01的内部，启动驱动组件带动顶进管1-1匀速向模型容器01内部推进，同时引导管1-2保持同步匀速向前拉动，记录此过程中检测单元测得的顶推力f2；可选的，可以选择用压力传感器1-52测得在该状态下的顶推力f2；
（3）配置试验泥浆注入到储浆箱1-41中，启动驱动组件使得顶进管1-1在模型容器01内移动，在移动的过程中通过注浆单元往顶进管1-1中进行注浆并同时记录测得的顶推力f3；可选的，可选用压力传感器1-52测得该状态下的顶推力f3；
（4）计算试验土体与顶进管1-1之间的相互摩擦力f土：
；
计算试验泥浆与顶进管1-1相互的摩擦力f泥：
计算泥浆对顶进管1-1的减阻效果η：
（5）在不同的注浆压力、不同膨润土配比、不同土压条件下多次重复上述步骤，以此寻找出试验土体条件下减阻效果最佳的试验泥浆的膨润土配比及注浆压力。
综上所述，本发明中设置的模型容器01可用于装载试验土体，以模拟出真实的土层结构，设置的挤压单元2以模拟出不同的土层压力环境；其中所述顶进管1-1用于模拟工程中实用的顶管，所述引导管1-2用于模拟顶管前端刀盘，注浆单元中设置的有多根注浆管1-43与所述顶进管1-1连通，在顶进管1-1在所述模型容器01中推进的过程中向所述顶进管1-1中注入试验泥浆，试验泥浆从所述顶进管1-1渗出起到与试验土体交界面的减阻效果，并且所述注浆单元中可以控制试验泥浆的注浆压力，所述检测单元可以检测模型容器01内的试验土体的压力值和驱动组件驱动所述顶进管1-1的推力值，这样整个装置就可以模拟出在不同的土体压力环境下和不同压力的注射试验泥浆条件下找出减阻效果最佳的膨润土泥浆的配比和注浆的压力，以用于实际施工现场的顶管顶进。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种顶进管摩阻力的测试系统，其特征在于，包括：
模型容器，所述模型容器为圆筒形，所述模型容器的内部装载试验土体，所述模型容器在长度方向的两端上开设有通孔；
顶进管和引导管，所述顶进管和所述引导管可分别通过所述模型容器两端的所述通孔进入到所述模型容器内，所述引导管的管径大于所述顶进管，所述顶进管和所述引导管之间间隔设置；
注浆单元，所述注浆单元可将试验泥浆注入到所述顶进管的内部，试验泥浆可从顶进管的内部向外部渗出；
驱动组件；
挤压单元，所述挤压单元和所述驱动组件连接，所述挤压单元包括多个调节组件，各个所述调节组件分布在所述模型容器截面的周向方向上，所述调节组件包括调节杆及推压块，所述推压块设置在所述模型容器内部，所述调节杆沿径向活动穿过所述模型容器的侧壁并与所述推压块连接，各个所述调节组件之间设有传动组，所述驱动组件可通过传动组带动所有所述调节组件中的所述调节杆沿轴向方向实现同步来回运动；
同步移动单元，所述同步移动单元和所述驱动组件连接，所述同步移动单元分别和所述顶进管和所述引导管连接，所述驱动组件可通过所述同步移动单元驱动所述顶进管和所述引导管沿所述模型容器的轴向方向上同步直线运动；
检测单元，所述检测单元可用于检测所述模型容器内试验土体的压力值和所述驱动组件驱动所述顶进管的推力值。
2.根据权利要求1所述的一种顶进管摩阻力的测试系统，其特征在于：
所述通孔处设有密封环，所述密封环可用于防止试验泥浆和试验土体从所述模型容器内泄露。
3.根据权利要求1所述的一种顶进管摩阻力的测试系统，其特征在于：
所述同步移动单元包括转动组、滑轨、第一同步组件和第二同步组件，
所述转动组包括第一连接段和第二连接段，所述第一连接段包括蜗杆，所述第二连接段包括第一螺杆和第二螺杆，所述第一螺杆和所述第二螺杆分别同轴固定在所述蜗杆的两端；
所述第一同步组件包括第一滑块和第一连接件，所述第一滑块滑动安装在所述滑轨上，所述第一连接件安装在所述第一滑块上，所述第一滑块设有第一螺纹孔，所述第一螺纹孔和所述第一螺杆配合；
所述第二同步组件包括第二滑块和第二连接件，所述第二滑块滑动安装在所述滑轨上，所述第二连接件安装在所述第二滑块上，所述第二滑块设有第二螺纹孔，所述第二螺纹孔和所述第二螺杆配合。
4.根据权利要求1所述的一种顶进管摩阻力的测试系统，其特征在于：
所述顶进管的管内内壁上设有多个喷浆孔；
所述喷浆孔沿所述顶进管的长度方向上呈均匀分布。
5.根据权利要求4所述的一种顶进管摩阻力的测试系统，其特征在于：
所述注浆单元包括储浆箱、空气压缩机、多根注浆管、调压阀和压力表，
所述储浆箱内可存放试验泥浆，所述空气压缩机可对所述储浆箱内部的试验泥浆加压，所述注浆管的一端和所述储浆箱连通，所述注浆管的另一端穿入到所述顶进管的内部后和各个所述喷浆孔连通，各个所述注浆管均设有开关阀；
所述调压阀可用于调节所述储浆箱内部的压力值，所述压力表可显示所述储浆箱内部的压力值。
6.根据权利要求3所述的一种顶进管摩阻力的测试系统，其特征在于：
所述检测单元包括土压力盒和压力传感器，
所述土压力盒设置在所述模型容器的内壁上，所述土压力盒用于检测试验土样在所述模型容器内部的压力值；
所述压力传感器设置在所述第一连接件和所述顶进管之间，所述压力传感器可用于测量所述第一连接件推动所述顶进管的推力值。
7.根据权利要求3所述的一种顶进管摩阻力的测试系统，其特征在于：
所述驱动组件包括电机和电机轴；
所述调节组件还包括调节锥齿轮，所述电机轴上设有驱动锥齿轮，所述驱动锥齿轮和其中一个所述调节组件中的所述调节锥齿轮配合；
所述调节杆包括配合段和止转段，所述配合段上设有外螺纹，所述调节锥齿轮上设有调节螺纹孔，所述配合段和所述调节螺纹孔配合；所述调节杆穿过所述模型容器的位置处设有止转块，所述止转块和所述止转段配合可用于防止所述调节杆旋转，所述止转段为花键轴，所述止转块上设有花键槽。
8.根据权利要求7所述的一种顶进管摩阻力的测试系统，其特征在于：
所述传动组包括传动杆和两个传动锥齿轮，两个所述传动锥齿轮分别设置在所述传动杆的两端，两个所述传动锥齿轮分别和相邻两个所述调节组件中的所述调节锥齿轮配合。
9.根据权利要求7所述的一种顶进管摩阻力的测试系统，其特征在于：
还包括减速器，所述减速器包括输入轴和第一输出轴，所述输入轴和所述电机轴连接，所述第一输出轴上设有驱动锥齿轮；
所述减速器还包括第二输出轴，所述第二输出轴上设有第二输出蜗轮，所述第二输出蜗轮与所述蜗杆配合，所述第二输出蜗轮转动可带动所述转动组旋转。
10.一种利用权利要求1-9任一所述的测试系统的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）顶进管和引导管分别通过模型容器两端通孔处穿入，启动驱动组件推动顶进管移动，通过检测单元测量模型容器中未加入试验土体时的顶推力f1；
（2）向模型容器内装载试验土体，对模型容器内的试验土体施加压力，通过检测单元测量土压值，在装填的过程中引导管始终固定在模型容器的内部，启动驱动组件带动顶进管匀速向模型容器内部推进，同时引导管保持同步匀速向前拉动，记录此过程中检测单元测得的顶推力f2；
（3）配置试验泥浆注入到储浆箱中，启动驱动组件使得顶进管在模型容器内移动，在移动的过程中通过注浆单元往顶进管中进行注浆并同时记录测得的顶推力f3；
（4）计算试验土体与顶进管之间的相互摩擦力f土：
计算试验泥浆与顶进管相互的摩擦力f泥：
计算泥浆对顶进管的减阻效果η：
（5）在不同的注浆压力、不同膨润土配比、不同土压条件下多次重复上述步骤，以此寻找出试验土体条件下减阻效果最佳的试验泥浆的膨润土配比及注浆压力。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210217813.0A CN114279612B (zh) | 2022-03-08 | 2022-03-08 | 一种顶进管摩阻力的测试系统及试验方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210217813.0A CN114279612B (zh) | 2022-03-08 | 2022-03-08 | 一种顶进管摩阻力的测试系统及试验方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114279612A CN114279612A (zh) | 2022-04-05 |
| CN114279612B true CN114279612B (zh) | 2022-05-10 |
Family
ID=80882285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210217813.0A Active CN114279612B (zh) | 2022-03-08 | 2022-03-08 | 一种顶进管摩阻力的测试系统及试验方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114279612B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116718522B (zh) * | 2023-08-09 | 2023-10-20 | 长江三峡集团实业发展(北京)有限公司 | 一种测量顶管管周受力的试验装置及使用方法 |
Citations (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6073911A (ja) * | 1983-09-29 | 1985-04-26 | Meisho Kk | グランドアンカ−における緊張試験法と緊張試験装置 |
| US4640118A (en) * | 1984-08-23 | 1987-02-03 | Toa Harbor Works, Co., Ltd. | Method of and apparatus for measuring pile skin friction |
| JP2002365170A (ja) * | 2001-06-11 | 2002-12-18 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | トンネル掘削機模型試験方法及び装置 |
| CN102607754A (zh) * | 2012-03-16 | 2012-07-25 | 东南大学 | 一种桩土负摩阻力的测量装置 |
| 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 |
| CN107782880A (zh) * | 2017-10-22 | 2018-03-09 | 山东科技大学 | 一种多功能室内土体注浆模拟试验装置及其试验方法 |
| CN108731956A (zh) * | 2017-04-25 | 2018-11-02 | 同济大学 | 一种土压平衡盾构渣土改良模拟试验装置以及试验方法 |
| CN110006569A (zh) * | 2019-04-18 | 2019-07-12 | 中铁隧道局集团有限公司 | 一种顶管机用摩擦力测试装置 |
| CN110146209A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-08-20 | 福建工程学院 | 一种矩形顶管顶进时的摩阻力测试装置及方法 |
| CN110608042A (zh) * | 2019-10-30 | 2019-12-24 | 华东交通大学 | 一种盾构隧道施工的同步注浆装置 |
| CN111271069A (zh) * | 2020-03-13 | 2020-06-12 | 中交二公局第三工程有限公司 | 一种隧道工程可预警盾构机 |
| CN211904664U (zh) * | 2020-05-21 | 2020-11-10 | 成都理工大学 | 多功能顶管及注浆润滑减阻过程模拟实验装置 |
| CN112285332A (zh) * | 2020-10-20 | 2021-01-29 | 上海公路桥梁（集团）有限公司 | 大断面矩形顶管减摩注浆的模拟试验方法 |
| CN113216985A (zh) * | 2021-06-03 | 2021-08-06 | 中建安装集团南京建设有限公司 | 一种长距离曲线顶管实时智能监测系统 |
| CN214010718U (zh) * | 2021-02-04 | 2021-08-20 | 济南轨道交通集团有限公司 | 一种顶管触变泥浆减阻效果测算装置 |
| CN113418691A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-09-21 | 浙大城市学院 | 一种可排土的竖向顶管室内模型试验装置及试验方法 |
| CN113607633A (zh) * | 2021-07-24 | 2021-11-05 | 西安理工大学 | 轴对称应力条件下顶管泥浆套减阻性能测定装置及方法 |
| CN113624642A (zh) * | 2021-09-07 | 2021-11-09 | 中石化石油工程技术服务有限公司 | 一种压裂液摩阻在线检测装置及测试方法 |
| CN113720510A (zh) * | 2021-08-24 | 2021-11-30 | 中国地质大学（武汉） | 一种基于薄膜压力传感器的顶管管周摩阻力智能测量方法 |
| 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 |
-
2022
- 2022-03-08 CN CN202210217813.0A patent/CN114279612B/zh active Active
Patent Citations (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6073911A (ja) * | 1983-09-29 | 1985-04-26 | Meisho Kk | グランドアンカ−における緊張試験法と緊張試験装置 |
| US4640118A (en) * | 1984-08-23 | 1987-02-03 | Toa Harbor Works, Co., Ltd. | Method of and apparatus for measuring pile skin friction |
| JP2002365170A (ja) * | 2001-06-11 | 2002-12-18 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | トンネル掘削機模型試験方法及び装置 |
| CN102607754A (zh) * | 2012-03-16 | 2012-07-25 | 东南大学 | 一种桩土负摩阻力的测量装置 |
| 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 |
| CN108731956A (zh) * | 2017-04-25 | 2018-11-02 | 同济大学 | 一种土压平衡盾构渣土改良模拟试验装置以及试验方法 |
| CN107782880A (zh) * | 2017-10-22 | 2018-03-09 | 山东科技大学 | 一种多功能室内土体注浆模拟试验装置及其试验方法 |
| CN110006569A (zh) * | 2019-04-18 | 2019-07-12 | 中铁隧道局集团有限公司 | 一种顶管机用摩擦力测试装置 |
| CN110146209A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-08-20 | 福建工程学院 | 一种矩形顶管顶进时的摩阻力测试装置及方法 |
| CN110608042A (zh) * | 2019-10-30 | 2019-12-24 | 华东交通大学 | 一种盾构隧道施工的同步注浆装置 |
| CN111271069A (zh) * | 2020-03-13 | 2020-06-12 | 中交二公局第三工程有限公司 | 一种隧道工程可预警盾构机 |
| CN211904664U (zh) * | 2020-05-21 | 2020-11-10 | 成都理工大学 | 多功能顶管及注浆润滑减阻过程模拟实验装置 |
| CN112285332A (zh) * | 2020-10-20 | 2021-01-29 | 上海公路桥梁（集团）有限公司 | 大断面矩形顶管减摩注浆的模拟试验方法 |
| CN214010718U (zh) * | 2021-02-04 | 2021-08-20 | 济南轨道交通集团有限公司 | 一种顶管触变泥浆减阻效果测算装置 |
| CN113216985A (zh) * | 2021-06-03 | 2021-08-06 | 中建安装集团南京建设有限公司 | 一种长距离曲线顶管实时智能监测系统 |
| CN113418691A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-09-21 | 浙大城市学院 | 一种可排土的竖向顶管室内模型试验装置及试验方法 |
| CN113607633A (zh) * | 2021-07-24 | 2021-11-05 | 西安理工大学 | 轴对称应力条件下顶管泥浆套减阻性能测定装置及方法 |
| CN113720510A (zh) * | 2021-08-24 | 2021-11-30 | 中国地质大学（武汉） | 一种基于薄膜压力传感器的顶管管周摩阻力智能测量方法 |
| CN113624642A (zh) * | 2021-09-07 | 2021-11-09 | 中石化石油工程技术服务有限公司 | 一种压裂液摩阻在线检测装置及测试方法 |
| 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 |
Non-Patent Citations (8)
| Title |
|---|
| A method to estimate the jacking force for pipe jacking in sandy soils;Ji, Xinbo 等;《UNDERGROUND SPACE TECHNOLOGY》;20190831;第90卷;第119-130页 * |
| Vertical dynamic response of an end-bearing pile considering the nonlocal effect of saturated soil;Wang, Ning 等;《COMPUTERS AND GEOTECHNICS》;20200531;第121卷;全文 * |
| 基于透明土的取土管贯入扰动变形试验研究;吴跃东 等;《岩土工程学报》;20160831;第38卷(第8期);第1507-1512页 * |
| 复杂环境中大直径钢顶管的受力特性研究;陈楠;《中国优秀硕博士学文论文全文数据库（博士） 工程科技II辑》;20150515(第5(2015)期);第C038-40页 * |
| 无水砂层中矩形顶管施工用触变泥浆配比优化及减阻性能试验;张雪 等;《工程地质学报》;20211031;第29卷(第5期);第1611-1620页 * |
| 海底超长距离大口径混凝土顶管顶力及摩阻力测试分析;陈孝湘 等;《重庆交通大学学报（自然科学版）》;20200331;第39卷(第3期);第136-141页 * |
| 矩形顶管隧道施工中触变泥浆套形成规律及减阻效果试验;刘招伟 等;《河南理工大学学报(自然科学版)》;20160831;第35卷(第4期);第568-576页 * |
| 顶管施工模型试验系统研发与应用;邓文杰 等;《科学技术与工程》;20210308;第21卷(第7期);第2929-2936页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114279612A (zh) | 2022-04-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11048002B1 (en) | Visualization system for simulating excavation of fluid-structure interaction tunnel | |
| CN110954676B (zh) | 用于模拟盾构下穿既有隧道施工可视化试验装置 | |
| AU2017329096B2 (en) | Intelligent numerically-controlled ultrahigh pressure true three-dimensional non-uniform loading/unloading and steady pressure model test system | |
| US11359490B2 (en) | Multi-functional intelligent tunneling apparatus and method for simulating partial excavation of tunnel | |
| KR101322125B1 (ko) | 터널 보어링 머신의 굴착 모사 시험 장치 | |
| CN109738221B (zh) | 一种顶管施工的室内试验模拟系统 | |
| CN114279612B (zh) | 一种顶进管摩阻力的测试系统及试验方法 | |
| CN112098624A (zh) | 一种模拟地面出入式盾构隧道开挖的试验装置及方法 | |
| CN109826652B (zh) | 盾构同步注浆中浆液损失量的模拟试验装置及方法 | |
| CN103267835B (zh) | 可预制断层的大型流-固耦合模型试验台架及试验方法 | |
| WO2020118776A1 (zh) | 一种模拟深部洞室突涌水灾害的真三维物理模型试验系统 | |
| CN108645707B (zh) | 一种模拟稳定渗流和振动荷载下土压力试验装置及方法 | |
| CN113107505B (zh) | 一种多模式盾构掘进试验研究装置 | |
| CN111595682A (zh) | 大尺度复杂围岩条件锚注一体耦合作用试验系统及方法 | |
| CN209945737U (zh) | 一种大直径土压盾构隧道掘进界面模拟试验系统 | |
| CN112761653A (zh) | 一种泥水-土压双模可切换式盾构掘进模拟试验装置 | |
| CN116087054A (zh) | 基于cptu的冻融软黏土渗透系数分布测量方法 | |
| CN209311110U (zh) | 一种顶管施工的室内试验模拟系统 | |
| CN203275400U (zh) | 可预制断层的大型流-固耦合模型试验台架 | |
| CN109669024B (zh) | 一种基于激光定位的相似材料模型试验开挖与支护结构的安装方法 | |
| CN216900547U (zh) | 一种用于土体测量的周向同步挤压机构 | |
| CN216900163U (zh) | 一种用于测试顶管顶进摩阻力的装置 | |
| CN113008514B (zh) | 一种采空区突水和注浆治理综合试验装置及方法 | |
| CN114137181A (zh) | 一种含气土盾构模型实验系统及实验方法 | |
| CN218782155U (zh) | 一种组配式盾尾同步注浆浆液扩散可视试验装置 |
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 |