CN214667623U - 拉顶管施工的室内模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种拉顶管施工的室内模拟试验装置，包括箱体，其由透明材料制成，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水平加载机构，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，分别位于箱体的两侧，对模拟管道的两端加载。本实用新型具有结构合理、操作简便、经济环保、以及可视化等特点，能模拟现场多条件下的拉顶管施工过程。

Description

拉顶管施工的室内模拟试验装置

技术领域

本实用新型涉及顶管施工技术领域，特别涉及一种拉顶管施工的室内模拟试验装置。

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、地下基础、路面、以及已管线的安全，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。

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。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种能更方便地模拟现场多条件下拉顶管施工的装置。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种拉顶管施工的室内模拟试验装置，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。

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。

进一步地，所述第一反力架的底端设置有滑轮，所述第一反力架滑动设置在导轨上，所述导轨设置有对所述滑轮限位的限位槽，所述限位槽的间距为所述水平液压千斤顶的进程。

进一步地，所述第二水平加载机构包括第二反力架，所述第二反力架上设置有限位盒，所述限位盒内旋转设置有绕线轮，所述绕线轮设置有手柄，所述绕线轮上缠绕设置有牵引绳，所述牵引绳的末端与所述模拟管道的第二端连接。

进一步地，所述模拟管道的第二端设置有牵引盖板，所述牵引盖板为木质圆板，外侧的圆心处设置有铁质拉环，所述铁质拉环与所述牵引绳的末端固定，所述牵引盖板的内侧设置有与所述模拟管道内径对应的圆筒，所述圆筒插入所述模拟管道并通过螺栓固定。

进一步地，所述竖向加载机构包括刚性加载板，所述刚性加载板活动设置在所述箱体顶端，所述刚性加载板的上表面设置有传力盖板，所述传力盖板的上表面设置有竖向液压千斤顶，所述竖向液压千斤顶的伸缩端与所述传力盖板固定连接，固定端与第三反力架固定连接，所述第三反力架与所述箱体通过螺栓可拆卸连接。

进一步地，所述喷浆组件包括悬挂设置在所述圆形顶孔上方的喷浆头以及设置在所述圆形顶孔下方的泥浆池，所述喷浆头通过导浆管与所述泥浆池连通，所述导浆管上设置有注浆加压泵和注浆阀门。

进一步地，所述圆形顶孔的外侧设置有共心的环形孔盖，所述环形孔盖与所述圆形顶孔的外侧通过螺栓可拆卸连接，所述环形孔盖具有多种规格，采用透明材料制成。

本实用新型的上述方案有如下的有益效果：

本实用新型提供的拉顶管施工的室内模拟试验装置，通过圆形顶孔处设置的喷浆组件对模拟管道的外壁喷浆，同时由水平加载机构驱动模拟管道在土层中顶进，以测试相关参数，较好地实现了试验目的，具有结构合理、操作简便、经济环保、以及可视化等特点，能模拟现场多条件下的拉顶管施工过程。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构正视图；

图2为本实用新型的整体结构侧视图；

图3为本实用新型的导轨结构示意图；

图4为本实用新型的牵引盖板结构及连接示意图。

【附图标记说明】

1-箱体；2-圆形顶孔；3-模拟管道；4-第一反力架；5-水平液压千斤顶；6-圆形顶板；7-滑轮；8-导轨；9-限位槽；10-第二反力架；11-限位盒；12-绕线轮；13-牵引绳；14-牵引盖板；15-铁质拉环；16-圆筒；17-刚性加载板；18-传力盖板；19-竖向液压千斤顶；20-第三反力架；21-喷浆头；22-泥浆池；23-导浆管；24-注浆加压泵；25-注浆阀门；26-环形孔盖。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。另外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1、图2所示，本实用新型的实施例提供了一种拉顶管施工的室内模拟试验装置，包括箱体1，采用透明材料制成，便于试验时观察箱体1内部。其中，箱体1的顶面敞开设置，上方设置有竖向加载机构，通过竖向加载机构向箱体1内放置的试验土体施加竖向载荷。箱体1两相对的侧面均设置有圆形顶孔2，圆形顶孔2处插设有模拟施工顶管的模拟管道3，模拟管道3的两端能穿出两侧的圆形顶孔2。其中一个圆形顶孔2处设置有喷浆组件，在模拟管道3加载过程中对其外表面喷浆处理。圆形顶孔2外侧设置有水平加载机构，本实施例中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，分别位于箱体1的两侧，对模拟管道3的两端加载，模拟顶管受驱动力时在土层中的顶进过程。

在本实施例中，第一水平加载机构包括第一反力架4，第一反力架4上设置有水平液压千斤顶5，水平液压千斤顶5的伸缩端设置有圆形顶板6，圆形顶板6的中心与模拟管道3的受力中心对应，通过水平液压千斤顶5将模拟管道3向箱体1的另一侧顶进。同时如图3所示，第一反力架4的底端设置有滑轮7，第一反力架4滑动设置在导轨8上，且导轨8设置有对滑轮7限位的限位槽9，限位槽9的间距为水平液压千斤顶5的进程。当顶推量超过水平液压千斤顶5进程时，水平液压千斤顶5回缩，再推动第一反力架4向前滑动，至下一限位槽9处限位固定，从而控制水平液压千斤顶5完成多次顶进过程。

第二水平加载机构包括第二反力架10，第二反力架10上设置有限位盒11，限位盒11内旋转设置有绕线轮12，绕线轮12设置有手柄，绕线轮12上缠绕设置有牵引绳13，牵引绳13的末端与模拟管道3的第二端连接。在水平液压千斤顶5顶进过程中驱动绕线轮12旋转收线，使牵引绳13引导模拟管道3前进，防止顶进方向的偏离。同时如图4所示，模拟管道3的第二端设置有牵引盖板14，牵引盖板14为木质圆板，外侧的圆心处设置有铁质拉环15，铁质拉环15与牵引绳13的末端固定，牵引盖板14的内侧设置有与模拟管道3内径对应的圆筒16，圆筒16插入模拟管道3并通过螺栓固定。

在本实施例中，竖向加载机构包括刚性加载板17，刚性加载板17活动设置在箱体1顶端，刚性加载板17的上表面设置有传力盖板18，传力盖板18的上表面设置有竖向液压千斤顶19，竖向液压千斤顶19的伸缩端与传力盖板18固定连接，固定端与第三反力架20固定连接，第三反力架20与箱体1通过螺栓可拆卸连接。在竖向液压千斤顶19作用下刚性加载板17能向下移动，将箱体1内的试验土体压实。

在本实施例中，喷浆组件包括悬挂设置在圆形顶孔2上方的喷浆头21以及设置在圆形顶孔2下方的泥浆池22，喷浆头21通过导浆管23与泥浆池22连通，由导浆管23上设置的注浆加压泵24和注浆阀门25控制，使配置好的泥浆从喷浆头21喷出。

作为进一步改进，本实施例中圆形顶孔2的外侧设置有多个共心的、可拆卸的环形孔盖26，环形孔盖26同样采用透明材料制成以便于观察，环形孔盖26具有多种规格，以调整圆形顶孔2大小，适配不同管径的模拟管道3拉顶试验。

试验前，根据试验要求往箱体1内分层填筑试验土体，并通过竖向加载机构压实，当填至圆形顶孔2高度时，将模拟管道3横穿箱体1两侧的圆形顶孔2，再继续填土直至箱体1顶面。另外在泥浆池22中装入配比后的润滑泥浆。

启动水平液压千斤顶5加压推动模拟管道3，模拟顶推管道前移，同时绕线轮12转动牵引模拟管道3前进，如需施加竖向载荷则启动竖向液压千斤顶19。此过程中打开注浆阀门25，使泥浆池中配置好的润滑泥浆通过注浆加压泵24加压，经导浆管23运输从喷浆头21喷出，使模拟管道3外壁上覆盖润滑泥浆。当顶推量超过水平液压千斤顶5行程时，水平液压千斤顶5回缩，再推动第一反力架4向前滑动，至下一限位槽9处限位固定。不断重复直至模拟管道3在试验土体中的拉顶距离超过箱体1的两倍长度，完成模拟现场多条件下的拉顶管施工模型试验。

当试验不同外径的模拟管道3时，通过选择不同型号的环形孔盖26适配即可。

本实施例提供的拉顶管施工的室内模拟试验装置具有结构合理、操作简便、经济环保等特点，可模拟现场多条件下的拉顶管施工过程。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种拉顶管施工的室内模拟试验装置，包括箱体(1)，其特征在于，所述箱体(1)由透明材料制成，所述箱体(1)的顶面敞开设置，上方设置有竖向加载机构，所述箱体(1)内装有试验土体，所述箱体(1)两相对的侧面均设置有圆形顶孔(2)，所述圆形顶孔(2)处插设有模拟管道(3)，所述模拟管道(3)的两端能穿出两侧的所述圆形顶孔(2)，其中一个所述圆形顶孔(2)处设置有喷浆组件，所述圆形顶孔(2)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(1)的两侧，对所述模拟管道(3)的两端加载。

2.根据权利要求1所述的拉顶管施工的室内模拟试验装置，其特征在于，所述第一水平加载机构包括第一反力架(4)，所述第一反力架(4)上设置有水平液压千斤顶(5)，所述水平液压千斤顶(5)的伸缩端设置有圆形顶板(6)，所述圆形顶板(6)的中心与所述模拟管道(3)的受力中心对应。

3.根据权利要求2所述的拉顶管施工的室内模拟试验装置，其特征在于，所述第一反力架(4)的底端设置有滑轮(7)，所述第一反力架(4)滑动设置在导轨(8)上，所述导轨(8)设置有对所述滑轮(7)限位的限位槽(9)，所述限位槽(9)的间距为所述水平液压千斤顶(5)的进程。

4.根据权利要求1所述的拉顶管施工的室内模拟试验装置，其特征在于，所述第二水平加载机构包括第二反力架(10)，所述第二反力架(10)上设置有限位盒(11)，所述限位盒(11)内旋转设置有绕线轮(12)，所述绕线轮(12)设置有手柄，所述绕线轮(12)上缠绕设置有牵引绳(13)，所述牵引绳(13)的末端与所述模拟管道(3)的第二端连接。

5.根据权利要求4所述的拉顶管施工的室内模拟试验装置，其特征在于，所述模拟管道(3)的第二端设置有牵引盖板(14)，所述牵引盖板(14)为木质圆板，外侧的圆心处设置有铁质拉环(15)，所述铁质拉环(15)与所述牵引绳(13)的末端固定，所述牵引盖板(14)的内侧设置有与所述模拟管道(3)内径对应的圆筒(16)，所述圆筒(16)插入所述模拟管道(3)并通过螺栓固定。

6.根据权利要求1所述的拉顶管施工的室内模拟试验装置，其特征在于，所述竖向加载机构包括刚性加载板(17)，所述刚性加载板(17)活动设置在所述箱体(1)顶端，所述刚性加载板(17)的上表面设置有传力盖板(18)，所述传力盖板(18)的上表面设置有竖向液压千斤顶(19)，所述竖向液压千斤顶(19)的伸缩端与所述传力盖板(18)固定连接，固定端与第三反力架(20)固定连接，所述第三反力架(20)与所述箱体(1)通过螺栓可拆卸连接。

7.根据权利要求1所述的拉顶管施工的室内模拟试验装置，其特征在于，所述喷浆组件包括悬挂设置在所述圆形顶孔(2)上方的喷浆头(21)以及设置在所述圆形顶孔(2)下方的泥浆池(22)，所述喷浆头(21)通过导浆管(23)与所述泥浆池(22)连通，所述导浆管(23)上设置有注浆加压泵(24)和注浆阀门(25)。

8.根据权利要求1所述的拉顶管施工的室内模拟试验装置，其特征在于，所述圆形顶孔(2)的外侧设置有共心的环形孔盖(26)，所述环形孔盖(26)与所述圆形顶孔(2)的外侧通过螺栓可拆卸连接，所述环形孔盖(26)具有多种规格，采用透明材料制成。

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