[发明专利]一种矩形顶管模型试验装置及试验方法

说明书

本发明公开一种矩形顶管模型试验装置及试验方法。试验装置包括：模型箱，用于装载试验土体，并且其相对的第一侧和第二侧对应开设有矩形孔洞；顶管替代段，其从模型箱的第二侧的矩形孔洞中部分或全部地穿设在模型箱中；顶管管节，包括管节一和管节二至管节N，其中管节一与顶管替代段的末端连接；加载装置，设置在顶管替代段的前方，用于拉动顶管替代段，并且在拉动过程中管节二至管节N从模型箱的第一侧的矩形孔洞中向管节一同步依次顶进。本发明的试验装置可以在室内开展复杂条件下顶管顶进的模型试验，该试验装置简化并展现开挖过程，替代卸荷土体，对试验全程地表隆沉、管土接触与浆液扩散情况实现可视化处理、动态化监测。

技术领域

本发明涉及顶管施工技术领域，具体涉及一种矩形顶管模型试验装置及试验方法。

背景技术

近年来，随着地下空间开发利用进程的加快，作为非开挖关键技术的顶管法得到了广泛地应用。对于矩形顶管，现有的相关顶管工程理论愈发难以预测与应对其在复杂的工程地质条件下的施工影响，与此同时，现场试验往往难以开展。

矩形顶管室内模型试验存在的问题为开挖过程难以复刻、卸荷土体难以排出、管土接触与浆液扩散难以展现等，这些问题的存在使得现有的矩形顶管模型试验不能准确描述工程过程，理论预测也与现场实测偏差较大。

因此，有必要提出一种新的用于室内模拟试验的能够实现可视化处理、动态化监测的矩形顶管模型试验装置。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的主要目的是提供一种矩形顶管模型试验装置及试验方法，以解决现有技术中开挖过程难以复刻、卸荷土体难以排出、管土接触与浆液扩散难以展现等问题。

本发明的技术方案如下：

本发明首先提出一种矩形顶管模型试验装置，包括：

模型箱，用于装载试验土体，并且其相对的第一侧和第二侧对应开设有矩形孔洞；

顶管替代段，其从所述模型箱的第二侧的矩形孔洞中部分或全部地穿设在所述模型箱中，用于模拟顶管机开挖和排出被开挖土体的过程；

顶管管节，包括管节一和管节二至管节N，其中所述管节一与所述顶管替代段的末端连接；

加载装置，设置在所述顶管替代段的前方，用于拉动所述顶管替代段，并且在拉动过程中所述管节二至管节N从所述模型箱的第一侧的矩形孔洞中向所述管节一同步依次顶进。

优选的，所述模型箱为透明无盖箱体，所述第一侧和第二侧为可拆卸箱板，其上开设有矩形孔洞。

优选的，所述顶管替代段包括四个常规拼接段，四个常规拼接段相互拼接形成最小掘进尺寸的矩形顶管模型。

优选的，所述四个常规拼接段横截面为L型，四个L型常规拼接段形成矩形顶管模型的四角。

优选的，所述顶管替代段还包括设置在相邻两个常规拼接段之间的至少一个自由拼接段，并且所述自由拼接段在矩形顶管模型的至少其中两个相对面对称设置，常规拼接段与自由拼接段相互拼接形成预定掘进尺寸的矩形顶管模型。

优选的，所述常规拼接段和自由拼接段的拼接方式为插槽式拼接，常规拼接段和自由拼接段的两侧边拼接处分别设有槽和/或齿。

优选的，所述加载装置包括支撑平台、滑动架和顶推机构，其中所述支撑平台设在所述模型箱第二侧的矩形孔洞前方，所述滑动架连接所述顶管替代段，能够在所述顶推机构的顶推作用下在所述支撑平台上前后滑动以拉动所述顶管替代段。

优选的，所述支撑平台两侧沿顶进方向设有导轨；所述滑动架包括连接所述顶管替代段的施力杆，连接在施力杆两端并与两侧导轨配合的滑动块，以及与两侧滑动块连接的施力架，所述施力架设置在支撑平台下方。