一种顶进管摩阻力的测试系统及试验方法技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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。场的顶管顶进。场的顶管顶进。

【技术实现步骤摘要】
一种顶进管摩阻力的测试系统及试验方法


[0001]本专利技术涉及土木工程
，特别是涉及一种顶进管摩阻力的测试系统及试验方法。

技术介绍

[0002]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。

技术实现思路

[0003]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术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
技术介绍
中的问题。
[0004]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗如平，胡茗鹭秋，王安辉，朱碧堂，柳黎鑫，张艳芳，倪娇娇，涂文博，许紫刚，陈祥胜，
申请(专利权)人：中建安装集团有限公司，
类型：发明
国别省市：