模擬頂管施工引發(fā)地層損失的試驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了模擬頂管施工引發(fā)地層損失的試驗(yàn)裝置，它包括側(cè)向柔性加載囊、剛性加載板、液壓千斤頂、模擬頂管、模型箱、環(huán)形水囊、進(jìn)水總管、排氣總管、橡膠墊圈，將側(cè)向柔性加載囊黏貼在模型箱內(nèi)壁上，左端連接側(cè)向柔性加載囊，右端連接側(cè)向加載壓力表，側(cè)向加載壓力表通過(guò)側(cè)向加壓注水管與側(cè)向加載加壓泵連接，側(cè)向柔性加載囊頂部設(shè)排氣閥，在模型箱前側(cè)壁距模型箱底開(kāi)圓孔，圓形頂管預(yù)留孔周邊焊接螺柱，模擬頂管右端放置在模型箱前側(cè)壁圓形頂管預(yù)留孔處，模擬頂管左端緊貼模型箱后壁放置，結(jié)構(gòu)合理、操作方便，用于模擬頂管隧道施工引發(fā)的地層變形模型試驗(yàn)。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及巖土力學(xué)試驗(yàn)【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體涉及模擬頂管施工引發(fā)地層損失 的試驗(yàn)裝置，適用于模擬現(xiàn)場(chǎng)條件的頂管施工引發(fā)地層變形模型試驗(yàn)。 模擬頂管施工引發(fā)地層損失的試驗(yàn)裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 頂管施工技術(shù)是在不開(kāi)挖地表的情況下，以液壓為動(dòng)力將頂管機(jī)和待鋪設(shè)的管節(jié) 在地下逐節(jié)頂進(jìn)，直到頂管接收井的非開(kāi)挖地下管道敷設(shè)施工工藝。作為一種地下開(kāi)挖方 法，頂管施工也不可避免地會(huì)對(duì)管道周?chē)耐馏w產(chǎn)生擾動(dòng)，擾動(dòng)的結(jié)果是使周?chē)耐馏w出 現(xiàn)卸載或加載等復(fù)雜的力學(xué)行為并使土層的物理、力學(xué)指標(biāo)產(chǎn)生變化，引起管道周?chē)馏w 產(chǎn)生變形，產(chǎn)生地面和地下土體的移動(dòng)，即地層變形。當(dāng)?shù)貙幼冃纬^(guò)一定范圍時(shí)，會(huì)嚴(yán)重 危及鄰近建(構(gòu)）筑物基礎(chǔ)、鄰近建(構(gòu)）筑物、和地下管網(wǎng)的安全，引起一系列巖土工程問(wèn) 題。因此，測(cè)定頂管開(kāi)挖而引起的地層變形，弄清頂管施工引發(fā)地層變形，進(jìn)而提出有針對(duì) 性的處理對(duì)策，對(duì)保證頂管施工安全具有重要意義。
[0003]目前針對(duì)地層變形，其物理、力學(xué)指標(biāo)的確定基本依靠經(jīng)驗(yàn)公式和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，無(wú)法 在施工前在試驗(yàn)室內(nèi)測(cè)定。因此，為了更好地模擬現(xiàn)場(chǎng)頂管開(kāi)挖施工環(huán)境，研究頂管開(kāi)挖引 起的地層變形對(duì)施工和周邊建筑物安全的影響規(guī)律，有必要研制一種可模擬頂管施工引發(fā) 地層變形的試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。
[0004] 經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，專利-頂管注漿減阻的室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（申請(qǐng)?zhí)枺?201210137982. X)公開(kāi)了一種頂管注漿減阻的室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，它包括試驗(yàn)箱、水平加 載系統(tǒng)、堅(jiān)向加載系統(tǒng)等，該試驗(yàn)系統(tǒng)能模擬管道在土層中的頂進(jìn)過(guò)程，測(cè)試在不同漿液配 t匕、不同注漿壓力下，管道頂進(jìn)過(guò)程中的摩阻力和摩擦系數(shù)，但沒(méi)有考慮頂管施工過(guò)程中的 地層損失的影響。專利-平行頂管頂進(jìn)施工模擬裝置（申請(qǐng)?zhí)枺?01110109981. X)公開(kāi)了一 種建筑工程【技術(shù)領(lǐng)域】的平行頂管頂進(jìn)施工模擬裝置，包括：模擬箱體、連接管節(jié)、支撐機(jī)構(gòu) 等。該發(fā)明可以對(duì)大直徑、長(zhǎng)距離、復(fù)雜地層、江中江中淺覆土等條件下各種不同參數(shù)的平 行頂管施工進(jìn)行模擬試驗(yàn)，但同樣沒(méi)有考慮頂管施工過(guò)程中的地層損失的影響。進(jìn)一步檢 索尚未發(fā)現(xiàn)關(guān)于頂管施工引起地層沉降的模擬試驗(yàn)系統(tǒng)?？梢?jiàn)，目前尚無(wú)能模擬頂管施工 引發(fā)地層變形的試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型的目的是在于提供了模擬頂管施工引發(fā)地層損失的試驗(yàn)裝置，該試驗(yàn) 裝置結(jié)構(gòu)合理、操作方便，主要用于模擬頂管隧道施工引發(fā)的地層變形模型試驗(yàn)研究。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)措施：
[0007] 模擬頂管施工引發(fā)地層損失的試驗(yàn)裝置，它由側(cè)向柔性加載囊、堅(jiān)向柔性加載囊、 剛性加載板、反力架立柱、反力架橫梁、傳力柱、液壓千斤頂、側(cè)向加載壓力表、側(cè)向加載加 壓泵、第一側(cè)向加壓注水管、第二側(cè)向加壓注水管、第一排氣閥、堅(jiān)向加載壓力表、堅(jiān)向加載 加壓泵、第一堅(jiān)向加壓注水管、第二堅(jiān)向加壓注水管、第二排氣閥，模擬頂管、模型箱、土壓 力盒、位移傳感器、環(huán)形水囊、進(jìn)水總管、進(jìn)水總管壓力表、進(jìn)水總管閥門(mén)、進(jìn)水總管加壓泵、 排氣總管、流量計(jì)、排氣總管閥門(mén)、進(jìn)水支管、排氣支管、進(jìn)水支管閥門(mén)、排氣支管閥門(mén)、螺 柱、螺帽、橡膠墊圈、千斤頂壓力傳感器、側(cè)向注水閥、堅(jiān)向注水閥、側(cè)向注水孔接口、堅(jiān)向注 水孔接口、水管接口、氣管接口組成。其連接關(guān)系是：采用結(jié)構(gòu)膠將側(cè)向柔性加載囊黏貼在 模型箱右側(cè)內(nèi)壁上，所述的結(jié)構(gòu)膠為YJS-501建筑結(jié)構(gòu)膠。在模型箱右側(cè)壁下部距模型箱 底板約98 - 102mm、距前側(cè)壁1. 4 一 1. 6m處開(kāi)第一注水管預(yù)留孔，第一注水管預(yù)留孔為一 圓柱形小孔，孔徑比第二側(cè)向加壓注水管外徑大5飛mm，第二側(cè)向加壓注水管穿過(guò)第一注水 管預(yù)留孔，左端與側(cè)向柔性加載囊上的側(cè)向注水孔接口連接，右端順序連接側(cè)向加載壓力 表、側(cè)向注水閥、第一側(cè)向加壓注水管和側(cè)向加載加壓泵，第二側(cè)向加壓注水管與模型箱上 的第一注水管預(yù)留孔之間的間隙采用結(jié)構(gòu)膠封填。在模型箱前側(cè)壁中部距模型箱底板約 1/3箱體高度處開(kāi)一直徑為0. 4 - 0. 7m (0. 4或0. 5或0. 6或0. 7m)的圓形頂管預(yù)留孔，圓 形頂管預(yù)留孔直徑比環(huán)形水囊外徑大20mm，環(huán)圓形頂管預(yù)留孔周邊均勻焊接六個(gè)螺柱。模 擬頂管穿過(guò)模型箱前側(cè)壁上的圓形頂管預(yù)留孔平放在模型箱中，模擬頂管右端的環(huán)形端板 緊貼模型箱前側(cè)壁，橡膠墊圈套在鋼管上夾在環(huán)形端板與模型箱前側(cè)壁之間，模型箱上的 螺柱穿過(guò)橡膠墊圈和環(huán)形端板上的螺孔，螺帽擰在螺柱上，將環(huán)形端板與模型箱前側(cè)壁牢 固連接在起來(lái)。將各進(jìn)水支管和排氣支管的一端分別連接到相對(duì)應(yīng)的環(huán)形水囊上的水管接 口和氣管接口上，各進(jìn)水支管和排氣支管的另一端穿過(guò)鋼管管壁上預(yù)留的圓柱形小孔，分 別與進(jìn)水總管和排氣總管連接，并用結(jié)構(gòu)膠封填進(jìn)水支管和排氣支管與鋼管管壁上的圓柱 形小孔之間的空隙。進(jìn)水總管右端順序連接進(jìn)水總管壓力表、進(jìn)水總管閥門(mén)和進(jìn)水總管加 壓泵，排氣總管右端順序連接流量計(jì)和排氣總管閥門(mén)。
[0008] 模型箱中填滿試驗(yàn)土體，填土過(guò)程中將土壓力盒和位移傳感器安裝在預(yù)設(shè)位置 上。
[0009] 堅(jiān)向柔性加載囊水平放置在試驗(yàn)土體上表面，在模型箱右側(cè)壁下部距模型箱底板 約2. 2~2. 8m、距前側(cè)壁1. 4 一 1. 6m處開(kāi)第二注水管預(yù)留孔，第二注水管預(yù)留孔為一圓柱形 小孔，其孔徑比第一堅(jiān)向加壓注水管外徑大5飛mm，第一堅(jiān)向加壓注水管穿過(guò)第二注水管預(yù) 留孔，左端與堅(jiān)向柔性加載囊2上的堅(jiān)向注水孔接口連接，右端順序連接堅(jiān)向加載壓力表、 堅(jiān)向注水閥、第二堅(jiān)向加壓注水管和堅(jiān)向加載加壓泵，第一堅(jiān)向加壓注水管與模型箱上的 第二注水管預(yù)留孔之間的間隙采用結(jié)構(gòu)膠封填。剛性加載板放置在堅(jiān)向柔性加載囊上表 面，剛性加載板上表面中心位置焊接傳力柱，傳力柱上放置液壓千斤頂，液壓千斤頂連接千 斤頂壓力傳感器，液壓千斤頂?shù)幕钊麠U頂在反力架橫梁底面中央。模型箱左右兩側(cè)外壁中 央位置各焊接一根反力架立柱，反力架橫梁兩端分別與兩反力架立柱頂端焊接。
[0010] 所述的模型箱是采用厚度約為28 - 32_的鋼板焊接而成的長(zhǎng)方形箱體，內(nèi)空尺 寸大致為長(zhǎng)4.8 - 5. 2m、寬2.8 - 3. 2m、高2.8 - 3. 2m，模型箱上部開(kāi)口。
[0011] 所述的側(cè)向柔性加載囊和堅(jiān)向柔性加載囊均是用橡膠制作的扁平狀水袋，側(cè)向柔 性加載囊長(zhǎng)約4. 95m，較模型箱內(nèi)空長(zhǎng)度小5(T60mm，高度與試驗(yàn)土體高度一致2. 2 - 2. 8m (2. 2m或2. 4m或2. 6m或2. 8m)，厚度約5(T60mm，側(cè)向柔性加載囊頂部中央設(shè)第一排氣閥， 第一排氣閥采用嵌入式排氣閥，在側(cè)向柔性加載囊1右側(cè)壁上距下邊緣98 - 102mm、前邊緣 1. 4 一 1. 6m處設(shè)側(cè)向注水孔接口，側(cè)向注水孔接口與第一側(cè)向加壓注水管采用螺紋連接。
[0012] 所述的堅(jiān)向柔性加載囊長(zhǎng)約4. 95m，寬約2. 95m，厚度約5(T60mm，其長(zhǎng)和寬均較模 型箱內(nèi)空長(zhǎng)和寬小5(T60mm，堅(jiān)向柔性加載囊在左端部側(cè)壁中央設(shè)第二排氣閥，第二排氣閥 采用嵌入式排氣閥，在堅(jiān)向柔性加載囊右端部側(cè)壁中央設(shè)堅(jiān)向注水孔接口，堅(jiān)向注水孔接 口與第一堅(jiān)向加壓注水管采用螺紋連接。
[0013] 所述的剛性加載板采用厚度約為50mm的鋼板制作，剛性加載板長(zhǎng)約4. 95m，寬約 2. 95m，其長(zhǎng)、寬較模型箱內(nèi)空的長(zhǎng)和寬均小于3(T50mm。
[0014] 所述的模擬頂管由鋼管、環(huán)形端板、左端板和環(huán)形水囊等部件組成。鋼管是外徑為 0. 3、. 5m、壁厚為10 _、長(zhǎng)約5m的普通碳素鋼管；左端板外徑與鋼管外徑一致，位于鋼管 左端，左端板與鋼管焊接，環(huán)形端板焊接在鋼管右端端口處；8~10個(gè)環(huán)形水囊套在鋼管外 壁上，環(huán)形水囊沿鋼管縱向依次緊密排列，彼此無(wú)空隙。在鋼管管壁與各環(huán)形水囊上水管接 口和氣管接口對(duì)應(yīng)的位置鉆圓柱形小孔，所述圓柱形小孔直徑比進(jìn)水支管和排氣支管外徑 大于5?6mm。
[0015] 所述的環(huán)形端板是內(nèi)徑與鋼管外徑一致、外徑比內(nèi)徑大10(Tl50mm、厚度約為 10mm的圓環(huán)形鋼板。在環(huán)形端板上與模型箱上的螺柱相對(duì)應(yīng)的位置制作螺孔，螺孔孔徑略 大于螺柱的外徑。
[0016] 所述的環(huán)形水囊是用橡膠制作的環(huán)形扁平狀水袋，每個(gè)環(huán)形水囊長(zhǎng)為0. 5~0. 6m， 環(huán)形水囊內(nèi)徑與鋼管外徑一致，壁厚為8(Tl00mm。在環(huán)形水囊內(nèi)環(huán)環(huán)壁底部和頂部中央分 別設(shè)置水管接口和氣管接口。
[0017] 所述的橡膠墊圈是用橡膠制作的內(nèi)徑比模擬頂管外徑大5飛mm、外徑與環(huán)形端板 外徑一致的環(huán)形橡膠墊片，在橡膠墊圈上和模型箱螺柱相對(duì)應(yīng)的位置制作螺孔，螺孔孔徑 略大于螺柱外徑。
[0018] 第一側(cè)向加壓注水管、第二側(cè)向加壓注水管、第一堅(jiān)向加壓注水管、第二堅(jiān)向加壓 注水管、進(jìn)水總管、水支管、排氣總管和排氣支管均采用同型號(hào)外徑15~18_的金屬軟管。
[0019] 所述的反力架橫梁和反力架立柱均采用工字鋼制作，反力架橫梁長(zhǎng)約3. 2m，反力 架立柱高約2m，反力架立柱底端距模型箱上表面約lm，反力架橫梁中心點(diǎn)和液壓千斤頂中 心軸相正對(duì)。
[0020] 所述的土壓力盒采用普通土壓力盒，在距堅(jiān)向柔性加載囊底面以下100mm的水平 斷面上埋設(shè)24個(gè)土壓力盒，具體布置為：在模型箱寬度方向上等間距布置4排，每排等間距 布置6個(gè)；在距側(cè)向柔性加載囊內(nèi)側(cè)面100mm的堅(jiān)直斷面上埋設(shè)15個(gè)土壓力盒：在模型箱 長(zhǎng)度方向上等間距布置5排，每排等間距布置3個(gè)。
[0021] 所述的位移傳感器采用磁致伸縮線性位移傳感器，它由測(cè)桿、電子倉(cāng)和套在測(cè)桿 上的非接觸的磁環(huán)組成。填土前，將50根位移傳感器測(cè)桿堅(jiān)直立在模型箱底板上：在模型 箱底板寬度方向等間距布置五排，每排等間距布置根。之后隨著填土的進(jìn)行，在測(cè)桿上套上 磁環(huán)：模擬頂管正下方的四根位移傳感器測(cè)桿每根套2個(gè)磁環(huán)；其余16根位移傳感器測(cè)桿 每根等間距套5個(gè)套環(huán)。
[0022] 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果：
[0023] 1)配合使用剛性加載板和柔性加載囊進(jìn)行加載可更好地適應(yīng)地層變形，充分反應(yīng) 地層變形發(fā)展?fàn)顟B(tài)。
[0024] 2)試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)液壓千斤頂，可調(diào)整土體上覆荷載水平，以反應(yīng)實(shí)際工程 中不同的土層厚度或上覆荷載的影響，便于研究頂管埋深、上覆荷載大小對(duì)地層變形的影 響規(guī)律。
[0025] 3)通過(guò)調(diào)節(jié)頂管外壁包裹的環(huán)形水囊的壓力和水量可研究頂管隧道不同的超挖 厚度對(duì)地層損失的影響。
[0026] 4)將模擬頂管外壁包裹的環(huán)形水囊分層8~10段便于分時(shí)段對(duì)環(huán)形水囊進(jìn)行卸 壓，可以模擬頂管推進(jìn)過(guò)程中逐步引發(fā)的地層損失。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1為模擬頂管施工引發(fā)地層損失的試驗(yàn)裝置示意圖。
[0028] 圖2為模擬頂管施工引發(fā)地層損失的試驗(yàn)裝置正視圖。
[0029] 圖3為模擬頂管施工引發(fā)地層損失的試驗(yàn)裝置中模擬頂管與模型箱連接大樣圖。
[0030] 圖4為模擬頂管施工引發(fā)地層損失的試驗(yàn)裝置中模型箱縱剖面圖。
[0031] 圖中：
[0032] 1.側(cè)向柔性加載囊，2.堅(jiān)向柔性加載囊，3.剛性加載板，4.反力架立柱，5.反力 架橫梁，6.傳力柱，7.液壓千斤頂(如TW0520D型、TW0550F型等)，8·側(cè)向加載壓力表(如 YN-150ZQ型、Y-153B型等)，9.側(cè)向加載加壓泵（如YN-150ZQ型、Y-153B型等)，10.第一 側(cè)向加壓注水管，11.第二側(cè)向加壓注水管，12第一排氣閥（如ZP88型、KDL-8121型等)， 13.堅(jiān)向加載壓力表(如YN-150ZQ型、Y-153B型等)，14.堅(jiān)向加載加壓泵(如25⑶L2型、 YN-150ZQ型)，15.第一堅(jiān)向加壓注水管，16.第二堅(jiān)向加壓注水管，17.第二排氣閥(如ZP88 型、KDL-8121型等)，18.模擬頂管，19.模型箱，20. 土壓力盒(符合量程10(T2000kPa、直徑 15?30mm的各種靜土壓力盒)，21.位移傳感器(如KYDM-L型、MRU-3000-012型等)，22.環(huán)形 水囊，23.進(jìn)水總管，24.進(jìn)水總管壓力表(如S40DF-101I、RSCH/RCH等)，25.進(jìn)水總管閥門(mén) (如B11BN-304型、SYQ3T型等)，26.進(jìn)水總管加壓泵（如TYP-2000型、113A035F型等)，27.排 氣總管，28.流量計(jì)(如LXS-40E型、LXLC-50-300型等)，29.排氣總管閥門(mén)（如B11BN-304 型、SYQ3T型等)，31.進(jìn)水支管，32.排氣支管，33.進(jìn)水支管閥門(mén)（如SYQ3T型、YJZQ-J6W型)， 34.排氣支管閥門(mén)（如SYQ3T型、YJZQ-J6W型)，35.螺柱，36.螺帽，37.橡膠墊圈，38.環(huán)形 端板，39.左端板，40.鋼管，42.試驗(yàn)土體，43.圓形頂管預(yù)留孔，44.千斤頂壓力傳感器(如 PCB型、SML-H-8型等)，45.側(cè)向注水閥，46.堅(jiān)向注水閥，47.側(cè)向注水孔接口，48.堅(jiān)向注 水孔接口，49.第一注水管預(yù)留孔，50.第二注水管預(yù)留孔，51.水管接口，52.氣管接口。

【具體實(shí)施方式】
[0033] 實(shí)施例1 :
[0034] 根據(jù)圖1、圖2、圖3、圖4可知，模擬頂管施工引發(fā)地層損失的試驗(yàn)裝置，由側(cè)向柔 性加載囊1、堅(jiān)向柔性加載囊2、剛性加載板3、反力架立柱4、反力架橫梁5、傳力柱6、液壓 千斤頂7、側(cè)向加載壓力表8、側(cè)向加載加壓泵9、第一側(cè)向加壓注水管10、第二側(cè)向加壓注 水管11、第一排氣閥12、堅(jiān)向加載壓力表13、堅(jiān)向加載加壓泵14、第一堅(jiān)向加壓注水管15、 第二堅(jiān)向加壓注水管16、第二排氣閥17,模擬頂管18、模型箱19、土壓力盒20、位移傳感器 21、環(huán)形水囊22、進(jìn)水總管23、進(jìn)水總管壓力表24、進(jìn)水總管閥門(mén)25、進(jìn)水總管加壓泵26、 排氣總管27、流量計(jì)28、排氣總管閥門(mén)29、進(jìn)水支管31、排氣支管32、進(jìn)水支管閥門(mén)33、排 氣支管閥門(mén)34、螺柱35、螺帽36、橡膠墊圈37、千斤頂壓力傳感器44、側(cè)向注水閥45、堅(jiān)向 注水閥46、側(cè)向注水孔接口 47、堅(jiān)向注水孔接口 48、水管接口 51、氣管接口 52組成。其連 接關(guān)系是：采用結(jié)構(gòu)膠將側(cè)向柔性加載囊1黏貼在模型箱19右側(cè)內(nèi)壁上，所述的結(jié)構(gòu)膠為 YJS-501建筑結(jié)構(gòu)膠。在模型箱19右側(cè)壁下部距模型箱19底板約100mm、距前側(cè)壁1. 5m處 開(kāi)第一注水管預(yù)留孔49,第一注水管預(yù)留孔49為一圓柱形小孔，孔徑比第二側(cè)向加壓注水 管11外徑大5飛_，第二側(cè)向加壓注水管11穿過(guò)第一注水管預(yù)留孔49,左端與側(cè)向柔性加 載囊1上的側(cè)向注水孔接口 47連接，右端順序連接側(cè)向加載壓力表8、側(cè)向注水閥45、第一 側(cè)向加壓注水管10和側(cè)向加載加壓泵9,第二側(cè)向加壓注水管11與模型箱19上的第一注 水管預(yù)留孔49之間的間隙采用結(jié)構(gòu)膠封填。在模型箱19前側(cè)壁中部距模型箱19底板約 1/3箱體高度處開(kāi)一直徑為0. 4或0. 5或0. 6或0. 7m的圓形頂管預(yù)留孔43,圓形頂管預(yù)留 孔43直徑比環(huán)形水囊22外徑大20mm，環(huán)圓形頂管預(yù)留孔43周邊均勻焊接六個(gè)螺柱35。模 擬頂管18穿過(guò)模型箱19前側(cè)壁上的圓形頂管預(yù)留孔43平放在模型箱19中，模擬頂管18 右端的環(huán)形端板38緊貼模型箱19前側(cè)壁，橡膠墊圈37套在鋼管40上夾在環(huán)形端板38與 模型箱19前側(cè)壁之間，模型箱19上的螺柱35穿過(guò)橡膠墊圈37和環(huán)形端板38上的螺孔， 螺帽36擰在螺柱35上，將環(huán)形端板38與模型箱19前側(cè)壁牢固連接在起來(lái)。將各進(jìn)水支 管31和排氣支管32的一端分別連接到相對(duì)應(yīng)的環(huán)形水囊22上的水管接口 51和氣管接口 52上，各進(jìn)水支管31和排氣支管32的另一端穿過(guò)鋼管40管壁上預(yù)留的圓柱形小孔，分別 與進(jìn)水總管23和排氣總管27連接，并用結(jié)構(gòu)膠封填進(jìn)水支管31和排氣支管32與鋼管40 管壁上的圓柱形小孔之間的空隙。進(jìn)水總管23右端順序連接進(jìn)水總管壓力表24、進(jìn)水總管 閥門(mén)25和進(jìn)水總管加壓泵26,排氣總管27右端順序連接流量計(jì)28和排氣總管閥門(mén)29。
[0035] 模型箱19中填滿試驗(yàn)土體42,填土過(guò)程中將土壓力盒20和位移傳感器21安裝在 預(yù)設(shè)位置上。
[0036] 堅(jiān)向柔性加載囊2水平放置在試驗(yàn)土體42上表面，在模型箱19右側(cè)壁下部距模 型箱19底板約2. 2~2. 8m、距前側(cè)壁1. 5m處開(kāi)第二注水管預(yù)留孔50,第二注水管預(yù)留孔50 為一圓柱形小孔，其孔徑比第一堅(jiān)向加壓注水管15外徑大5飛_，第一堅(jiān)向加壓注水管15 穿過(guò)第二注水管預(yù)留孔50,左端與堅(jiān)向柔性加載囊2上的堅(jiān)向注水孔接口 48連接，右端順 序連接堅(jiān)向加載壓力表13、堅(jiān)向注水閥46、第二堅(jiān)向加壓注水管16和堅(jiān)向加載加壓泵14， 第一堅(jiān)向加壓注水管15與模型箱19上的第二注水管預(yù)留孔50之間的間隙采用結(jié)構(gòu)膠封 填。剛性加載板3放置在堅(jiān)向柔性加載囊2上表面，剛性加載板3上表面中心位置焊接傳 力柱6,傳力柱6上放置液壓千斤頂7,液壓千斤頂7連接千斤頂壓力傳感器44，液壓千斤 頂7的活塞桿頂在反力架橫梁5底面中央。模型箱19左右兩側(cè)外壁中央位置各焊接一根 反力架立柱4,反力架橫梁5兩端分別與兩反力架立柱4頂端焊接。
[0037] 所述的模型箱19是采用厚度約為30mm的鋼板焊接而成的長(zhǎng)方形箱體，內(nèi)空尺寸 大致為長(zhǎng)5m、寬3m、高3m，模型箱19上部開(kāi)口。
[0038] 所述的側(cè)向柔性加載囊1和堅(jiān)向柔性加載囊2均是用橡膠制作的扁平狀水袋，側(cè) 向柔性加載囊1長(zhǎng)約4. 95m，較模型箱19內(nèi)空長(zhǎng)度小5(T60mm，高度與試驗(yàn)土體42高度一 致（2. 2m或2. 4m或2. 6m或2. 8m)，厚度約5(T60mm，側(cè)向柔性加載囊1頂部中央設(shè)第一排 氣閥12,第一排氣閥12采用嵌入式排氣閥，在側(cè)向柔性加載囊1右側(cè)壁上距下邊緣100mm、 前邊緣1. 5m處設(shè)側(cè)向注水孔接口 47,側(cè)向注水孔接口 47與第一側(cè)向加壓注水管10采用螺 紋連接。
[0039] 所述的堅(jiān)向柔性加載囊2長(zhǎng)約4. 95m，寬約2. 95m，厚度約5(T60mm，其長(zhǎng)和寬均較 模型箱19內(nèi)空長(zhǎng)和寬小5(T60mm，堅(jiān)向柔性加載囊2在左端部側(cè)壁中央設(shè)第二排氣閥17， 第二排氣閥17采用嵌入式排氣閥，在堅(jiān)向柔性加載囊2右端部側(cè)壁中央設(shè)堅(jiān)向注水孔接口 48,堅(jiān)向注水孔接口 48與第一堅(jiān)向加壓注水管15采用螺紋連接。
[0040] 所述的剛性加載板3采用厚度約為50mm的鋼板制作，剛性加載板3長(zhǎng)約4. 95m，寬 約2. 95m，其長(zhǎng)、寬較模型箱19內(nèi)空的長(zhǎng)和寬均小3(T50mm。
[0041] 所述的模擬頂管18由鋼管40、環(huán)形端板38、左端板39和環(huán)形水囊22等部件組成。 鋼管40是外徑為0. 3~0. 5m、壁厚為10 mm、長(zhǎng)約5m的普通碳素鋼管；左端板39外徑與鋼管 40外徑一致，位于鋼管40左端，左端板39與鋼管40焊接，環(huán)形端板38焊接在鋼管40右端 端口處；8~10個(gè)環(huán)形水囊22套在鋼管40外壁上，環(huán)形水囊22沿鋼管40縱向依次緊密排 列，彼此無(wú)空隙。在鋼管40管壁與各環(huán)形水囊22上水管接口 51和氣管接口 52對(duì)應(yīng)的位 置鉆圓柱形小孔，所述圓柱形小孔直徑比進(jìn)水支管31和排氣支管32外徑大5飛_。
[0042] 所述的環(huán)形端板38是內(nèi)徑與鋼管40外徑一致、外徑比內(nèi)徑大10(Tl50mm、厚度約 為10mm的圓環(huán)形鋼板。在環(huán)形端板38上與模型箱19上的螺柱35相對(duì)應(yīng)的位置制作螺孔， 螺孔孔徑略大于螺柱35的外徑。
[0043] 所述的環(huán)形水囊22是用橡膠制作的環(huán)形扁平狀水袋，每個(gè)環(huán)形水囊22長(zhǎng)為 0. 5~0. 6m，環(huán)形水囊22內(nèi)徑與鋼管40外徑一致，壁厚為8(Tl00mm。在環(huán)形水囊22內(nèi)環(huán)環(huán) 壁底部和頂部中央分別設(shè)置水管接口 51和氣管接口 52。
[0044] 所述的橡膠墊圈37是用橡膠制作的內(nèi)徑比模擬頂管外徑大5飛mm、外徑與環(huán)形端 板38外徑一致的環(huán)形橡膠墊片，在橡膠墊圈37上和模型箱19上螺柱35相對(duì)應(yīng)的位置制 作螺孔，螺孔孔徑略大于螺柱35外徑。
[0045] 第一側(cè)向加壓注水管10、第二側(cè)向加壓注水管11、第一堅(jiān)向加壓注水管15、第二 堅(jiān)向加壓注水管16、進(jìn)水總管23、水支管31、排氣總管27和排氣支管32均采用同型號(hào)外徑 15~18mm的金屬軟管。
[0046] 所述的反力架橫梁5和反力架立柱4均采用工字鋼制作，反力架橫梁5長(zhǎng)約3. 2m， 反力架立柱4高約2m，反力架立柱4底端距模型箱19上表面約lm，反力架橫梁5中心點(diǎn)和 液壓千斤頂7中心軸相正對(duì)。
[0047] 所述的土壓力盒20采用普通土壓力盒，在距堅(jiān)向柔性加載囊2底面以下100mm的 水平斷面上埋設(shè)24個(gè)土壓力盒20,具體布置為：在模型箱19寬度方向上等間距布置4排， 每排等間距布置6個(gè)；在距側(cè)向柔性加載囊1內(nèi)側(cè)面100mm的堅(jiān)直斷面上埋設(shè)15個(gè)土壓力 盒20 :在模型箱19長(zhǎng)度方向上等間距布置5排，每排等間距布置3個(gè)。
[0048] 所述的位移傳感器21采用磁致伸縮線性位移傳感器，它由測(cè)桿、電子倉(cāng)和套在測(cè) 桿上的非接觸的磁環(huán)組成。填土前，將50根位移傳感器21測(cè)桿堅(jiān)直立在模型箱19底板上： 在模型箱19底板寬度方向等間距布置五排，每排等間距布置6根。之后隨著填土的進(jìn)行， 在測(cè)桿上套上磁環(huán)：模擬頂管18正下方的四根位移傳感器測(cè)桿每根套2個(gè)磁環(huán)；其余16根 位移傳感器測(cè)桿每根等間距套5個(gè)套環(huán)。
[0049] 裝置適用范圍：
[0050] 本實(shí)用新型提供了 一種可模擬頂管施工引發(fā)地層變形的試驗(yàn)方法及裝置，適用于 模擬現(xiàn)場(chǎng)條件的頂管施工引發(fā)地層變形模型試驗(yàn)。
【權(quán)利要求】
1. 模擬頂管施工引發(fā)地層損失的試驗(yàn)裝置，它包括側(cè)向柔性加載囊（1 )、剛性加載板 (3)、液壓千斤頂（7)、模擬頂管（18)、模型箱（19)、環(huán)形水囊（22)、進(jìn)水總管（23)、排氣總管 (27)、橡膠墊圈（37)，其特征在于：將側(cè)向柔性加載囊（1)黏貼在模型箱（19)右側(cè)內(nèi)壁上， 在模型箱（19)右側(cè)壁下部距模型箱（19)底板98 - 102mm、距前側(cè)壁1. 4 一 1. 6m處開(kāi)第 一注水管預(yù)留孔（49)，第一注水管預(yù)留孔（49)為一圓柱形孔，孔徑比第二側(cè)向加壓注水管 11外徑大5飛_，第二側(cè)向加壓注水管（11)穿過(guò)第一注水管預(yù)留孔（49)，左端與側(cè)向柔性 加載囊（1)上的側(cè)向注水孔接口（47)連接，右端順序連接側(cè)向加載壓力表（8)、側(cè)向注水 閥（45)、第一側(cè)向加壓注水管（10)和側(cè)向加載加壓泵（9)，第二側(cè)向加壓注水管（11)與模 型箱（19)上的第一注水管預(yù)留孔（49)之間的間隙采用結(jié)構(gòu)膠封填，在模型箱（19)前側(cè)壁 中部距模型箱（19)底板1/3箱體高度處開(kāi)一直徑為0. 4 - 0. 7m的圓形頂管預(yù)留孔（43)， 圓形頂管預(yù)留孔（43)直徑比環(huán)形水囊（22)外徑大20mm，環(huán)圓形頂管預(yù)留孔（43)周邊均勻 焊接六個(gè)螺柱（35)，模擬頂管（18)穿過(guò)模型箱（19)前側(cè)壁上的圓形頂管預(yù)留孔（43)平放 在模型箱（19)中，模擬頂管（18)右端的環(huán)形端板（38)緊貼模型箱（19)前側(cè)壁，橡膠墊圈 (37)套在鋼管（40)上夾在環(huán)形端板（38)與模型箱（19)前側(cè)壁之間，模型箱（19)上的螺柱 (35)穿過(guò)橡膠墊圈（37)和環(huán)形端板（38)上的螺孔，螺帽（36)擰在螺柱（35)上，將環(huán)形端 板（38)與模型箱（19)前側(cè)壁連接，將各進(jìn)水支管（31)和排氣支管（32)的一端分別連接到 環(huán)形水囊（22)上的水管接口（ 51)和氣管接口（ 52)上，各進(jìn)水支管（31)和排氣支管（32)的 另一端穿過(guò)鋼管（40)管壁上預(yù)留的圓柱形孔，分別與進(jìn)水總管（23)和排氣總管（27)連接， 用結(jié)構(gòu)膠封填進(jìn)水支管（31)和排氣支管（32)與鋼管（40)管壁上的圓柱形孔之間的空隙， 進(jìn)水總管（23)右端順序連接進(jìn)水總管壓力表（24)、進(jìn)水總管閥門(mén)（25)和進(jìn)水總管加壓泵 (26)，排氣總管（27)右端順序連接流量計(jì)（28)和排氣總管閥門(mén)（29)，堅(jiān)向柔性加載囊（2) 水平放置在試驗(yàn)土體（42)上，在模型箱（19)右側(cè)壁下部距模型箱（19)底板2. 2~2. 8m、距前 側(cè)壁1.4-1. 6m處開(kāi)第二注水管預(yù)留孔（50)，第二注水管預(yù)留孔（50)為一圓柱形孔，其孔徑 比第一堅(jiān)向加壓注水管（15)外徑大5飛mm，第一堅(jiān)向加壓注水管（15)穿過(guò)第二注水管預(yù)留 孔（50)，左端與堅(jiān)向柔性加載囊（2)上的堅(jiān)向注水孔接口（48)連接，右端順序連接堅(jiān)向加 載壓力表（13)、堅(jiān)向注水閥（46)、第二堅(jiān)向加壓注水管（16)和堅(jiān)向加載加壓泵（14)，第一 堅(jiān)向加壓注水管（15)與模型箱（19)上的第二注水管預(yù)留孔（50)之間的間隙采用結(jié)構(gòu)膠封 填，剛性加載板（3)放置在堅(jiān)向柔性加載囊（2)上，剛性加載板（3)上表面中心位置焊接傳 力柱（6)，傳力柱（6)上放置液壓千斤頂（7)，液壓千斤頂（7)連接千斤頂壓力傳感器（44)， 液壓千斤頂（7)的活塞桿頂在反力架橫梁（5)底面，模型箱（19)左右兩側(cè)外壁各焊接反力 架立柱（4)，反力架橫梁（5)兩端分別與兩反力架立柱（4)頂端焊接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬頂管施工引發(fā)地層損失的試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述 的模型箱（19)是采用厚度為28 - 32mm的鋼板焊接的長(zhǎng)方形箱體，內(nèi)空尺寸大致為長(zhǎng)5m、 寬3m、高3m，模型箱（19)上部開(kāi)口。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬頂管施工引發(fā)地層損失的試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述 的側(cè)向柔性加載囊（1)和堅(jiān)向柔性加載囊（2)是用橡膠制作的扁平狀水袋，側(cè)向柔性加載 囊（1)長(zhǎng)4. 95m，較模型箱（19)內(nèi)空長(zhǎng)度小5(T60mm，高度與試驗(yàn)土體（42)高度一致2. 2 - 2. 8m，厚度5(T60mm，側(cè)向柔性加載囊（1)頂部設(shè)第一排氣閥（12)，第一排氣閥（12)采用嵌 入式排氣閥，在側(cè)向柔性加載囊（1)右側(cè)壁上距下邊緣98 - 102mm、前邊緣1.4 一 1.6m處 設(shè)側(cè)向注水孔接口（47)，側(cè)向注水孔接口（47)與第一側(cè)向加壓注水管（10)連接，所述的堅(jiān) 向柔性加載囊（2 )長(zhǎng)4. 95m，寬2. 95m，厚度5(T60mm，其長(zhǎng)和寬均較模型箱（19 )內(nèi)空長(zhǎng)和寬 小5(T60mm，堅(jiān)向柔性加載囊（2)在左端部側(cè)壁中央設(shè)第二排氣閥（17)，第二排氣閥（17)采 用嵌入式排氣閥，在堅(jiān)向柔性加載囊（2)右端部側(cè)壁設(shè)堅(jiān)向注水孔接口（48)，堅(jiān)向注水孔 接口（48)與第一堅(jiān)向加壓注水管（15)連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬頂管施工引發(fā)地層損失的試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述 的剛性加載板（3)采用厚度為48 - 52mm的鋼板制作，剛性加載板（3)長(zhǎng)4. 95m，寬2. 95m， 其長(zhǎng)、寬較模型箱（19)內(nèi)空的長(zhǎng)和寬均小于3(T50mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬頂管施工引發(fā)地層損失的試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述 的模擬頂管（18)由鋼管（40)、環(huán)形端板（38)、左端板（39)和環(huán)形水囊（22)部件組成，鋼管 (40)是外徑為0. 3~0. 5m、壁厚為10 mm、長(zhǎng)5m的碳素鋼管；左端板（39)外徑與鋼管（40)外 徑一致，位于鋼管（40)左端，左端板（39)與鋼管（40)焊接，環(huán)形端板（38)焊接在鋼管（40) 右端端口處；8?10個(gè)環(huán)形水囊（22)套在鋼管（40)外壁上，環(huán)形水囊（22)沿鋼管（40)縱向 依次排列，在鋼管（40 )管壁與各環(huán)形水囊（22 )上水管接口（ 51)和氣管接口（ 52 )對(duì)應(yīng)的位 置鉆圓柱形孔，所述圓柱形孔直徑比進(jìn)水支管（31)和排氣支管（32)外徑大于5飛mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬頂管施工引發(fā)地層損失的試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述 的環(huán)形端板（38)是內(nèi)徑與鋼管（40)外徑一致、外徑比內(nèi)徑大10(Tl50mm、厚度為10mm的圓 環(huán)形鋼板，在環(huán)形端板（38)上與模型箱（19)上的螺柱（35)相對(duì)應(yīng)的位置制作螺孔，螺孔孔 徑略大于螺柱（35)的外徑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬頂管施工引發(fā)地層損失的試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述 的環(huán)形水囊（22 )是用橡膠制作的環(huán)形扁平狀水袋，每個(gè)環(huán)形水囊（22 )長(zhǎng)為0. 5~0. 6m，環(huán)形 水囊（22)內(nèi)徑與鋼管（40)外徑一致，壁厚為8(Tl00mm，在環(huán)形水囊（22)內(nèi)環(huán)環(huán)壁底部和 頂部分別設(shè)置水管接口（51)和氣管接口（52)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬頂管施工引發(fā)地層損失的試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述 的橡膠墊圈（37 )是用橡膠制作的內(nèi)徑比模擬頂管外徑大5飛mm、外徑與環(huán)形端板（38 )外徑 一致的環(huán)形橡膠墊片，在橡膠墊圈（37)上和模型箱（19)上螺柱（35)對(duì)應(yīng)的位置制作螺孔。
【文檔編號(hào)】G01N33/24GK203881760SQ201420302035
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】陳善雄, 程劉勇, 許錫昌, 王星運(yùn) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所