[发明专利]一种装配式管道结构顶管施工离心模拟装置及方法

权利要求书

1.一种装配式管道结构顶管施工离心模拟装置，其特征在于：所述的装配式管道结构顶管施工离心模拟装置包括土体模型箱(2)、顶进机构、牵拉机构、掘进头部机构(10)和装配式管道模型(4)，土体模型箱(2)内设有土体模型(3)，土体模型箱(2)相对的两侧壁上开设有掘进开口(14)，顶进机构与牵拉机构分别设置在土体模型箱(2)的两侧，掘进头部机构(10)由掘进开口(14)穿过土体模型(3)，牵拉机构与掘进头部机构(10)前端连接，装配式管道模型(4)一端连接掘进头部机构(10)的后端，顶进机构连接装配式管道模型(4)的另一端。

2.根据权利要求1所述的装配式管道结构顶管施工离心模拟装置，其特征在于：所述的牵拉机构包括牵拉液压作动器(7)、滑轮(9)和牵拉导索(8)，牵拉导索(8)一端连接牵拉液压作动器(7)，另一端绕过滑轮(9)后连接掘进头部机构(10)。

3.根据权利要求1所述的装配式管道结构顶管施工离心模拟装置，其特征在于：所述的顶进机构包括顶进液压作动器(5)，顶进液压作动器(5)通过传力钢板(6)连接装配式管道模型(4)的另一端。

4.根据权利要求1所述的装配式管道结构顶管施工离心模拟装置，其特征在于：所述的装配式管道结构顶管施工离心模拟装置还包括一个外部支撑箱(1)，土体模型箱(2)固定在外部支撑箱(1)的内侧中部，顶进机构与牵拉机构分别固定在外部支撑箱(1)内部两侧。

5.根据权利要求4所述的装配式管道结构顶管施工离心模拟装置，其特征在于：所述的外部支撑箱(1)的底部设置有一个后端垫板(12)，装配式管道模型(4)设置在后端垫板(12)上侧。

6.根据权利要求1所述的装配式管道结构顶管施工离心模拟装置，其特征在于：所述的装配式管道模型(4)由多个管体(15)依次叠加的构成，每个管体(15)由多段管壁组合构成，相邻管壁端部相互插接。

7.根据权利要求1所述的装配式管道结构顶管施工离心模拟装置，其特征在于：所述的掘进头部机构(10)为一个掘进筒体，掘进筒体的截面形状与装配式管道模型(4)的截面形状相同，掘进筒体前端封闭设置。

8.权利要求1～7任一项所述的装配式管道结构顶管施工离心模拟装置的模拟方法，其特征在于：所述的模拟方法包括以下步骤：

在土体模型箱(2)内依据地勘资料制备土体模型(3)，连接顶进机构、牵拉机构、掘进头部机构(10)、装配式管道模型(4)；

将装配式管道结构顶管施工离心模拟装置移动至土工离心机工作吊篮内，启动离心机稳定提升离心加速度至Ng，其中N为倍数，g为重力加速度，N≤300；

调节顶进机构提供的推力及牵拉机构提供的拉力，实现掘进头部机构(10)及装配式管道模型(4)的逐步顶进，顶进过程中测试管道整体结构及接头部位力学性能。

9.根据权利要求8所述的装配式管道结构顶管施工离心模拟装置的模拟方法，其特征在于：在装配式管道模型(4)外表面进行润滑减阻处理，用以模拟原型顶进过程中泥浆减阻效果。