1.一种大断面矩形曲线顶管管周阻力测试评价方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:预制矩形管节,在矩形管节的四周埋置土压力盒,在矩形管节的内表面安装反射棱镜;
S2:预埋矩形管节,首先在试验箱体底部铺设部分土体,将若干节矩形管节按照预定顶进曲率S3:安装液压顶推组件和姿态监测组件,将顶推器安装在反力架上,压力传感器安装在顶推器的顶推面上;激光发射器安装在反力架上,激光接收器安装在后减阻台上;
S4:安装注浆组件,连接注浆组件,将注浆组件与矩形管节连接;
S5:无注浆顶进,利用液压顶推组件顶进顶管;
S6:注浆顶进,利用注浆组件对试验箱体内进行注浆,利用液压顶推组件顶进顶管;
S7:矩形曲线顶管管周阻力计算,通过计算顶管管周阻力,分析顶管管周阻力分布特征,比较注浆前后管周摩阻力的变化,判断注浆效果。
2.根据权利要求1所述的大断面矩形曲线顶管管周阻力测试评价方法,其特征在于,所述测试评价方法还包括步骤S8,更换土体的类型和触变泥浆的成分配比并进行试验,分析不同配比的触变泥浆的减阻效果,优化触变泥浆配比方案;
在所述步骤S1中,矩形管节的预制总数量为放置在试验箱体内的矩形管节的数量的1.5倍;
在所述步骤S2中,在从顶推出口至顶推入口的方向上的矩形管节的编号依次为第1节、第2节……第10节;
在所述步骤S3中,在顶管与液压顶推组件的直接接触的一面放置钢垫板;
所述步骤S5和所述步骤S6中,在液压顶推组件的作用下,当一节矩形管节由顶推出口推出试验箱体后,将顶推器恢复到初始状态,然后在顶推器与顶管之间放置一节矩形管节,对顶管的矩形管节进行重新编号,然后继续进行试验;
在所述步骤S5中,液压顶推组件推动顶管匀速前进的顶推力即为大断面矩形曲线顶管在注浆前的管周摩阻力在公式(1)中,
在所述步骤S6中,将两节矩形管节为一组进行编组,在从顶推出口至顶推入口的方向上的矩形管节依次为第1组~第5组,利用注浆组件从第1组至第5组依次注浆,注浆的同时利用液压顶推组件顶进顶管;
液压顶推组件推动顶管匀速前进的顶推力即为大断面矩形曲线顶管注浆后的管周摩阻力在公式(2)中,
注浆前后的管土摩擦系数比值为
根据注浆前后的管土摩擦系数比值
在所述步骤S7中,依据矩形顶管上埋设的土压力盒测得数值,分析矩形管节在不同路径曲线顶进时曲线内外侧的土压力分布特征,并依此分析顶管在不同路径曲线顶进时管周阻力分布特征。
3.根据权利要求2所述的大断面矩形曲线顶管管周阻力测试评价方法,其特征在于,矩形管节的楔形量
在公式(4)中,
液压杆件顶推速率与顶进路径曲率半径
在公式(5)中,
4.根据权利要求3所述的大断面矩形曲线顶管管周阻力测试评价方法,其特征在于,所述测试评价方法利用测试系统进行实施,所述测试系统包括试验箱体、液压顶推组件、姿态监测组件、注浆组件、数据采集组件、数据采集仪和计算机,其中,所述试验箱体内容纳有土体,所述土体内埋设有顶管,所述顶管水平贯穿所述试验箱体和所述土体,所述土体的上表面施加有配重块;
所述液压顶推组件与所述顶管连接,所述液压顶推组件用于推动所述顶管移动;
所述注浆组件用于向所述顶管周围的所述土体内注浆;
所述姿态监测组件用于对所述顶管的顶进路线进行矫正控制;
所述数据采集组件用于采集试验数据,所述数据采集组件与所述数据采集仪连接,所述数据采集仪与所述计算机连接。
5.根据权利要求4所述的大断面矩形曲线顶管管周阻力测试评价方法,其特征在于,所述试验箱体包括底板和四块侧板,四块所述侧板依次连接并合围成框型结构,四块所述侧板的下端均与所述底板连接,所述侧板的材质为透明的亚克力板材,所述试验箱体的厚度在与所述试验箱体的长度方向垂直的一块所述侧板上设置有顶推入口,在与所述试验箱体的长度方向垂直的另一块所述侧板上设置有顶推出口;
所述顶管的轴线为弧形的曲线,靠近所述顶推入口的所述顶管的一端的轴线位于所述试验箱体的轴线上,靠近所述顶推出口的所述顶管的一端的轴线位于所述试验箱体的轴线的一侧;
所述顶管包括若干节矩形管节,所述矩形管节在宽度方向为楔形结构,所述矩形管节靠近所述曲线的外缘的一端的宽度所述矩形管节的长度
位于所述矩形管节的上方的所述土体的厚度为
位于所述试验箱体内的所述矩形管节的节数为10节;
所述配重块设置有若干个,若干个所述配重块沿所述试验箱体的长度方向上均匀排列。
6.根据权利要求4所述的大断面矩形曲线顶管管周阻力测试评价方法,其特征在于,所述测试系统还包括减阻台,所述减阻台与所述试验箱体接触,所述减阻台的下方设置有支撑腿,所述支撑腿固定在地面上,所述减阻台上均匀分布有若干根减阻轴,所述减阻轴的轴线与所述试验箱体的长度方向上的轴线垂直,所述减阻轴上均匀套设有若干滑轮,相邻的两根所述减阻轴之间的距离为2cm~4cm,相邻的两个所述滑轮之间的距离为2cm~3cm,所述减阻台的长度为所述减阻台设置有两个,两个减阻台分别为前减阻台和后减阻台,所述前减阻台设置在所述顶推入口处,所述后减阻台设置在所述顶推出口处,所述前减阻台的宽度为
7.根据权利要求6所述的大断面矩形曲线顶管管周阻力测试评价方法,其特征在于,所述液压顶推组件包括反力架和顶推器,所述反力架设置在所述前减阻台的外侧,所述顶推器与所述反力架连接;
所述顶推器的输出端与所述顶管之间设置有钢垫板,所述顶推器能够推动所述顶管移动,所述顶推器的中心轴线与所述矩形管节的厚度方向上的中心轴线重合;
所述顶推器包括八根液压杆件,所述顶推器的中心轴线的四周分别设置有两个所述液压杆件;
所述液压杆件与所述数据采集仪连接,所述计算机能够控制每根所述液压杆件的顶推速率。
8.根据权利要求7所述的大断面矩形曲线顶管管周阻力测试评价方法,其特征在于,所述姿态监测组件包括激光发射器、反射棱镜和激光接收器,所述激光发射器设置在所述反力架上;
所述激光发射器位于所述顶推器的中心轴线上,每个所述矩形管节均设置有一个所述反射棱镜,所述反射棱镜设置在所述矩形管节靠近所述曲线的外缘的一端的内表面的中部,所述激光接收器设置在所述后减阻台的外侧的边缘,所述激光接收器与所述数据采集仪连接,所述计算机通过所述激光发射器发射出的激光的反射角度判断所述顶管的顶进路线是否偏离;
所述激光接收器上设置有刻度,所述激光发射器发射的激光通过所述反射棱镜反射到所述激光接收器上,所述激光接收器将激光落点的数据传输到所述计算机,所述计算机通过计算激光落点的偏差,控制所述液压杆件的顶推速率,进而对所述顶管的顶进路线进行纠偏;
所述激光接收器上刻度为角度,当所述顶管顶进时的角度偏差大于等于1°时,靠近激光落点一侧的所述液压杆件以1mm/min速度增加顶推速率以矫正顶进路线。
9.根据权利要求4所述的大断面矩形曲线顶管管周阻力测试评价方法,其特征在于,所述数据采集组件包括土压力盒和压力传感器,所述矩形管节具有的四个外表面,每个所述外表面预埋有两个所述土压力盒,所述土压力盒与所述数据采集仪连接,所述土压力盒用于测量所述矩形管节的管周的土压力;
所述压力传感器设置在所述液压杆件和所述钢垫板之间,所述压力传感器与所述数据采集仪连接,所述压力传感器用于测量所述液压杆件提供的顶推力。
10.根据权利要求4所述的大断面矩形曲线顶管管周阻力测试评价方法,其特征在于,所述注浆组件包括泥浆池、泥浆泵及注浆管,所述注浆管包括主注浆管和若干根次注浆管,若干根所述次注浆管均与所述主注浆管连通,所述次注浆管与所述矩形管节连接,每根所述次注浆管对应一节所述矩形管节;
所述主注浆管与所述泥浆泵连接,所述泥浆泵与所述泥浆池连接,所述次注浆管与所述矩形管节连接,所述泥浆池内存储有触变泥浆;
所述主注浆管包括第一段和第二段,所述第一段和所述第二段通过卡扣连接,所述主注浆管和所述次注浆管上均装有控制阀门,所述控制阀门由所述计算机控制。