[0001] 本发明属于顶管施工技术领域，涉及顶管施工的触变泥浆，尤其是一种用于测试触变泥浆性能的装置及方法。

[0002] 触变泥浆是一种特殊的泥浆，静止和扰动的条件下能够分别呈现出凝胶状态和溶胶状态，在顶管施工中常用作润滑剂，以减小管道与周围土体之间的摩擦阻力，提高施工效
率；此外，触变泥浆还能在管道周围形成一层稳定的泥浆套，对土体及管道起到支撑作用；
对触变泥浆性能进行检测有利于优化泥浆配比，传统的触变泥浆检测装置模拟土体环境进
行试验，存在以下问题：
1、传统的触变泥浆检测装置只能测试单一条件下触变泥浆的减阻性能，无法根据
工程实际情况改变不同的测试条件来获得泥浆在实际工程中的减阻及支撑效果，检测结果
往往与实际应用场景存在较大差距；
2、传统的触变泥浆检测装置只关注触变泥浆对管节的减阻效果，无法检测触变泥
浆形成的泥浆套对管节的支撑和保护作用，检测结果不够全面，对实际应用的意义不大。

[0003] 为此，我们提出一种用于测试触变泥浆性能的装置及方法，以解决上述问题。

[0020] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”
的含义是两个或两个以上。

[0021] 实施例1：一种用于测试触变泥浆性能的装置，如图1、图2所示，包括试验箱1、牵引管2、试验
管3、压力检测组件4、位移检测组件5、牵引组件6、注浆组件7和计算机8，试验箱1内穿装牵
引管2和试验管3，牵引管2的前端部固定安装牵引组件6，牵引管2的后端部密封安装试验管
3，通过牵引组件6带动牵引管2向前移动，进而带动试验管3在试验箱1内向前移动；注浆组
件7的一端部连接试验管3，用于向位于试验管3周侧的试验箱1内注入触变泥浆；试验箱1内
安装压力检测组件4和位移检测组件5的一端部，压力检测组件4、位移检测组件5的另一端
部均连接计算机8，用于检测、收集试验数据并发送至计算机8进行分析计算，实现数据可视
化及进行数据分析。

[0022] 如图1、图2所示，试验箱1为长方体结构，采用塑料或玻璃等透明材料制成，便于观察试验情况，试验箱1内部填装有试验土11，试验土11可直接采用施工现场的原状土，也可
采用根据施工现场土层条件在实验室内制备出的相同密度和含水率的重塑土；试验箱1包
括若干拼装槽12、盖板13和一对侧板14，若干拼装槽12为U型结构且依次固定安装在一起，
便于试验完成后观测不同截面处泥浆套的成形情况，本实施例中拼装槽12的数量为四个；
一对侧板14分别固定安装在若干拼装槽12的两侧端，一对侧板14的中部均制有用于穿装牵
引管2或者试验管3的圆孔141，圆孔141的直径略大于牵引管2的直径，避免洞口对牵引管2
产生摩擦阻力；盖板13固定安装在若干拼装槽12、一对侧板14的顶端部，与若干拼装槽12和
一对侧板14共同形成封闭结构；盖板13、若干拼装槽12、一对侧板14的外表面之间均设置扣
件，便于拼装和拆卸。

[0023] 牵引管2与实际施工所采用的管道一致，牵引管2的长度大于试验箱1的长度，牵引管2的后端部位于试验箱1外；牵引管2的前端部固定安装牵引组件6，牵引组件6包括弹力绳
61和测力计62，弹力绳61的一端部固定安装在牵引管2上，弹力绳61的另一端部固定安装测
力计62，测力计62用于测量牵引管2和/或试验管3在试验土11中的摩擦阻力；牵引管2的后
端部固定安装试验管3，牵引管2的直径略大于试验管3的直径，便于向试验管3周侧注入触
变泥浆；牵引管2与试验管3的连接处采用橡胶套进行密封，试验管3的管壁上间隔制有若干
注浆孔31，注浆孔31的布置位置根据试验需求确定。优选的，牵引管2和试验管3的材质、表
面粗糙程度等各种参数均相同；牵引管2和试验管3的端头内侧均设置拉环，用于安装弹力
绳61。

[0024] 注浆组件7包括注浆管71、注浆机72和压力表73，注浆机72内灌装触变泥浆，注浆机72的出浆口固定安装注浆管71的一端部，注浆管71的另一端部延伸至试验管3内且连通
注浆孔31，用于通过注浆孔31向试验管3周侧注浆；且注浆机72与注浆管71连接的部位固定
安装压力表73，用于监测触变泥浆的注浆压力。

[0025] 试验箱1内设置压力检测组件4，用于检测牵引管2和/或试验管3所受到的压力，压力检测组件4包括若干压力传感器41和压力采集器42，牵引管2和/或试验管3的管壁外侧间
隔固定安装若干压力传感器41，试验管3的相邻注浆孔31之间也固定安装压力传感器41，压
力传感器41的数量、分布位置根据实际需求确定，本实施例在牵引管2和/或试验管3的同一
横截面位置均匀布置四个压力传感器41，分别测量牵引管2和/或试验管3在上、下、左、右四
个方向上受到的压力；若干压力传感器41均连接至压力采集器42，能够将检测到的压力数
据发送至压力采集器42进行收集，压力采集器42连接计算机8，将收集到的所有压力数据发
送至计算机8进行分析计算。优选的，压力传感器41的型号为2SMPB‑02E，压力采集器42采用
碧普的数据采集系统。

[0026] 试验土11内还埋设位移检测组件5，用于检测土体的位移情况，位移检测组件5包括若干位移传感器51和位移采集器52，试验土11内间隔设置若干位移传感器51，位移传感
器51的数量、分布位置根据实际需求确定；若干位移传感器51均连接至位移采集器52，能够
将检测到的位移数据发送至位移采集器52进行收集，位移采集器52连接计算机8，将收集到
的所有位移数据发送至计算机8进行分析计算。优选的，位移传感器51的型号为EPM0100‑
P02‑A010，位移采集器52采用碧普的数据采集系统。

[0027] 实施例2：一种用于测试触变泥浆性能的方法，如图3所示，还包括以下步骤：
步骤S101、拼装试验箱1及管道组件；其中，
将若干拼装槽12依次固定安装在一起，本实施例中拼装槽12的数量为四个；将一
对侧板14固定安装在若干拼装槽12的两侧，拼装完成后选择要进行试验的试验土11进行分
层填充，填充时在试验土11中同步安装若干位移传感器51；待试验土11的高度接近一对侧
板14的圆孔141位置时，在拼装槽12、侧板14内插装牵引管2，在牵引管2的外管壁上间隔固
定安装若干压力传感器41；再填充下一层试验土11以及安装位移传感器51，直至拼装槽12
内填满试验土11，确保试验土11与牵引管2之间没有空隙，最后在若干拼装槽12、一对侧板
14的顶端部固定安装盖板13，形成试验箱1；试验箱1的拆卸顺序与拼装顺序相反。

[0028] 在牵引管2的前端部依次固定安装弹力绳61和测力计62，在牵引管2的后端部密封安装试验管3，试验管3的外管壁上间隔固定安装若干压力传感器41；在注浆机72内填充所
要试验的触变泥浆，将与注浆机72相连的注浆管71连接至试验管3的注浆孔31；并将若干压
力传感器41、若干位移传感器51分别连接至压力采集器42、位移采集器52，再将压力采集器
42、位移采集器52均连接至计算机8。

[0029] 步骤S103、获取试验数据；其中，试验箱1、牵引管2、试验管3等结构均安装完毕后，匀速拉动测力计62，带动牵引管
2向前移动，直至牵引管2的后端部进入试验箱1，记录拉动过程中测力计62的数据，即在无
触变泥浆条件下的牵引管2与试验土11之间的摩擦力，同时通过压力传感器41检测牵引管2
所受到的压力数据，并将压力数据通过压力采集器42发送至计算机8，根据测得的摩擦力与
压力数据计算出无触变泥浆条件下的摩擦力，摩擦力通过公式（1）计算得出：
F摩=P·μ·S                              （1）
式中，F摩为牵引管2或试验管3与试验土11之间的摩擦力；P为牵引管2或试验管3所
受到的压力数据；μ为牵引管2或试验管3与试验土11之间的摩擦系数，具体数值根据试验土
11的种类、牵引管2或试验管3的结构确定；S为牵引管2或试验管3与试验土11的接触面积大
小。

[0030] 进一步的，压力数据P通过公式（2）计算得出：P=（P1+ P2+ P3+ P4）÷4                          （2）
式中，P1为牵引管2或试验管3上方受到的试验土11压力， P2为牵引管2或试验管3
左侧受到的试验土11压力， P3为牵引管2或试验管3右侧受到的试验土11压力，P4为牵引管2
或试验管3下方受到的试验土11压力。

[0031] 在牵引管2的后端部完全进入试验箱1后，继续拉动牵引管2，试验管3会被同步拉动进入试验箱1，在试验管3进入试验箱1的过程中开启注浆机72，通过注浆管71、注浆孔31
对试验管3周侧进行注浆，将牵引管2完全拉出试验箱1后，此时试验管3位于试验箱1中，拆
卸下牵引管2，将弹力绳61和测力计62拆下并安装在试验管3的前端部，继续匀速牵引；注浆
过程中随时观察压力表73，待注浆完成后保持注浆压力恒定，继续匀速拉动测力计62测量
试验管3的数据，即在有触变泥浆进行减阻条件下的试验管3与试验土11之间的摩擦力，同
时通过压力传感器41检测试验管3所受到的压力数据，并将压力数据通过压力采集器42发
送至计算机8，根据测得的摩擦力与压力数据计算出有触变泥浆条件下的摩擦力，摩擦力通
过公式（1）计算得出，压力数据通过公式（2）计算得出。

[0032] 在拉动牵引管2和试验管3的过程中，通过位移传感器51记录牵引管2和/或试验管3上、下方的试验土11位移数据，并将位移数据通过位移采集器52发送至计算机8，计算分析
触变泥浆对试验土11支撑性能的强弱。

[0033] 步骤S105、观察泥浆套的成形情况；其中，测量完触变泥浆减阻条件下牵引管2和/或试验管3与试验土11之间的摩擦力后，
将试验管3拉出试验土11，先将盖板13和一对侧板14取下，此时触变泥浆在试验土11内形成
泥浆套，测量位于试验箱1两侧的泥浆套厚度并记录，再将位于最外侧的两个拼装槽12拆
下，切除露出的部分试验土11，测量距离试验箱1两端部四分之一处的泥浆套厚度并记录，
最后将位于中间的两个拼装槽12拆下，从中间切开剩余试验土11，测量位于试验箱1中部的
泥浆套厚度并记录，分析泥浆套的成形情况。

[0034] 根据试验需求，可分别或同时改变试验土11的种类、触变泥浆的配比、注浆压力、牵引管2以及试验管3的种类，重复进行试验，准确快捷地模拟测定不同触变泥浆在不同工
况下的减阻、支撑性能及泥浆套成形效果，为在不同实际施工情况中选择不同的触变泥浆
配比及注浆方案提供数据支持，也为研究不同配比下触变泥浆的减阻、支撑性能提供了基
础。

[0035] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当
将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员
可以理解的其他实施方式。