本裝置適用于模擬隧道單層襯砌局部防排水系統(tǒng)性能的模型試驗(yàn)裝置，屬于地下工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，我國(guó)絕大多數(shù)礦山法隧道都是采用的復(fù)合式襯砌型式，包括外層的掛網(wǎng)錨噴支護(hù)和內(nèi)層的模筑襯砌，中間夾柔性防水層。在防水設(shè)計(jì)上，隧道防水主要依賴于初期支護(hù)與二次襯砌之間的防水卷材，而一般不考慮初期支護(hù)的防水性。所以，因?yàn)榉浪迥途眯圆罴岸r混凝土易開(kāi)裂等原因?qū)е碌乃淼罎B漏水的現(xiàn)象仍然很?chē)?yán)重。隨著噴射混凝土施工工藝和質(zhì)量性能的提高，發(fā)展出一種新的隧道支護(hù)體系——單層襯砌。目前單層襯砌主要采用噴錨支護(hù)形式，根據(jù)不同的圍巖級(jí)別噴射不同厚度的混凝土，在極差的情況下可以采用模筑混凝土。單層襯砌的防水性主要依靠噴射混凝土自身的抗?jié)B性。若隧道修建地區(qū)滲水量較大，應(yīng)設(shè)置排水系統(tǒng)。設(shè)置排水系統(tǒng)的單層襯砌應(yīng)分層噴射，且內(nèi)側(cè)的混凝土抗?jié)B性應(yīng)比靠近圍巖側(cè)更高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一套試驗(yàn)裝置，通過(guò)模擬隧道單層襯砌結(jié)構(gòu)，對(duì)單層襯砌防排水系統(tǒng)的實(shí)際效果在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，相比現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)既節(jié)約成本又減小風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也為是否需要進(jìn)一步進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)提供技術(shù)支撐。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為模擬隧道單層襯砌防局部排水系統(tǒng)性能的模型試驗(yàn)裝置，該試驗(yàn)裝置分為外部箱體和內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩部分。

外部箱體包括鋼制試驗(yàn)箱1和進(jìn)水口2，進(jìn)水口2散布在鋼制試驗(yàn)箱1的上表面，進(jìn)水口2外接加壓水泵。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括填土層3、初噴混凝土層4、排水管網(wǎng)5、復(fù)噴混凝土層6和出水口7。填土層3、排水管網(wǎng)5、初噴混凝土層4、復(fù)噴混凝土層6在鋼制試驗(yàn)箱1內(nèi)部從上到下順次分層布置；出水口7設(shè)置在鋼制試驗(yàn)箱1的側(cè)部，出水口7和排水管網(wǎng)5連接。

排水管網(wǎng)5為水平布置的井字結(jié)構(gòu)。排水管網(wǎng)5由多種管壁開(kāi)孔的管道制作并設(shè)置在初噴混凝土層4的內(nèi)部。

填土層3根據(jù)試驗(yàn)對(duì)象采用等比例的土質(zhì)混合物進(jìn)行配比。初噴混凝土層4采用噴射混凝土模擬隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，噴射混凝土的材料性能通過(guò)參數(shù)控制的方法現(xiàn)澆，使其與實(shí)際的噴射混凝土物理力學(xué)性質(zhì)等效相同，厚度為5～7cm。復(fù)噴混凝土層6與初噴混凝土層4工法等效相同，厚度為7～10cm，但抗?jié)B性比初噴混凝土層4強(qiáng)，通過(guò)對(duì)復(fù)噴混凝土層6表面刷滲透結(jié)晶材料實(shí)現(xiàn)。

排水工作機(jī)理：水通過(guò)進(jìn)水口2進(jìn)入填土層3，再滲透通過(guò)初噴混凝土層4，通過(guò)排水管網(wǎng)5上的孔進(jìn)入，排水管網(wǎng)5的管道與出水口7相連，水排出。

本試驗(yàn)裝置優(yōu)點(diǎn)是：

1、結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，平面布置方便管材加工；

2、可以模擬不同水壓力條件下的單層襯砌排水系統(tǒng)防排水試驗(yàn)；

3、本裝置可根據(jù)試驗(yàn)要求靈活更改尺寸，相比現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工序簡(jiǎn)單，節(jié)約成本，參與試驗(yàn)的人員人身安全受保障。

附圖說(shuō)明

圖1為本試驗(yàn)裝置三維效果剖視圖。

圖2為本試驗(yàn)裝置剖視圖。

圖中：1-鋼制試驗(yàn)箱，2-進(jìn)水口，3-填土層，4-初噴混凝土層，5-排水管網(wǎng)，6-復(fù)噴混凝土層，7-出水口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本試驗(yàn)裝置的安裝步驟進(jìn)行進(jìn)一步描述。

步驟1、將鋼制試驗(yàn)箱1固定在試驗(yàn)場(chǎng)地；

步驟2、采用噴射混凝土制作復(fù)噴混凝土層6，并養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間，在其表面刷滲透結(jié)晶材料；

步驟3、對(duì)排水管網(wǎng)5外部裹上過(guò)濾層并安裝、接入出水口7；

步驟4、采用噴射混凝土制作初噴混凝土層4，并養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間；

步驟5、根據(jù)試驗(yàn)圍巖條件施做填土層3；

步驟6、安裝帶進(jìn)水口2的蓋板，進(jìn)水口外接加壓水泵。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了模擬隧道單層襯砌局部防排水系統(tǒng)性能的模型試驗(yàn)裝置，屬于地下工程領(lǐng)域。該試驗(yàn)裝置分為外部箱體和內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩部分，通過(guò)模擬隧道單層襯砌結(jié)構(gòu)，對(duì)單層襯砌防排水系統(tǒng)的實(shí)際效果在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，相比現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)既節(jié)約成本又減小風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也為是否需要進(jìn)一步進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)提供技術(shù)支撐。本裝置結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，平面布置方便管材加工；可以模擬不同水壓力條件下的單層襯砌排水系統(tǒng)防排水試驗(yàn)；可根據(jù)試驗(yàn)要求靈活更改尺寸，相比現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工序簡(jiǎn)單，節(jié)約成本，參與試驗(yàn)的人員人身安全受保障。

技術(shù)研發(fā)人員：李鵬飛;劉宏川;王秋生;魏盼
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.09
技術(shù)公布日：2017.08.22