施工及運(yùn)營(yíng)期隧道滲流場(chǎng)模型試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種施工及運(yùn)營(yíng)期隧道滲流場(chǎng)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，屬于土木工程試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隧道長(zhǎng)期滲漏水可能導(dǎo)致隧道外地下水大量流失、地下水位下降、地表水源枯竭，伴隨著水土流失、植被破壞、地面塌陷等發(fā)生；對(duì)隧道結(jié)構(gòu)而言，滲漏水易造成襯砌變形、拱頂塌方，加速錨桿和拱架的腐蝕，同時(shí)侵蝕隧道內(nèi)附屬設(shè)施，此外，路面積水還會(huì)使行車環(huán)境惡化，影響行車安全，破壞路面質(zhì)量。由此可見，解決隧道滲漏水問題將有助于保證隧道結(jié)構(gòu)安全、延長(zhǎng)其使用壽命、保護(hù)周圍生態(tài)環(huán)境，其核心就是要了解隧道結(jié)構(gòu)與滲流場(chǎng)體之間的關(guān)系。隧道開挖的各個(gè)階段，地下滲流場(chǎng)會(huì)隨之改變，采用隧道滲流場(chǎng)模型試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法對(duì)地下滲流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，是研宄地下水變化、水壓力對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響及隧道涌水量等的一種重要手段。
[0003]國(guó)內(nèi)眾多科研院所先后對(duì)礦山法和盾構(gòu)隧道中的水問題進(jìn)行了模型試驗(yàn)設(shè)計(jì):
[0004](I)《巖石力學(xué)與工程》2007年第5期介紹了一種高水壓隧道滲流場(chǎng)試驗(yàn)裝置系統(tǒng)，由水壓力加載裝置、密閉箱體、隧道結(jié)構(gòu)和水壓力測(cè)試裝置4部分組成，密閉箱體用鋼板、槽鋼和工字鋼焊接加工而成，尺寸為2mX ImX 1.3m，該系統(tǒng)僅能在恒定靜水頭作用下對(duì)圓形預(yù)制隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬試驗(yàn)，無法實(shí)現(xiàn)隧道施工各階段滲流場(chǎng)以及動(dòng)水頭和變水頭的模擬。
[0005](2)專利權(quán)人為西南交通大學(xué)，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01120000959.7介紹了一種盾構(gòu)隧道泄水式管片襯砌模型試驗(yàn)箱。該試驗(yàn)箱包括密閉承壓的箱體、圓形PVC管構(gòu)成的隧道模型以及儲(chǔ)水容器，可以研宄泄水式管片襯砌對(duì)圍巖孔隙水壓力和泄流量的影響，但不能體現(xiàn)動(dòng)水頭和變水頭的影響，也無法模擬對(duì)隧道施工有重大影響的注漿層。
[0006](3)專利權(quán)人為山東大學(xué)，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01110412569.5介紹了一種海底隧道流固耦合模型試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法，包括高強(qiáng)度剛性試驗(yàn)結(jié)構(gòu)架、高強(qiáng)度鋼化玻璃密封箱、監(jiān)測(cè)顯示系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制平臺(tái)和壓力水箱，可模擬平面及準(zhǔn)三軸流固耦合模型試驗(yàn)，但無法實(shí)現(xiàn)對(duì)注漿加固層和不同滲透系數(shù)襯砌的模擬，也不能對(duì)不同水頭下隧道的涌水量和排水量進(jìn)行預(yù)測(cè)。
[0007]綜合分析上述的模型試驗(yàn)系統(tǒng)，還存在以下不足之處:
[0008]1、上述模型試驗(yàn)系統(tǒng)水頭通常恒定不可調(diào)控，模擬地下水位效果單一，難以有效支撐隧道全線施工，更無法對(duì)不同地下水位高度的城市隧道、山嶺隧道和海底隧道進(jìn)行滲流場(chǎng)分析。
[0009]2、隧道施工期是隧道修建的重要階段，了解隧道施工期滲流場(chǎng)變化、預(yù)測(cè)涌水量、測(cè)試圍巖一支護(hù)體系的水壓力分布以及掌子面注漿的影響，對(duì)隧道工程能否順利完成至關(guān)重要，而上述試驗(yàn)系統(tǒng)均無法完成隧道修建階段的滲流場(chǎng)分析。
[0010]3、隧道周邊圍巖注漿加固區(qū)滲透系數(shù)和厚度的改變對(duì)地下滲流場(chǎng)影響較大，也會(huì)直接改變隧道結(jié)構(gòu)的水壓力和涌(排)水量，現(xiàn)有的模型試驗(yàn)裝置均沒有考慮或不能調(diào)整，即使可調(diào)整，也只能通過更換箱體內(nèi)的預(yù)埋土體實(shí)現(xiàn)，操作繁瑣，對(duì)試驗(yàn)造成較大干擾，且耗時(shí)過長(zhǎng)，不利于多次重復(fù)試驗(yàn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0011]本實(shí)用新型的目的是提供一種施工及運(yùn)營(yíng)期隧道滲流場(chǎng)模型試驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠方便、準(zhǔn)確、真實(shí)地測(cè)試滲流場(chǎng)作用下隧道施工、運(yùn)營(yíng)期的水壓力、涌(排)水量和滲流場(chǎng)變化，并可根據(jù)試驗(yàn)需求對(duì)圍巖、注漿加固區(qū)、掌子面預(yù)注漿區(qū)和初襯的參數(shù)進(jìn)行自由配置和更換，最大限度地還原隧道及其周邊滲流場(chǎng)的情況。
[0012]本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的采取的技術(shù)方案是:一種施工及運(yùn)營(yíng)期隧道滲流場(chǎng)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，包括滲流模型箱的箱體和采集水壓和滲流量的數(shù)據(jù)采集裝置，所述箱體頂部設(shè)有壓力表，箱體側(cè)壁底部設(shè)有排水的溢流孔，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0014]1.通過在箱體中隔土層外填充不同的巖土體模擬圍巖，從而可模擬出隧道的不同水文、巖土地質(zhì)條件，將模型箱上進(jìn)水孔與提供水頭的供水設(shè)備連接，即可很好地模擬海底隧道的滲流場(chǎng)；；將模型箱下進(jìn)水孔與提供水頭的供水設(shè)備連接，即可很好地模擬城市隧道、山嶺隧道的滲流場(chǎng)；從而對(duì)隧道工程的防滲設(shè)計(jì)和施工提供可靠的試驗(yàn)依據(jù)，以保證隧道的安全。
[0015]2.除了固定鋼筋籠和箱體之間是固定的，其余部分均為可拆卸結(jié)構(gòu)，靈活性強(qiáng)；可在固定鋼筋籠外填充的圍巖不變的情況下，更換內(nèi)鋼筋籠和外鋼筋籠之間的巖土體，模擬在同樣的圍巖條件下，不同的滲透系數(shù)的注漿加固區(qū)(內(nèi)鋼筋籠和外鋼筋籠之間的區(qū)域)對(duì)隧道滲流量的影響；還可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整隧道結(jié)構(gòu)的襯砌和二襯，操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。
[0016]3.通過法蘭盤內(nèi)圈螺栓和卡槽的設(shè)計(jì)，即可實(shí)現(xiàn)注漿加固區(qū)和隧道結(jié)構(gòu)的單獨(dú)模擬控制，實(shí)用性和靈活性較強(qiáng)。
[0017]4.施工期隔土板和掌子面擋水板與內(nèi)鋼筋籠和外鋼筋籠之間通過螺紋連接，可根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)要求改變施工期隔土板和掌子面擋水板的位置，從而模擬測(cè)出施工期隧道開挖至不同位置處的隧道滲流場(chǎng)及其涌水量，對(duì)隧道工程的設(shè)計(jì)和施工提供可靠的試驗(yàn)依據(jù)，保證隧道施工的安全。
[0018]進(jìn)一步，本實(shí)用新型所述的模型箱上進(jìn)水孔或模型箱下進(jìn)水孔與移動(dòng)式水箱裝置相連，所述移動(dòng)水箱裝置的具體結(jié)構(gòu)是:移動(dòng)式水箱置于升降式水箱架的升降臺(tái)上、移動(dòng)式水箱的進(jìn)水口通過軟管與設(shè)置于升降臺(tái)下方的固定式水箱內(nèi)部的潛水泵連接，移動(dòng)式水箱底部的出水口通過軟管與模型箱上進(jìn)水孔或模型箱下進(jìn)水孔相連。
[0019]這樣，通過控制移動(dòng)式水箱裝置，對(duì)隧道處于靜水頭、變水頭和動(dòng)水頭的狀態(tài)進(jìn)行研宄；可真實(shí)地測(cè)試動(dòng)水頭、靜水頭和變水頭作用下隧道施工、運(yùn)營(yíng)期的水壓力、涌(排)水量和滲流場(chǎng)變化。
[0020]本實(shí)用新型用于模擬施工期隧道滲流場(chǎng)的試驗(yàn)步驟如下:
[0021]A.將模擬圍巖的巖土體按設(shè)定的壓實(shí)度分層鋪設(shè)、填充入滲流模型箱的箱體中；并在巖土層中預(yù)埋水壓力計(jì)；
[0022]B.在外鋼筋籠和內(nèi)鋼筋籠之間的施工期隔土板的右側(cè)填充模擬圍巖的巖土體，在施工期隔土板的左側(cè)填充模擬注漿加固區(qū)巖體的加固巖土層，在加固巖土層中預(yù)埋水壓力計(jì)；將土工布貼合于掌子面擋水板左側(cè)的內(nèi)鋼筋籠內(nèi)壁上，以模擬隧道的襯砌；
[0023]C.在內(nèi)鋼筋籠內(nèi)的掌子面擋水板右側(cè)填滿模擬圍巖的巖土體，蓋上右側(cè)的法蘭盤的蓋板；
[0024]D.將移動(dòng)式水箱底部的出水口與模型箱上進(jìn)水孔或模型箱下進(jìn)水孔相連，并將移動(dòng)式水箱調(diào)節(jié)至設(shè)定的高度；
[0025]E.采集內(nèi)鋼筋籠和外鋼筋籠之間的巖土體的水壓，箱體內(nèi)鋪設(shè)的巖土體的水壓和未蓋上蓋板的法蘭盤處流出的水量；結(jié)束試驗(yàn)，即模擬得出特定圍巖、注漿加固條件下的隧道施工期的滲流場(chǎng)分布及隧道在掌子面擋水情況下的涌水量；
[0026]F.拆除內(nèi)鋼筋籠內(nèi)的掌子面擋水板，重新采集內(nèi)鋼筋籠和外鋼筋籠之間的巖土體的水壓，箱體內(nèi)鋪設(shè)的巖土體的水壓和未蓋上蓋板的法蘭盤處流出的水量；結(jié)束試驗(yàn)，即模擬得出特定圍巖、注漿加固條件下的隧道施工期的滲流場(chǎng)分布及總涌水量。
[0027]本實(shí)用新型用于模擬運(yùn)營(yíng)期隧道滲流場(chǎng)的試驗(yàn)步驟如下:
[0028]A.拆除外鋼筋籠和內(nèi)鋼筋籠之間的施工期隔土板和內(nèi)鋼筋籠內(nèi)的掌子面擋水板；
[0029]B.將模擬圍巖的巖土體按不同壓實(shí)度分層鋪設(shè)、填充入滲流模型箱的箱體中；并在巖土體中預(yù)埋水壓力計(jì)；
[0030]C.在外鋼筋籠和內(nèi)鋼筋籠之間填充模擬注漿加固區(qū)巖體的加固巖土層，并在加固巖土層中預(yù)埋水壓力計(jì)；將土工布貼合于內(nèi)鋼筋籠內(nèi)壁上，以模擬隧道的襯砌；在內(nèi)鋼筋籠內(nèi)置入端面呈馬蹄形的管狀預(yù)制混凝土二襯；
[0031]D.將移動(dòng)式水箱底部的出水口與模型箱上進(jìn)水孔或模型箱下進(jìn)水孔相連，并將移動(dòng)式水箱調(diào)節(jié)至設(shè)定的高度；
[0032]E.采集內(nèi)鋼筋籠和外鋼筋籠之間的巖土體的水壓，箱體內(nèi)鋪設(shè)的巖土體的水壓和法蘭盤處流出的水量；結(jié)束試驗(yàn)，即模擬得出特定圍巖、注漿加固條件下的隧道運(yùn)營(yíng)期的滲流場(chǎng)分布及排水量。
[0033]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述。
【附圖說明】
[0034]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例整體剖面結(jié)構(gòu)示意圖(未畫移動(dòng)式水箱裝置)。
[0035]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例在進(jìn)行施工期隧道滲流場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，測(cè)量隧道在掌子面擋水情況下的涌水量的剖面結(jié)構(gòu)示意圖(未畫移動(dòng)式水箱裝置)。
[0036]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例在進(jìn)行施工期隧道滲流場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，測(cè)量隧道總涌水量的剖面結(jié)構(gòu)示意圖(未畫移動(dòng)式水箱裝置)。
[0037]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例在進(jìn)行運(yùn)營(yíng)期隧道滲流場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖(未畫移動(dòng)式水箱裝置)。
[0038]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例在模擬海底隧道的滲流場(chǎng)時(shí)與移動(dòng)式水箱裝置的連接示意圖。
[0039]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例在模擬城市隧道、山嶺隧道的滲流場(chǎng)時(shí)，與移動(dòng)式水箱裝置的連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]圖1示出，本實(shí)用新型的一種【具體實(shí)施方式】是:一種施工及運(yùn)營(yíng)期隧道滲流場(chǎng)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，包括滲流模型箱的箱體I和采集水壓和滲流量的數(shù)據(jù)采集裝置，所述箱體I頂部設(shè)有壓力表2，箱體I側(cè)壁底部設(shè)有排水的溢流孔5，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:
[0041]所述的箱體I的側(cè)壁頂端設(shè)有模型箱上進(jìn)水孔12，側(cè)壁底端設(shè)有模型箱下進(jìn)水孔13 ;箱體I相對(duì)的兩側(cè)壁上開有隧道孔；
[0042]固定鋼筋籠6的