CN104614495A - 一种高承压隧道突水突泥试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于试验装置领域，涉及一种高承压隧道突水突泥试验装置，包括模型试验台和稳压装置，其中，所述的模型试验台分为内部方舱、外部承压外壁及隧道开口三部分，内部方舱置于承压外壁中，隧道开口焊接于内部方舱与承压外壁上；稳压装置用于向试验台提供稳定的水压，由高压氮气罐和气液复合型恒压水箱组成。本发明能够模拟高水压下突水突泥过程，并能够实现良好的持续稳压效果。

Description

一种高承压隧道突水突泥试验装置

所属技术领域

本发明属于试验装置领域，具体涉及一种高承压隧道突水突泥模拟试验装置。

背景技术

随着经济建设的高速发展，交通网络、水利水电等基础设施在不断完善，将出现越来越多的深埋隧道工程，而深埋隧道工程受高承压水威胁，经常遇到突水突泥灾害，给工程建设和人民财产安全带来重大影响。要探究高承压水作用下隧道发生突水突泥的内在机理和灾变规律，需配备相应的试验仪器装置。以往相关的试验设备可分为两类：一类是模拟隧道开挖过程的突水突泥试验装置，但这类试验装置大多只能在低水压下进行隧道的突水突泥模拟；另一类是岩石试样的渗透破坏试验装置，虽然这类试验装置能模拟高水压下岩石的破坏过程，但试验仅针对岩样，未能考虑隧道的开挖过程。在已公开的渗流突水试验装置专利中，例如专利2008100453044公开了一种大尺寸岩石试样高压渗透试验装置，但其只针对岩样测试；专利CN101308126A公开了一种开挖突水的模拟装置，但其最大承受水压仅为1MPa，且其加压系统难以持续稳压，不能满足高承压水作用下隧道突水突泥试验模拟的要求。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提供一种高承压水作用下，可以稳定加压的隧道开挖突水突泥试验装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高承压隧道突水突泥试验装置，包括模型试验台和稳压装置，其中，所述的模型试验台，包括内部试验方舱、承压外壁及隧道开口。内部方舱包括厚钢板及可拆卸的封盖，其中一相对的两侧钢板有均匀分布的进水孔，钢板上下及封盖上对应有密封紧固螺栓的穿孔；承压外壁主体为切割的厚无缝钢管，上下均为有密封紧固螺栓穿孔的封盖；所述的隧道开口为厚钢管并与试验方舱和外壁焊接成一体，钢管外壁加工标准螺纹，可接入高压阀门。所述的稳压装置，包括高压氮气罐和气液复合型恒压水箱。高压氮气罐由多只高压氮气瓶串联组成，并配置伺服压力调节阀和压力表；气液复合型恒压水箱由制式氮气压力容器改装，水箱上部设置接头管路与高压氮气罐连通。

本发明同时提供一种采用上述试验装置实现高承压隧道突水突泥模拟具体试验步骤：

(1)将相似材料填入内部方舱，待相似材料充分固化后，用高强小螺栓将方舱与封盖紧固密封，并用高强大螺栓将承压外壁与封盖紧固密封；

(2)用连接管路将高压氮气罐组与气液复合型恒压水箱上部接头连接，把气液复合型恒压水箱上部进水法兰盘接入自来水；

(3)用高压水管将水箱与模型试验台底部进水接头连接；

(4)调节高压氮气罐组，由高压氮气罐组向水箱内输入氮气，使水箱向模型中注入稳定的压力的水源；

(5)通过隧道开口开挖隧道，并在开挖过程中调节水压模拟隧道突水突泥过程。

本发明采用内外两部分高强厚钢管及钢板作为模型试验台，内外承压，密封性好，能够实现高承压效果；采用气液复合型的恒压水箱，通过高压氮气罐组调节输入水压，能够实现良好的稳压效果；采用预留的隧道开挖口可进行开挖和密封，操作简单，能够实现开挖与未开挖多种试验类型。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为模型试验台主视图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为图1的B-B剖视图。

图4为内部试验方舱正视图。

图5为装置外壁封盖俯视图。

图6为内部方舱封盖正视图。

图7为高压氮气罐。

图8为气液复合型恒压水箱。

图中：1.承压外壁，2.内部方舱，3.隧道开口，4.承压外壁封盖，5.内部方舱封盖，6.接头，7.高强大螺栓，8.高强大螺母，9.高强小螺栓，10.高强小螺母，11.进水孔，12.高压氮气瓶，13.串联管道，14.氮气瓶固定架，15.制式氮气压力容器，16.进水法兰盘，17.出水法兰盘，18.液面，19.底座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详述。

附图1为模型试验台主视图，附图2和附图3为附图1的A-A和B-B剖视图。承压外壁(1)采用高强度厚无缝钢管加工而成，呈圆筒状，壁厚大于20mm。附图4为内部方舱正视图，内部方舱(2)采用高强度厚钢板焊接而成，并在方舱相对面加工均匀分布的进水孔(9)。隧道开口(3)采用钢管并与承压外壁(1)和内部方舱(2)焊接而成，隧道开口外壁加工标准螺纹，可接入高压阀门。

附图5为装置外壁封盖俯视图，附图6为内部方舱封盖正视图。外壁封盖(4)和内部方舱封盖(5)采用高强度钢板加工而成，外壁封盖(4)加工与外壁对应的密封紧固螺栓的穿孔及进水口接头(6)，方舱封盖(5)加工与方舱对应的螺栓穿孔，利用高强小螺栓(9)和高强小螺母(10)将封盖与方舱紧固密封，利用高强大螺栓(7)和高强大螺母(8)将封盖与外壁紧固密封。

附图7为高压氮气罐。高压氮气罐由氮气瓶固定架(14)及串联管道(13)将高压氮气瓶(12)组装而成。

附图8为气液复合型恒压水箱，采用制式氮气压力容器(15)改装而成，在水箱顶部加工进气接头(6)，并将进水法兰盘(16)和出水法兰盘(17)焊接到压力容器(15)上，液面(18)为进水时的水面。将氮气压力容器(15)焊接到底座(19)上。

试验时，用连接管路将高压氮气瓶(12)与气液复合型恒压水箱上部进气接头(6)连接，进水法兰盘(16)接入自来水，用高压水管将出水法兰盘(17)与模型试验台底部进水口接头(6)连接。这样就可以向装置内提供稳定的水压。

Claims (3)

1.一种高承压隧道突水突泥试验装置包括模型试验台和稳压装置，其中，所述的模型试验台，包括内部方舱、承压外壁及隧道开口，内部方舱置于承压外壁中，隧道开口焊接于内部方舱与承压外壁上；稳压装置包括高压氮气罐和气液复合型恒压水箱。

2.根据权利要求1所述的一种高承压隧道突水突泥试验装置，其特征在于，方舱和承压外壁均通过高强螺栓用封盖紧固密封。

3.根据权利要求1要求所述的一种高承压隧道突水突泥试验装置，其特征在于，通过调节高压氮气罐和气液复合型恒压水箱达到持续稳压的效果。