CN108593527A - 液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统 - Google Patents

液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统，属于隧道施工技术领域，包括中空透明试验箱，试验箱内部中上方设有用于模拟真实岩土体的材料区、底部设有液体收集区，材料区内部预埋隧道模型、带有小孔的管廊模型及用于监测岩土体及隧道模型变形量的应变片，管廊模型设于隧道模型外部，管廊模型和隧道模型水平贯通试验箱；管廊模型两端连通液体输送计量装置，隧道模型内壁设有渗透组件；材料区和液体收集区之间设有支撑组件，应变片与应变仪电连接。加压液体经管廊模型上的小孔渗入岩土体及隧道模型内，真实模拟管廊泄漏情况，误差小、试验精度高。

Description

液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，更具体地说，是涉及一种液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统。
背景技术
随着经济快速发展，城镇人口数量不断增加，人民对地下空间的探索与利用的活动也越来越多，开发地下空间的技术也越来越趋于成熟。充分利用地下空间，是目前解决地上建筑面积匮乏的最为有效的方法，城市综合管廊以及城市地铁便是对地下空间开发利用的最好成果，将地上燃气管道、排水管道、供暖管道、输油管道等统一入地，充分节约地上的建筑面积，也使得城市更加美观，人民生活更加安全有保障；修建地铁，则是充分解决了地上交通紧张的问题，减少了地上交通建设的面积。
为了充分开发地下空间，往往在地面以下既修建城市综合管廊，又修建城市地铁。但是目前，研究管廊内容物(主要指：大体积的给水，排水管道，高密度的输油管道等液体)对在建地铁区间隧道的影响，以及管廊内容物(主要研究液体)泄漏对地铁区间隧道的影响的实验还少之又少。现行的综合管廊及地铁隧道的施工规范也未给出综合管廊内的液体泄漏对城铁隧道的影响并没有给出详细说明。在施工设计中主要依靠强制性标准以及设计人员的个人经验确定其距离，其管廊内液体泄漏对城铁隧道的影响非常具有不确定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统，以解决现有技术中没有综合管廊内液体泄漏对城铁隧道影响的相关研究，导致液体泄漏对城铁隧道影响存在不确定性的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统，包括中空透明的试验箱，所述试验箱的内部中上方设有用于模拟真实构造岩土体的材料区、底部设有用于检测渗漏液体的液体收集区，所述材料区的内部预埋隧道模型、侧壁带有小孔的管廊模型及用于监测岩土体及隧道模型变形量的应变片，所述管廊模型设置于所述隧道模型的外部，所述管廊模型和隧道模型水平贯通所述试验箱设置；所述管廊模型的两端连通液体输送计量装置，所述隧道模型的内壁设有渗透组件；所述材料区和所述液体收集区之间设有用于承托构造岩土体的支撑组件，所述应变片与应变仪电连接。
进一步地，所述液体输送计量装置包括压力泵和管路，所述管廊模型的进口端和出口端均设有流量计，所述管路连通压力泵的出口端与所述管廊模型的进口端，所述压力泵的进口端和所述管廊模型的出口端均与管路相连。
进一步地，所述支撑组件包括土层隔离板、支撑架和多个渗流孔道，多个所述渗流孔道连通所述材料区和所述液体收集区。
进一步地，所述支撑架为不锈钢支架，所述不锈钢支架包括水平底架和垂直立柱，相邻的立柱间形成渗流孔道。
进一步地，所述渗透组件为反渗透膜。
进一步地，所述管廊模型为塑料吸管。
进一步地，所述液体收集区的侧面设有用于测量渗漏液体高度的计量组件。
进一步地，所述隧道模型的内部设有用于模拟城铁隧道形状的气压模具，所述气压模具与充气装置相连。
进一步地，所述试验箱为高强玻璃钢材料。
进一步地，所述试验箱为分体式结构，包括箱底、箱体和箱盖，所述箱体为立方体的中空腔体，所述管廊模型和隧道模型水平贯通所述箱体设置，所述箱盖和箱底分别设置于所述箱体的上下端，所述箱体的顶部、底部分别与所述箱盖、所述箱底固定连接。
进一步地，所述箱体的底部设有支腿，所述支腿的下端低于所述箱底设置。
本发明提供的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统的有益效果在于：与现有技术相比，本发明液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统，通过液体输送计量装置向管廊模型内输送加压液体，液体经管廊模型的侧壁小孔进入材料区的构造岩土体，再向隧道模型进行渗透，利用液体输送计量装置计算出渗漏的液体总量，再除去液体收集区回收的液体量和隧道模型内回收的液体量可计算出渗入岩土体的液体量；利用应变片来监测岩土体及隧道模型变形。利用本发明能够真实模拟管廊泄漏情况，对渗入岩土体的液体以及渗入隧道模型的液体进行高精度的收集，误差小、试验精度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统的主视图；
图2为本发明实施例提供的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统的左视图；
其中，图中各附图标记：
1-试验箱，2-材料区，3-液体收集区，4-管廊模型，5-隧道模型，6-渗透组件，7-压力泵，8-流量计，9-管路，10-土层隔离板，11-支撑架，12-渗流孔道，13-气压模具，14-计量组件，15-箱底，16-箱体，17-箱盖，18-支腿，19-小孔。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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。
请参阅图1、2，现对本发明提供的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统进行说明。所述液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统，包括中空透明的试验箱1，所述试验箱1的内部中上方设有用于模拟真实构造岩土体的材料区2、底部设有用于检测渗漏液体的液体收集区3，所述材料区2的内部预埋隧道模型5、侧壁带有小孔19的管廊模型4及用于监测岩土体及隧道模型5变形量的应变片，所述管廊模型4设置于所述隧道模型5的外部，所述管廊模型4和隧道模型5水平贯通所述试验箱1设置；所述管廊模型4的两端连通液体输送计量装置，所述隧道模型5的内壁设有渗透组件6；所述材料区2和所述液体收集区3之间设有用于承托构造岩土体的支撑组件，所述应变片与应变仪电连接。材料区为根据工程现场地质情况构筑岩土体模型，在材料区按照真实情况构造岩土体，高度还原工程现场地质情况，提高真实性；利用液体输送计量装置向管廊模型内输送加压液体，液体经管廊模型的侧壁小孔渗入材料区的构造岩土体，再向隧道模型进行渗透，利用液体输送计量装置计算出管廊模型渗漏出的液体总量，再除去液体收集区回收的液体量及从隧道模型内回收的液体量可计算出渗入岩土体的液体量；借助岩土体内部的应变片来监测岩土体及隧道模型变形，并通过应变仪来记录和统计变形量。
本发明提供的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统，与现有技术相比，具有结构简单紧凑、能够真实反映液体泄漏对城铁隧道影响、误差小、试验精度高的优点，利用本发明能够真实模拟管廊泄漏情况，通过液体输送计量装置、液体收集区及渗入隧道模型的液体进行高精度的计量、收集，并通过应变片来监测岩土体及隧道模型变形，实现高度模拟工程现场，达到真实模拟液体泄漏的效果，提高了实验的高度真实性，又能够降低实验成本。
进一步地，请参阅图1、2，作为本发明提供的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统的一种具体实施方式，所述液体输送计量装置包括压力泵7和管路9，所述管廊模型4的进口端和出口端均设有流量计8，所述管路9连通压力泵7的出口端与所述管廊模型4的进口端，所述压力泵7的进口端和所述管廊模型4的出口端均与管路9相连，压力表7的进口端可以与管廊模型4的出口端相连，也可以在压力表和管廊模型的出口端之间的管路上设置液体储罐。通过压力泵对流经管廊模型的液体进行增压，借助管廊模型侧壁上的小孔真实模拟管廊泄漏情况，并通过管廊模型进口端和出口端的流量计来监测液体的总渗入量，通过压力泵对液体进行加压，用于控制液体渗漏范围。
进一步地，请参阅图1、2，作为本发明提供的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统的一种具体实施方式，所述支撑组件包括土层隔离板10、支撑架11和多个渗流孔道12，多个所述渗流孔道12连通所述材料区2和所述液体收集区3。利用土层隔离板将材料区的岩土体进行隔离，利用支撑架来支撑上方材料区的岩土体，利用多个渗流孔道将除了被岩土体吸收及渗入隧道模型而剩余部分的液体导流至液体收集区，，该部分液体不属于渗入液体，需要单独收集并进行体积量测。另外，为了保证流入液体收集区的液体的洁净度，可在渗流孔道的顶部入口处加装过滤器，保证液体计量的准确性。
进一步地，请参阅图1、2，作为本发明提供的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统的一种具体实施方式，所述支撑架11为不锈钢支架，所述不锈钢支架包括水平底架和垂直立柱，相邻的立柱间形成渗流孔道12。利用不锈钢板材和管材制作的土层隔离板及不锈钢支架，能够提高其耐腐蚀性，延长其使用寿命。
进一步地，请参阅图1、2，作为本发明提供的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统的一种具体实施方式，所述渗透组件6为反渗透膜。反渗透膜为一种液体可以自由渗入，不能反向渗出的膜结构，该结构没有支撑功能，贴在城铁隧道的内表面，能够真实模拟隧道的渗漏情况。在模拟液体渗漏的过程中，液体可以透过反渗透膜渗入隧道内部，在隧道底部对液体进行收集计量。
进一步地，请参阅图1、2，作为本发明提供的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统的一种具体实施方式，所述隧道模型5的内部设有用于模拟城铁隧道形状的气压模具13，所述气压模具13与充气装置相连；所述渗透组件6设置于构造岩土体与所述气压模具13之间。气压模具是利用气体压力对模板进行支撑的结构，在试验箱内对城铁隧道进行构筑的过程中，为了方便脱模，且不会对隧道模型造成过大干扰，通过采用气压模具，在构筑构成中启动充气装置对气压模具充气，隧道模型构筑完成后释放气体抽出模板即可，操作方便，在拆模过程对隧道模型影响非常小。
进一步地，请参阅图1、2，作为本发明提供的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统的一种具体实施方式，所述液体收集区3的侧面设有用于测量渗漏液体高度的计量组件14。其中，计量组件可选用标尺，也可以选用液位计来测量。通过计量组件对液体采集区的液体进行量测，便于计算渗入岩土体内的液体量。
进一步地，请参阅图1、2，作为本发明提供的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统的一种具体实施方式，所述管廊模型4选用塑料吸管，用于模拟发生液体泄漏的管廊模型，塑料吸管侧壁留小孔方便模拟液体渗漏，通过压力泵控制塑料吸管内的液体压力来决定渗漏范围，在塑料吸管进口与出口分别装流量计，用于对总渗水量进行监测。
进一步地，请参阅图1、2，作为本发明提供的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统的一种具体实施方式，所述试验箱1由高强玻璃钢材料制作而成。高强玻璃钢板厚度为30mm,用于提供足够的强度和刚度，而且高强玻璃钢材料透明可视，对试验箱内的渗流路径一目了然；同时，玻璃钢材料不会吸收对渗入材料区的液体，并且对外界也有很好的防水效果，提高了实验的高度真实性。
进一步地，请参阅图1、2，作为本发明提供的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统的一种具体实施方式，所述试验箱1为分体式结构，包括箱底15、箱体16和箱盖17，所述箱体16为立方体的上下贯通的中空腔体，所述管廊模型4和隧道模型5水平贯通所述箱体16设置，所述箱盖17和箱底15分别设置于所述箱体16的上下端，所述箱体16的顶部、底部分别与所述箱盖17、所述箱底15固定连接。分体式结构的试验箱方便玻璃钢材料的裁剪，然后将试验箱的各部分用玻璃胶进行胶结，以达到很好的防水效果。
进一步地，请参阅图1、2，作为本发明提供的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统的一种具体实施方式，所述箱体16的底部设有支腿18，所述支腿18的下端低于所述箱底15设置。借助支腿使试验箱的箱底距离地面或工作台具有一定的间距，方便搬运的同时也避免箱底接触地面或工作台，以便对箱底和箱体的交界处进行保护。
本发明的具体应用过程如下：
A、透明试验箱的拼装：试验箱采用高强玻璃钢材料裁剪出箱盖、箱底和箱体的四个侧板，并在相对侧的箱体侧板上加工出与隧道模型和管廊模型相匹配的过孔；将箱盖、箱底和箱体的四个侧板采用玻璃胶进行对应胶结，以达到很好的防水效果，液体收集分三部分，与材料区之间加设土层隔离板、渗流孔道及不锈钢支撑，在液体收集区的侧板设置标尺，便于对液体收集区的液体高度进行量测。
B、根据真实城铁隧道的形状，制作气压模具。
C、按照现场工程地质的情况，在材料区内构筑岩土体模型，利用充气装置对气压模具充气，在构筑过程中要先将气压模具、应变片、塑料吸管等一些预埋件进行预埋；岩土体模型构筑好以后，对气压模具释放气压，并抽出模具。
D、根据实验需要，通过压力泵对塑料吸管内的液体加压，来调控液体渗漏范围的大小。
E、在塑料吸管的进口端处与出口端处安装流量计，用于监测液体总渗入量，用计算机计算隧道模型内的液体渗入量并读取液体采集区标尺的高度。
F、利用应变仪收集应变片检测到的数据，分析在不同渗漏情况下城铁隧道模型破坏情况。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统，其特征在于：包括中空透明的试验箱，所述试验箱的内部中上方设有用于模拟真实构造岩土体的材料区、底部设有用于检测渗漏液体的液体收集区，所述材料区的内部预埋隧道模型、侧壁带有小孔的管廊模型及用于监测岩土体及隧道模型变形量的应变片，所述管廊模型设置于所述隧道模型的外部，所述管廊模型和隧道模型水平贯通所述试验箱设置；所述管廊模型的两端连通液体输送计量装置，所述隧道模型的内壁设有渗透组件；所述材料区和所述液体收集区之间设有用于承托构造岩土体的支撑组件，所述应变片与应变仪电连接。
2.如权利要求1所述的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统，其特征在于：所述液体输送计量装置包括压力泵和管路，所述管廊模型的进口端和出口端均设有流量计，所述管路连通压力泵的出口端与所述管廊模型的进口端一侧，所述压力泵的进口端和所述管廊模型的出口端均与管路相连。
3.如权利要求1所述的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统，其特征在于：所述支撑组件包括土层隔离板、支撑架和多个渗流孔道，多个所述渗流孔道连通所述材料区和所述液体收集区。
4.如权利要求3所述的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统，其特征在于：所述支撑架为不锈钢支架，所述不锈钢支架包括水平底架和垂直立柱，相邻的立柱间形成渗流孔道。
5.如权利要求1所述的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统，其特征在于：所述渗透组件为反渗透膜。
6.如权利要求1所述的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统，其特征在于：所述隧道模型的内部设有用于模拟城铁隧道形状的气压模具，所述气压模具与充气装置相连；所述渗透组件设置于构造岩土体与所述气压模具之间。
7.如权利要求1所述的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统，其特征在于：所述液体收集区的侧面设有用于测量渗漏液体高度的计量组件。
8.如权利要求1-7任一项所述的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统，其特征在于：所述试验箱为高强玻璃钢材料。
9.如权利要求8所述的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统，其特征在于：所述试验箱为分体式结构，包括箱底、箱体和箱盖，所述箱体为立方体的中空腔体，所述管廊模型和隧道模型水平贯通所述箱体设置，所述箱盖和箱底分别设置于所述箱体的上下端，所述箱体的顶部、底部分别与所述箱盖、所述箱底固定连接。
10.如权利要求8所述的液体泄漏对城铁隧道影响的模拟实验系统，其特征在于：所述箱体的底部设有支腿，所述支腿的下端低于所述箱底设置。
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