CN116482330B - 水源保护区道路施工期人工岛模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了水源保护区道路施工期人工岛模拟试验装置，属于隧道涌水技术领域，该水源保护区道路施工期人工岛模拟试验装置包括覆软拱顶组件和节理发育组件。此时节理器栅格切割土体扩大了上层覆岩土层的节理裂隙发育。通过发育压缸控制节压板的局部下压，相邻压腔内下方的岩土呈现不同压力下的压缩比切割，扩大下层密实岩土层节理裂隙的发育。实现了对整个覆岩土层节理裂缝发育的全面模拟。覆岩土层节理裂缝发育增加了透水下渗的风险，配合渗水装置，不仅模拟了水下水道覆岩土层节理裂隙发育，还模拟了不透水层向透水层转变的过程，合理预测水下隧道涌水量及围岩失稳突水时间，提高了水下隧道安全施工的重要安全指标。

Description

水源保护区道路施工期人工岛模拟试验装置

技术领域

本申请涉及隧道涌水领域，具体而言，涉及水源保护区道路施工期人工岛模拟试验装置。

背景技术

在水下隧道的建设中，水下隧道涌水量是一种相当普遍而又非常复杂的地质问题，尤其以高水区隧道、富水区隧道以及过江隧道较为常见。隧道开挖时，外力扰动打破了围岩应力的初始平衡状态以及围岩水力平衡条件，以致水体所储存的能量顺着节理裂隙瞬间释放而产生动力破坏。水下隧道涌水的突发性极易造成人员伤亡，其处治也会大大地延误工期。因此，合理预测水下隧道涌水量及围岩失稳突水时间是水下隧道安全施工的重要安全指标。

然而，水源保护区内覆盖着较厚的淤泥质土，黏土，砂质土等工程性质差的软土层以及强、中、弱风化岩层，设计时通常将隧道置于软土层以下中风化、弱风化等岩性较好的上覆岩土层中，但是隧道施工很容易破坏这些平衡，上覆岩土层节理裂缝发育，加上孔隙水压下渗，上覆岩土层转化为透水边界状态，威胁水下隧道安全施工，这种缓慢的转化地质特性转化，很难进行分析预警。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出水源保护区道路施工期人工岛模拟试验装置，构建隧道掌子面和上覆岩土层；通过整体和局部下压，构建上覆岩土层节理裂缝发育地质状态。

本申请是这样实现的：

本申请提供了一种水源保护区道路施工期人工岛模拟试验装置包括覆软拱顶组件和节理发育组件。

所述覆软拱顶组件包括掌子架、压力拱、岩土箱和拱顶撑梁，所述压力拱搭接于掌子架上，所述岩土箱固定套接于所述掌子架上端，所述拱顶撑梁均匀设置于所述掌子架之间，所述压力拱搭接于所述拱顶撑梁上，所述节理发育组件包括龙门架、地层压缸、节理器、发育压缸和节压板，所述龙门架设置于所述掌子架外，所述地层压缸缸身设置于所述龙门架上，所述节理器设置于所述地层压缸活塞杆一端，所述节理器朝向所述岩土箱，所述发育压缸缸身均匀设置于所述节理器上，所述节压板设置于所述发育压缸活塞杆一端，所述节压板贯穿于所述节理器内。

在本申请的一种实施例中，所述龙门架上设置有门洞梁，所述地层压缸缸身设置于所述门洞梁上，所述地层压缸活塞杆一端设置有封水座，所述封水座固定于所述节理器上。

在本申请的一种实施例中，所述门洞梁上转动设置有平衡齿轮，所述节理器上设置有平衡齿条，所述平衡齿轮啮合于所述平衡齿条。

在本申请的一种实施例中，所述节理器上设置有平衡导柱，所述平衡导柱滑动贯穿于所述门洞梁内。

在本申请的一种实施例中，所述节理器上均匀开设有压腔，所述节压板贯穿于所述压腔内，所述节理器上开设有水层腔，所述水层腔朝向所述封水座。

在本申请的一种实施例中，所述掌子架上均匀设置有强筋座，所述岩土箱搭接于所述强筋座上。

在本申请的一种实施例中，所述发育压缸缸身设置有法兰座，所述法兰座固定于所述节理器上。

在本申请的一种实施例中，所述掌子架底部均匀设置有承载座，所述承载座之间设置有同步杆。

在本申请的一种实施例中，所述掌子架下方设置有牵引滑轨，所述承载座下端转动设置有承载轮，所述承载轮滑动于所述牵引滑轨表面。

在本申请的一种实施例中，所述掌子架上均匀设置有角撑，所述拱顶撑梁设置于所述角撑之间。

在本申请的一种实施例中，所述的水源保护区道路施工期人工岛模拟试验装置还包括节理渗压组件和涌水模拟组件。

所述节理渗压组件包括加压头、压力传感器、拱顶流量阀和渗压流量阀，所述加压头连通设置于所述节理器上，所述加压头连通于外部供水管路，所述压力传感器均匀设置于所述拱顶撑梁上，所述压力传感器上端贯穿于所述压力拱，所述拱顶流量阀均匀设置于所述拱顶撑梁上，所述拱顶流量阀上端贯穿于所述压力拱，所述渗压流量阀设置于所述掌子架上，所述渗压流量阀连通于所述岩土箱内，所述涌水模拟组件包括涌水台、涌水流量阀、挡水墙和回水池，所述涌水台搭接于所述掌子架之间，所述涌水流量阀均匀设置于所述掌子架之间，所述涌水流量阀连通于外部供水管路，所述涌水流量阀朝向所述涌水台，所述挡水墙设置于所述涌水台上，所述回水池设置于所述龙门架下方，所述回水池朝向所述涌水台。

在本申请的一种实施例中，所述掌子架上设置有搭梁，所述涌水台搭接于所述搭梁之间，所述涌水台上均匀铺设有沙袋。

在本申请的一种实施例中，所述渗压流量阀一端连通设置有渗压管，所述渗压管一端连通设置有防堵头，所述防堵头连通于所述岩土箱内。

在本申请的一种实施例中，所述拱顶撑梁上均匀设置有中立架和侧立架，所述压力传感器固定于所述中立架和所述侧立架上，所述拱顶流量阀固定于所述中立架和所述侧立架上，所述拱顶流量阀一端连通设置有渗水头，所述渗水头贯穿于所述压力拱。

在本申请的一种实施例中，所述掌子架内设置有涌水管路，所述涌水管路分别连通于所述涌水流量阀和外部供水管路。

本申请的有益效果是：本申请通过上述设计得到的水源保护区道路施工期人工岛模拟试验装置，使用时，根据实际水源保护区内隧道上方覆岩土层的厚度，通过吊装设备将具有一定压缩比的试验岩土颗粒倒入岩土箱内，启动牵引设备，通过承载轮在牵引滑轨上的滑动，将岩土箱送入试验区域。通过地层压缸控制节理器的下落，节理器挤压试验岩土颗粒，岩土箱下端内和压力拱上方的岩土颗粒受压密实，形成密实岩土层，模拟现实水下隧道上方的覆岩土层，此处覆岩土层有灌浆加固，岩性节理较少，为不透水层。通过节理器上的栅格切割挤压，节理器一侧的受压岩土颗粒具有一定的岩性节理，有透水下渗的风险，具有透水层发育的趋势。

当水源保护区道路隧道开挖施工时，外力扰动打破了覆岩土层应力的初始平衡状态以及覆岩土层水力平衡条件，上覆岩土层节理裂缝发育的同时，还会向结构性的对外膨胀释放内应力。通过地层压缸控制节理器的小幅上升，原来受压的试验岩土颗粒会在内应力下小幅膨胀，此时节理器栅格切割土体扩大了上层覆岩土层的节理裂隙发育。通过发育压缸控制节压板的局部下压，相邻压腔内下方的岩土呈现不同压力下的压缩比切割，扩大下层密实岩土层节理裂隙的发育。实现了对整个覆岩土层节理裂缝发育的全面模拟。覆岩土层节理裂缝发育增加了透水下渗的风险，配合渗水装置，不仅模拟了水下水道覆岩土层节理裂隙发育，还模拟了不透水层向透水层转变的过程，合理预测水下隧道涌水量及围岩失稳突水时间，提高了水下隧道安全施工的重要安全指标。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本申请实施方式提供的水源保护区道路施工期人工岛模拟试验装置立体结构示意图；

图2为本申请实施方式提供的覆软拱顶组件第一视角下立体结构示意图；

图3为本申请实施方式提供的覆软拱顶组件第二视角下立体结构示意图；

图4为本申请实施方式提供的节理发育组件立体结构示意图；

图5为本申请实施方式提供的节理器立体结构示意图；

图6为本申请实施方式提供的节理渗压组件立体结构示意图；

图7为本申请实施方式提供的涌水模拟组件立体结构示意图。

图中：100-覆软拱顶组件；110-掌子架；111-强筋座；112-承载座；113-同步杆；114-牵引滑轨；115-承载轮；116-角撑；117-搭梁；118-涌水管路；120-压力拱；130-岩土箱；140-拱顶撑梁；141-中立架；142-侧立架；300-节理发育组件；310-龙门架；311-门洞梁；312-平衡齿轮；320-地层压缸；321-封水座；330-节理器；331-平衡齿条；332-平衡导柱；333-压腔；334-水层腔；340-发育压缸；341-法兰座；350-节压板；500-节理渗压组件；510-加压头；520-压力传感器；530-拱顶流量阀；531-渗水头；540-渗压流量阀；541-渗压管；542-防堵头；700-涌水模拟组件；710-涌水台；711-沙袋；720-涌水流量阀；730-挡水墙；740-回水池。

实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

实施例

如图1-图7所示，根据本申请实施例的水源保护区道路施工期人工岛模拟试验装置包括覆软拱顶组件100、节理发育组件300、节理渗压组件500和涌水模拟组件700。节理发育组件300安装在覆软拱顶组件100上方，节理渗压组件500分别安装在覆软拱顶组件100上和节理发育组件300上，涌水模拟组件700安装在覆软拱顶组件100内。覆软拱顶组件100构建隧道掌子面和上覆岩土层；节理发育组件300通过整体和局部下压覆软拱顶组件100，构建上覆岩土层节理裂缝发育地质状态；节理渗压组件500通过高压注水模拟孔隙水压下渗地质状态，将上覆岩土层转化为透水边界状态，监测上覆岩土层压力变化和透水下渗流量；涌水模拟组件700模拟隧道涌水现象和预演工程急救措施。

如图1-图7所示，水源保护区内覆盖着较厚的淤泥质土，黏土，砂质土等工程性质差的软土层以及强、中、弱风化岩层，设计时通常将隧道置于软土层以下中风化、弱风化等岩性较好的上覆岩土层中，但是隧道施工很容易破坏这些平衡，上覆岩土层节理裂缝发育，加上孔隙水压下渗，上覆岩土层转化为透水边界状态，威胁水下隧道安全施工，这种缓慢的转化地质特性转化，很难进行分析预警。

覆软拱顶组件100包括掌子架110、压力拱120、岩土箱130和拱顶撑梁140。压力拱120搭接于掌子架110上，压力拱120与掌子架110焊接。岩土箱130固定套接于掌子架110上端，岩土箱130与掌子架110栓接连接焊接密封。掌子架110上均匀设置有强筋座111，岩土箱130搭接于强筋座111上，掌子架110分别与强筋座111和岩土箱130栓接，增加岩土箱130的支撑强度。拱顶撑梁140均匀设置于掌子架110之间，掌子架110上均匀设置有角撑116，角撑116贯穿掌子架110焊接，拱顶撑梁140设置于角撑116之间，拱顶撑梁140与角撑116栓接。压力拱120搭接于拱顶撑梁140上，增加压力拱120的支撑强度的同时增加掌子架110之间的连接强度。掌子架110底部均匀设置有承载座112，承载座112与掌子架110栓接，承载座112之间设置有同步杆113，同步杆113与承载座112键连接。

其中，同步杆113配合拱顶撑梁140和掌子架110构成稳固的支撑结构。掌子架110下方设置有牵引滑轨114，承载座112下端转动设置有承载轮115，承载轮115滑动于牵引滑轨114表面，方便覆软拱顶组件100的移出清理。

节理发育组件300包括龙门架310、地层压缸320、节理器330、发育压缸340和节压板350。龙门架310设置于掌子架110外。地层压缸320缸身设置于龙门架310上，龙门架310上设置有门洞梁311，门洞梁311与龙门架310销接。地层压缸320缸身设置于门洞梁311上，地层压缸320与门洞梁311栓接。节理器330设置于地层压缸320活塞杆一端，地层压缸320活塞杆一端设置有封水座321，封水座321与地层压缸320螺纹连接。封水座321固定于节理器330上，封水座321与节理器330栓接。节理器330朝向岩土箱130，对岩土箱130内岩土进行挤压。门洞梁311上转动设置有平衡齿轮312，平衡齿轮312与门洞梁311轴承连接。节理器330上设置有平衡齿条331，平衡齿条331与节理器330栓接。平衡齿轮312啮合于平衡齿条331，减少液压传动中的窜动。

其中，节理器330上设置有平衡导柱332，平衡导柱332与节理器330栓接。平衡导柱332滑动贯穿于门洞梁311内，增加节理器330的升降精度。发育压缸340缸身均匀设置于节理器330上，发育压缸340缸身设置有法兰座341，法兰座341与发育压缸340焊接。法兰座341固定于节理器330上，法兰座341与节理器330栓接。节压板350设置于发育压缸340活塞杆一端，节压板350与发育压缸340栓接。节压板350贯穿于节理器330内，节理器330上均匀开设有压腔333，节压板350贯穿于压腔333内，方便节压板350对局部岩土的加压。节理器330上开设有水层腔334，水层腔334朝向封水座321，水层腔334模拟局部岩土空穴水体。

根据实际水源保护区内隧道上方覆岩土层的厚度，通过吊装设备将具有一定压缩比的试验岩土颗粒倒入岩土箱130内，启动牵引设备，通过承载轮115在牵引滑轨114上的滑动，将岩土箱130送入试验区域。通过地层压缸320控制节理器330的下落，节理器330挤压试验岩土颗粒，岩土箱130下端内和压力拱120上方的岩土颗粒受压密实，形成密实岩土层，模拟现实水下隧道上方的覆岩土层，此处覆岩土层有灌浆加固，岩性节理较少，为不透水层。通过节理器330上的栅格切割挤压，节理器330一侧的受压岩土颗粒具有一定的岩性节理，有透水下渗的风险，具有透水层发育的趋势。

当水源保护区道路隧道开挖施工时，外力扰动打破了覆岩土层应力的初始平衡状态以及覆岩土层水力平衡条件，上覆岩土层节理裂缝发育的同时，还会向结构性的对外膨胀释放内应力。通过地层压缸320控制节理器330的小幅上升，原来受压的试验岩土颗粒会在内应力下小幅膨胀，此时节理器330栅格切割土体扩大了上层覆岩土层的节理裂隙发育。通过发育压缸340控制节压板350的局部下压，相邻压腔333内下方的岩土呈现不同压力下的压缩比切割，扩大下层密实岩土层节理裂隙的发育。实现了对整个覆岩土层节理裂缝发育的全面模拟。覆岩土层节理裂缝发育增加了透水下渗的风险，配合渗水装置，不仅模拟了水下水道覆岩土层节理裂隙发育，还模拟了不透水层向透水层转变的过程，合理预测水下隧道涌水量及围岩失稳突水时间，提高了水下隧道安全施工的重要安全指标。

节理渗压组件500包括加压头510、压力传感器520、拱顶流量阀530和渗压流量阀540。加压头510连通设置于节理器330上，加压头510与节理器330螺纹连接生胶带密封。加压头510连通于外部供水管路。压力传感器520均匀设置于拱顶撑梁140上，拱顶流量阀530均匀设置于拱顶撑梁140上，拱顶撑梁140上均匀设置有中立架141和侧立架142，拱顶撑梁140分别与中立架141和侧立架142栓接。压力传感器520固定于中立架141和侧立架142上，压力传感器520分别与中立架141和侧立架142栓接。压力传感器520上端贯穿于压力拱120，方便对压力拱120各个弧度面进行压力监测。拱顶流量阀530固定于中立架141和侧立架142上，拱顶流量阀530分别与中立架141和侧立架142栓接。拱顶流量阀530上端贯穿于压力拱120。

其中，拱顶流量阀530一端连通设置有渗水头531。渗水头531贯穿于压力拱120，减少岩土加压对管路渗水的堵塞。方便岩土层内渗水流量的检测。渗压流量阀540设置于掌子架110上，渗压流量阀540连通于岩土箱130内，渗压流量阀540一端连通设置有渗压管541，具体的渗压管541贯穿渗压管541焊接。渗压管541一端连通设置有防堵头542，减少管路的堵塞。防堵头542连通于岩土箱130内，对透水状态下的岩土层流量进行监测。

加压头510外连供水管路对节理器330挤压下的岩土进行高压注水，加压头510的注水通道受节压板350遮挡保护，减少了与试验岩土的直接接触堵塞的风险。高压注水填充压腔333顺着节理裂缝发育的方向下渗，模拟孔隙水压下渗，上覆岩土层转化为透水边界的初始状态。继续控制加压头510对水层腔334注水，模拟上覆岩土层应力失稳，与淤泥质土，黏土，砂质土等工程性质差的软土层以及强风化岩层之间错位形成的水层空穴，继续扩大上覆岩土层节理裂缝下渗的规模，模拟上覆岩土层转化为透水边界的中间状态。当高压注水达到一定规模时，高压下渗水进入岩土箱130与掌子架110上端之间的岩土层中，此时上覆岩土层最终转化为透水边界层，失去对隧道的透水涌水保护。模拟水下隧道上覆岩土层节理裂隙发育下，转化为透水层的过程。

为了实现水下隧道上方上覆岩土层节理发育和渗水的观测。压力传感器520头端贯穿压力拱120，直接对试验岩土颗粒受压过程中对隧道拱顶的压力变化进行观测，及时反馈上覆岩土层的压力变化。拱顶流量阀530通过渗水头531，对压力拱120各个面进行流量观测，研究节理发育引起的渗水孔隙流量的变化，通过一开始的节理裂隙发育压力变化，到后来的渗水透水压力变化，分析渗水流量和隧道拱顶受压变化，应用现实及时对隧道渗水涌水进行提前预警。当上覆岩土层完全转化为透水层时，通过防堵头542对岩土箱130内高压渗水进行引流，通过渗压流量阀540对此时上覆岩土层渗水流量进行观测，分析现实隧道涌水流量规模，提供理论依据，方便配给足够排水流量的设备，及时采取措施对水源保护区内地下隧道施工进行保护。

涌水模拟组件700包括涌水台710、涌水流量阀720、挡水墙730和回水池740。涌水台710搭接于掌子架110之间，掌子架110上设置有搭梁117，搭梁117贯穿掌子架110后焊接。涌水台710搭接于搭梁117之间，涌水台710与搭梁117栓接。涌水流量阀720均匀设置于掌子架110之间，涌水流量阀720连通于外部供水管路。掌子架110内设置有涌水管路118，涌水管路118通过掌子架110内穿孔进行限位固定。涌水管路118分别连通于涌水流量阀720和外部供水管路，涌水管路118与涌水流量阀720法兰连接。涌水流量阀720朝向涌水台710，挡水墙730设置于涌水台710上，涌水台710上均匀铺设有沙袋711，通过上述结构实现隧道的涌水预演工程急救措施。回水池740设置于龙门架310下方，回水池740朝向涌水台710，方便涌水试验渗水试验的排水收集。

水下隧道涌水是一个普遍存在的现象，施工人员应对此进行措施预案，以提高抢险施工效率，提高道路施工安全。技术人员可直观通过压力拱120压力数值和拱顶流量阀530流量，提前了解隧道上方节理裂隙发育变化和出现的高压渗水的可能，应用现实及时对道路施工工程进行抢险整改。通过涌水台710、挡水墙730和沙袋711构成的抢险预演平台，演练隧道涌水抢险措施，增加施工人员的危机意识。通过涌水流量阀720连通外部供水管路，并控制涌水规模范围，方便施工人员演练堵漏和排水。回水池740及时对隧道涌水模拟过程中产生的泥浆进行回收重复利用。实现了对水源保护区内人工岛水下隧道涌水的抢险工程模拟，提高水源保护区内人工岛水下隧道施工安全。

具体的，该水源保护区道路施工期人工岛模拟试验装置的工作原理：根据实际水源保护区内隧道上方覆岩土层的厚度，通过吊装设备将具有一定压缩比的试验岩土颗粒倒入岩土箱130内，启动牵引设备，通过承载轮115在牵引滑轨114上的滑动，将岩土箱130送入试验区域。通过地层压缸320控制节理器330的下落，节理器330挤压试验岩土颗粒，岩土箱130下端内和压力拱120上方的岩土颗粒受压密实，形成密实岩土层，模拟现实水下隧道上方的覆岩土层，此处覆岩土层有灌浆加固，岩性节理较少，为不透水层。通过节理器330上的栅格切割挤压，节理器330一侧的受压岩土颗粒具有一定的岩性节理，有透水下渗的风险，具有透水层发育的趋势。

当水源保护区道路隧道开挖施工时，外力扰动打破了覆岩土层应力的初始平衡状态以及覆岩土层水力平衡条件，上覆岩土层节理裂缝发育的同时，还会向结构性的对外膨胀释放内应力。通过地层压缸320控制节理器330的小幅上升，原来受压的试验岩土颗粒会在内应力下小幅膨胀，此时节理器330栅格切割土体扩大了上层覆岩土层的节理裂隙发育。通过发育压缸340控制节压板350的局部下压，相邻压腔333内下方的岩土呈现不同压力下的压缩比切割，扩大下层密实岩土层节理裂隙的发育。实现了对整个覆岩土层节理裂缝发育的全面模拟。覆岩土层节理裂缝发育增加了透水下渗的风险，配合渗水装置，不仅模拟了水下水道覆岩土层节理裂隙发育，还模拟了不透水层向透水层转变的过程，合理预测水下隧道涌水量及围岩失稳突水时间，提高了水下隧道安全施工的重要安全指标。

进一步，加压头510外连供水管路对节理器330挤压下的岩土进行高压注水，加压头510的注水通道受节压板350遮挡保护，减少了与试验岩土的直接接触堵塞的风险。高压注水填充压腔333顺着节理裂缝发育的方向下渗，模拟孔隙水压下渗，上覆岩土层转化为透水边界的初始状态。继续控制加压头510对水层腔334注水，模拟上覆岩土层应力失稳，与淤泥质土，黏土，砂质土等工程性质差的软土层以及强风化岩层之间错位形成的水层空穴，继续扩大上覆岩土层节理裂缝下渗的规模，模拟上覆岩土层转化为透水边界的中间状态。当高压注水达到一定规模时，高压下渗水进入岩土箱130与掌子架110上端之间的岩土层中，此时上覆岩土层最终转化为透水边界层，失去对隧道的透水涌水保护。模拟水下隧道上覆岩土层节理裂隙发育下，转化为透水层的过程。

为了实现水下隧道上方上覆岩土层节理发育和渗水的观测。压力传感器520头端贯穿压力拱120，直接对试验岩土颗粒受压过程中对隧道拱顶的压力变化进行观测，及时反馈上覆岩土层的压力变化。拱顶流量阀530通过渗水头531，对压力拱120各个面进行流量观测，研究节理发育引起的渗水孔隙流量的变化，通过一开始的节理裂隙发育压力变化，到后来的渗水透水压力变化，分析渗水流量和隧道拱顶受压变化，应用现实及时对隧道渗水涌水进行提前预警。当上覆岩土层完全转化为透水层时，通过防堵头542对岩土箱130内高压渗水进行引流，通过渗压流量阀540对此时上覆岩土层渗水流量进行观测，分析现实隧道涌水流量规模，提供理论依据，方便配给足够排水流量的设备，及时采取措施对水源保护区内地下隧道施工进行保护。

另外，水下隧道涌水是一个普遍存在的现象，施工人员应对此进行措施预案，以提高抢险施工效率，提高道路施工安全。技术人员可直观通过压力拱120压力数值和拱顶流量阀530流量，提前了解隧道上方节理裂隙发育变化和出现的高压渗水的可能，应用现实及时对道路施工工程进行抢险整改。通过涌水台710、挡水墙730和沙袋711构成的抢险预演平台，演练隧道涌水抢险措施，增加施工人员的危机意识。通过涌水流量阀720连通外部供水管路，并控制涌水规模范围，方便施工人员演练堵漏和排水。回水池740及时对隧道涌水模拟过程中产生的泥浆进行回收重复利用。实现了对水源保护区内人工岛水下隧道涌水的抢险工程模拟，提高水源保护区内人工岛水下隧道施工安全。

需要说明的是，地层压缸320、发育压缸340、压力传感器520、拱顶流量阀530、渗压流量阀540和涌水流量阀720具体的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。

地层压缸320、发育压缸340、压力传感器520、拱顶流量阀530、渗压流量阀540和涌水流量阀720的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.水源保护区道路施工期人工岛模拟试验装置，其特征在于，包括

覆软拱顶组件（100），所述覆软拱顶组件（100）包括掌子架（110）、压力拱（120）、岩土箱（130）和拱顶撑梁（140），所述压力拱（120）搭接于掌子架（110）上，所述岩土箱（130）固定套接于所述掌子架（110）上端，所述拱顶撑梁（140）均匀设置于所述掌子架（110）之间，所述压力拱（120）搭接于所述拱顶撑梁（140）上；

节理发育组件（300），所述节理发育组件（300）包括龙门架（310）、地层压缸（320）、节理器（330）、发育压缸（340）和节压板（350），所述龙门架（310）设置于所述掌子架（110）外，所述地层压缸（320）缸身设置于所述龙门架（310）上，所述节理器（330）设置于所述地层压缸（320）活塞杆一端，所述节理器（330）朝向所述岩土箱（130），所述发育压缸（340）缸身均匀设置于所述节理器（330）上，所述节压板（350）设置于所述发育压缸（340）活塞杆一端，所述节压板（350）贯穿于所述节理器（330）内；

节理渗压组件（500），所述节理渗压组件（500）包括加压头（510）、压力传感器（520）、拱顶流量阀（530）和渗压流量阀（540），所述加压头（510）连通设置于所述节理器（330）上，所述加压头（510）连通于外部供水管路，所述压力传感器（520）均匀设置于所述拱顶撑梁（140）上，所述压力传感器（520）上端贯穿于所述压力拱（120），所述拱顶流量阀（530）均匀设置于所述拱顶撑梁（140）上，所述拱顶流量阀（530）上端贯穿于所述压力拱（120），所述渗压流量阀（540）设置于所述掌子架（110）上，所述渗压流量阀（540）连通于所述岩土箱（130）内；

涌水模拟组件（700），所述涌水模拟组件（700）包括涌水台（710）、涌水流量阀（720）、挡水墙（730）和回水池（740），所述涌水台（710）搭接于所述掌子架（110）之间，所述涌水流量阀（720）均匀设置于所述掌子架（110）之间，所述涌水流量阀（720）连通于外部供水管路，所述涌水流量阀（720）朝向所述涌水台（710），所述挡水墙（730）设置于所述涌水台（710）上，所述回水池（740）设置于所述龙门架（310）下方，所述回水池（740）朝向所述涌水台（710）。

2.根据权利要求1所述的水源保护区道路施工期人工岛模拟试验装置，其特征在于，所述龙门架（310）上设置有门洞梁（311），所述地层压缸（320）缸身设置于所述门洞梁（311）上，所述地层压缸（320）活塞杆一端设置有封水座（321），所述封水座（321）固定于所述节理器（330）上。

3.根据权利要求2所述的水源保护区道路施工期人工岛模拟试验装置，其特征在于，所述门洞梁（311）上转动设置有平衡齿轮（312），所述节理器（330）上设置有平衡齿条（331），所述平衡齿轮（312）啮合于所述平衡齿条（331）。

4.根据权利要求2所述的水源保护区道路施工期人工岛模拟试验装置，其特征在于，所述节理器（330）上设置有平衡导柱（332），所述平衡导柱（332）滑动贯穿于所述门洞梁（311）内。

5.根据权利要求2所述的水源保护区道路施工期人工岛模拟试验装置，其特征在于，所述节理器（330）上均匀开设有压腔（333），所述节压板（350）贯穿于所述压腔（333）内，所述节理器（330）上开设有水层腔（334），所述水层腔（334）朝向所述封水座（321）。

6.根据权利要求1所述的水源保护区道路施工期人工岛模拟试验装置，其特征在于，所述掌子架（110）上均匀设置有强筋座（111），所述岩土箱（130）搭接于所述强筋座（111）上。

7.根据权利要求1所述的水源保护区道路施工期人工岛模拟试验装置，其特征在于，所述发育压缸（340）缸身设置有法兰座（341），所述法兰座（341）固定于所述节理器（330）上。

8.根据权利要求1所述的水源保护区道路施工期人工岛模拟试验装置，其特征在于，所述掌子架（110）底部均匀设置有承载座（112），所述承载座（112）之间设置有同步杆（113）。

9.根据权利要求8所述的水源保护区道路施工期人工岛模拟试验装置，其特征在于，所述掌子架（110）下方设置有牵引滑轨（114），所述承载座（112）下端转动设置有承载轮（115），所述承载轮（115）滑动于所述牵引滑轨（114）表面。

10.根据权利要求1所述的水源保护区道路施工期人工岛模拟试验装置，其特征在于，所述掌子架（110）上均匀设置有角撑（116），所述拱顶撑梁（140）设置于所述角撑（116）之间。