CN203148702U - 一种可考虑采空区及溶洞的隧道模型试验装置 - Google Patents

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汪波
何川
邹育麟
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Abstract

本实用新型公开了一种可考虑采空区及溶洞的隧道模型试验装置，包括隧道模型试验箱体(10)、隧道模型试验箱体外侧的加载及行走系统(1)、位于隧道模型试验箱体纵向中部的模型隧道预留开挖孔(2)、预埋的第一透明薄膜(3)和第二透明薄膜(5)、溶洞(4)及采空区(6)；位于隧道模型试验箱体底板(9)中部有一块预留活动板(7)，预留活动板(7)由十六个可装载和拆卸的分块(10)组成；预留活动板(7)下部设置一预留地坑(8)。通过本实用新型的实验装置，通过采空区及溶洞的隧道结构的设计和施工给出更科学可靠的试验依据，以保障隧道在施工期和营运期间的安全。

Description

一种可考虑采空区及溶洞的隧道模型试验装置
技术领域
本实用新型涉及一种可用于考虑采空区及溶洞的隧道模型试验装置，尤其涉及采空区及溶洞位于隧道底板下方的模型试验。
背景技术
在铁路隧道和公路隧道修建的过程中，难免因为各种原因不可避免的穿越采空区及溶洞，如我国一些浅部富煤地区，由于对其矿产资源的开发，致使其存在大大小小的不同地质及开采特征的煤窑采空区；又如在我国西南部云、贵、桂地区，以及川、鄂、湘部分地区碳酸盐地层成片连续分布，岩溶广泛发育，致使在隧道在修建的过程中经常会发生突水、突泥(涌砂)、塌方等工程灾害的发生。由此可见，采空区及溶洞的存在，必然打破原有的岩体力学平衡状态，致使上覆岩土体在自重作用下即可发生松弛、冒落或塌陷，因而其承载能力将大大降低，并且在未来的很长时间内仍不能达到稳定，这对于隧道工程，尤其是对于高等级的高速公路和铁路隧道而言，如果对采空区及溶洞处理不当，必然导致其路基和衬砌结构存在较大的安全隐患，在增大了后期维护管理成本的同时，同时也严重危及隧道的运营安全。
目前对采空区及溶洞的处理主要以注浆为主，主要形式包括注浆加固、支护补强、注浆回填等。有的时候也可采用钢筋混凝土筏型基础和大口径桩基等形式，其主要治理形式包括了跨越、回填、支撑等。而对于采空区及溶洞对隧道衬砌结构的安全性及稳定性研究手段，主要是通过现场监控量测和室内数值模拟分析两种方式来实现，而通过室内模型试验来实现的实例较少，尤其是当采空区及溶洞位于隧道底板下方时，在室内模型试验中较难实现，在国内外尚属空白。然而，通过室内模型试验不仅可以以较小的代价预测原型实际力学状态的规律，而且可以同施工现场实测数据和室内数值计算加以印证对比分析。
实用新型内容
本实用新型的目的是通过提供一种可考虑已有采空区及溶洞位于隧道底板下方的模型试验装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种可考虑采空区及溶洞的隧道模型试验装置，包括隧道模型试验箱体(10)、隧道模型试验箱体外侧的加载及行走系统(1)、位于隧道模型试验箱体纵向中部的模型隧道预留开挖孔(2)、预埋的第一透明薄膜(3)和第二透明薄膜(5)、溶洞(4)及采空区(6)；位于隧道模型试验箱体底板(9)中部有一块预留活动板(7)，预留活动板(7)由十六个可装载和拆卸的分块(10)组成；预留活动板(7)下部设置一预留地坑(8)。
所述的隧道模型试验装置，隧道模型试验箱体(10)的长、宽、高分别为：5600mm、5600mm、5600mm，预留地坑(8)的长、宽、高分别为：6000mm、1800mm、1600mm。
所述的隧道模型试验装置，预留活动板(7)的长、宽分别为：1600mm、600mm。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
通过在模型试验系统箱下方预留地坑，方便了试验人员自由进入模型试验地层岩土体的下方进行操作，而模型试验系统箱底板下方预留活动板和透明薄膜的预埋，实现了对位于隧道底板下方不同形状和不同规模大小采空区及溶洞的模拟，解决了采空区及溶洞位于隧道底板下方无法在模型试验施工模拟掘进前就已经存在的状况，从而使试验较真实的模拟了采空区及溶洞位于隧道底板下方时，地层岩土体及衬砌结构的力学行为特征，以对通过采空区及溶洞的隧道结构的设计和施工给出更科学可靠的试验依据，以保障隧道在施工期和营运期间的安全。
附图说明
图1是本实用新型实施例加载的隧道模型试验箱体示意图。
图2是本实用新型实施例正视结构示意图。
图3是本实用新型实施例俯视结构示意图。
图4是本实用新型实施例侧视结构示意图。
图5是本实用新型实施例预留活动板示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本实用新型进行详细说明。
如图1至图5所示，一种可考虑采空区及溶洞位于隧道底板下方的模型试验装置，其试验装置包括隧道模型试验箱体10、和隧道模型试验箱体外侧的加载及行走系统1，可对岩土体纵横向进行不同力学行为特征的加载；位于隧道模型试验箱体纵向中部的模型隧道预留开挖孔2，可装载包括圆形断面和马蹄形断面两种不同的隧道模型；预埋的第一透明薄膜3和第二透明薄膜5、溶洞4、采空区6，可根据工况需要调整它们(第一透明薄膜3和第二透明薄膜5、溶洞4、采空区6)位于隧道底板下方的距离；位于隧道模型试验箱体底板9中部有一块预留活动板7，预留活动板7由十六个可装载和拆卸的分块10组成，可根据煤层采空区的大小进行适当的开孔；预留活动板7下部设置一预留地坑8，可方便试验人员自由的进入模型试验地层岩土体的下方进行操作。
将模型试验箱底板9下方的预留活动板7关闭，向隧道模型试验箱体内部掺入填土，并在掺入填土的过程中将第一透明薄膜3或第二透明薄膜5预埋至隧道预留活动板7正上方的模型隧道预留开挖孔2的下方。然后试验人员通过模型试验箱下方的预留地坑8，进入隧道模型试验箱体内部的地层岩土体下方，且通过拆除隧道模型试验箱体底板下方预留活动板7的部分或全部分块10，并由掏槽工具将其下方土体掏空至已预埋的第一透明薄膜3或第二透明薄膜5处，以实现对不同规模大小的溶洞4或采空区6的控制，再利用刀片等尖锐工具划破此部分的第一透明薄膜3或第二透明薄膜5，使采空区6及溶洞4岩土体存于实际的临空面状态。最后通过隧道模型试验箱体加载及行走系统1实现对扰动岩土体及隧道衬砌结构的加载。
隧道模型试验箱体10尺寸为5600mm(长)×5600mm(宽)×5600mm(高)，在其正中心下方预留尺寸为6000mm(长)×1800mm(宽)×1600mm(高)的预留地坑8，以方便试验人员能自由的进入模型试验地层岩土体的下方进行操作。
预留活动板7尺寸为1600mm(长)×600mm(宽)，便于试验人员进入预留地坑8后，通过对活动板在一定范围的操作实现对模型试验箱内已预埋的下部土体的操作。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种可考虑采空区及溶洞的隧道模型试验装置，其特征在于，包括隧道模型试验箱体(10)、隧道模型试验箱体外侧的加载及行走系统(1)、位于隧道模型试验箱体纵向中部的模型隧道预留开挖孔(2)、预埋的第一透明薄膜(3)和第二透明薄膜(5)、溶洞(4)及采空区(6)；位于隧道模型试验箱体底板(9)中部有一块预留活动板(7)，预留活动板(7)由十六个可装载和拆卸的分块(10)组成；预留活动板(7)下部设置一预留地坑(8)。
2.根据权利要求1所述的隧道模型试验装置，其特征在于，所述隧道模型试验箱体(10)的长、宽、高分别为：5600mm、5600mm、5600mm，所述预留地坑(8)的长、宽、高分别为：6000mm、1800mm、1600mm。
3.根据权利要求1所述的隧道模型试验装置，其特征在于，所述预留活动板(7)的长、宽分别为：1600mm、600mm。
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