CN206056982U - 一种高水头富水隧道的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高水头富水隧道的试验装置，包括水压加载装置和隧道结构体系装置；所述隧道结构体系装置包括压力罐、隧道模型、防水板、无纺布、盲管、注浆圈、围岩和排水管；所述压力罐的顶部设置有进水口，所述进水口通过管路连接至水压加载装置；在所述压力罐的内部放置隧道模型，所述隧道模型的外围依次由防水板、无纺布、盲管、注浆圈和围岩包裹，所述排水管连通盲管和压力罐外部。本实用新型能够模拟高水头富水隧道结构体系的工作状态，能试验不同条件下隧道衬砌承受水压力的情况，可以分析各种因素对衬砌水压力折减系数的影响。

Description

一种高水头富水隧道的试验装置

技术领域

本实用新型属于隧道模拟试验技术领域，尤其涉及一种高水头富水隧道的模拟试验装置。

背景技术

国内较早提出衬砌水压力荷载问题的主要集中在水工隧洞界，而隧道研究人员对水荷载的研究少有报道。究其原因主要在于：一是隧道选线往往避开高水压富水地层，工程实践中遇到的问题不多，也不突出；二是以往即使遇到高水头富水地层问题，往往采取“以排为主”的防排水设计原则，忽略了衬砌上的水荷载这一问题。

目前，随着人们对地下水与隧址周边生态环境密切相关的认识不断深入，对隧道工程中地下水处治原则进行了深入的思考，“以堵为主、限量排放”成为了高水头富水隧道地下水的处治原则。衬砌结构受力体系是高水头富水隧道设计中的重点，特别是衬砌水压力是设计中的关键参数。对于高水头富水头隧道，若按全水头设计，所需衬砌结构太过庞大，极不经济；不考虑水压力亦不可能，这样会给衬砌结构安全留下巨大隐患。总体来说，对于高水头富水隧道，如何合理确定作用在衬砌上的水荷载问题是设计的关键，衬砌水压力考虑得当与否直接关系到隧道的施工安全、建成后的结构可靠度及运营安全。

考虑到高水头富水隧道结构受力体系的复杂性、现场工程试验的滞后性、水压力参数对衬砌结构安全的重要性等特点，在实验室通过模型试验模拟高水头富水隧道结构体系的工作状态，试验不同条件下隧道衬砌承受水压力的情况，分析各种因素对衬砌水压力折减系数的影响，很有必要。而现有试验技术中缺少采用简易装置进行高水头富水隧道衬砌水压力测试分析的试验装置。

实用新型内容

为了克服现有技术方法的不足，本实用新型的目的在于提出一种高水头富水隧道的试验装置，能够模拟高水头富水隧道结构体系的工作状态，能试验不同条件下隧道衬砌承受水压力的情况，可以分析各种因素对衬砌水压力折减系数的影响。

为实现以上目的，本实用新型采用技术方案是：一种高水头富水隧道的试验装置，包括水压加载装置和隧道结构体系装置；所述隧道结构体系装置包括压力罐、隧道模型、防水板、无纺布、盲管、注浆圈、围岩和排水管；所述压力罐的顶部设置有进水口，所述进水口通过管路连接至水压加载装置；在所述压力罐的内部放置隧道模型，所述隧道模型的外围依次由防水板、无纺布、盲管、注浆圈和围岩包裹，所述排水管连通盲管至压力罐外部。

进一步的是，所述压力罐包括罐盖和罐身，所述罐盖置于罐身的顶部，且罐盖和罐身通过高强螺栓连接；以便于拆装试验模型。

进一步的是，在所述围岩顶部、围岩与注浆圈分界面、注浆圈与无纺布分界面的不同位置布设渗压计，用于测试隧道结构体系中不同位置处的水压力。

进一步的是，在所述罐身下部设置排水管，且在排水管上设置精密压力表和排水笼头，精密压力表用于测试排水管中的水压力；在罐身上还设有引线管，用于穿出渗压计引线。

进一步的是，所述围岩为中砂，所述注浆圈为水泥砂浆，材料简单易取，且接近于实际工况。

进一步的是，所述盲管为纱布包裹弹簧构成的管路结构，所述防水板为塑料膜，材料简单易取，且接近于实际工况。

进一步的是，所述隧道模型为混凝土实心隧道，材料简单易取，制作方便快捷，通过盲管与排水管连接相结合，接近于实际工况。

进一步的是，所述水压加载装置放置在试验室附近高处楼顶，所述水压加载装置包括上、下边缘均设有出水口的水箱，上边缘出水口与房屋排水通道连接，下边缘出水口通过管道与所述进水口连接；通过带有阀门的自来水水管为水箱供水。

利用带有阀门的自来水水管对水箱进行补水，水箱进水量稍大于试验装置的排水量，试验过程中水箱水位保持恒定，多余的水通过上边缘出水口排走，模拟高水头富水隧道地下水位的短期不变状态。

采用本技术方案的有益效果：

本实用新型考虑到高水头富水隧道结构受力体系的复杂性、现场工程试验的滞后性、水压力参数对衬砌结构安全的重要性等特点，采用相似试验设计原理，实现了在实验室模拟实际工程中高水头富水隧道的工作状态。

本实用新型中提出的试验装置，能够模拟高水头富水隧道结构体系的工作状态，能试验不同条件下隧道衬砌承受水压力的情况；

本实用新型中提出的试验装置，可以模拟不同水头高度、不同注浆圈厚度和渗透系数、不同围岩渗透系数及不同盲沟盲管参数的任一组合条件下的高水头富水隧道工况；能够全面且系统的研究高水头富水隧道衬砌水压力的分布特征和高水头富水隧道地下水的排放标准，能够明确地得出各种因素对衬砌水压力折减系数的影响。

本实用新型中提出的试验装置具有结构简单、操作方便、试验费用低且工程效果好等优点。

附图说明

图1为本实用新型的一种高水头富水隧道的试验装置的结构示意图；

图2为本实用新型的一种高水头富水隧道的试验装置的俯视图；

图3为本实用新型图1中A处的局部放大图；

其中，1是水压加载装置，2是隧道结构体系装置；21是压力罐，22是隧道模型，23是防水板，24是无纺布，25是盲管，26是注浆圈，27是围岩，28是排水管，29是渗压计，30是精密压力表；11是水箱，12是上边缘出水口，13是下边缘出水口，14是自来水水管；211是罐盖，212是罐身。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。

在本实施例中，参见图1-图3，一种高水头富水隧道的试验装置，包括水压加载装置1和隧道结构体系装置2；所述隧道结构体系装置2包括压力罐21、隧道模型22、防水板23、无纺布24、盲管25、注浆圈26、围岩27和排水管28；所述压力罐21的顶部设置有进水口，所述进水口通过管路连接至水压加载装置1；在所述压力罐21的内部放置隧道模型22，所述隧道模型22的外围依次由防水板23、无纺布24、盲管25、注浆圈26和围岩27包裹，所述排水管28连通盲管25至压力罐21外部。

作为上述实施例的优化方案，所述压力罐21包括罐盖211和罐身212，所述罐盖211置于罐身212的顶部，且罐盖211和罐身212通过高强螺栓连接；以便于拆装试验模型。

在所述围岩27顶部、围岩27与注浆圈26分界面、注浆圈26与无纺布24分界面的不同位置布设渗压计29，用于测试隧道结构体系中不同位置处的水压力。

在所述罐身212下部设置排水管28，且在排水管28上设置精密压力表30和排水笼头，精密压力表30用于测试排水管28中水压力；在罐身212上设有引线管，用于穿出渗压计29引线。

其中，所述围岩27为中砂，所述注浆圈26为水泥砂浆，材料简单易取，且接近于实际工况。

所述盲管25为纱布包裹弹簧构成的管路结构，所述防水板23为塑料膜，材料简单易取，且接近于实际工况。

所述隧道模型22为混凝土实心隧道，材料简单易取，制作方便快捷，通过盲管与排水管连接相结合，接近于实际工况。

作为上述实施例的优化方案，所述水压加载装置1放置在试验室附近高处楼顶，所述水压加载装置1包括上、下边缘均设有出水口的水箱11，上边缘出水口12与房屋排水通道连接，下边缘出水口13通过管道与所述进水口连接；在水箱11上部还设置有带有阀门的自来水水管14。

利用带有阀门的自来水水管14对水箱11进行补水，水箱11进水量稍大于试验装置的排水量，试验过程中水箱11水位保持恒定，多余的水通过上边缘出水口12排走，模拟高水头富水隧道地下水位的短期不变状态。

为了更好的理解本实用新型，下面对本实用新型的工作原理作一次完整的描述：

试验模型制作与安装：

拆开压力罐21的高强螺栓，用吊车打开罐盖211，以便在压力罐21内安装试验用的隧道模型22；将隧道模型22吊装到压力罐21内，并在周围安装无纺布24、盲管25、排水管28及渗压计29；用按设计比例拌合好水泥砂浆，在其周围施作模拟注浆圈26的砂浆层，然后等待砂浆干燥三天；装入模拟围岩27的中砂，并在围岩27顶部、围岩27与注浆圈26分界面、注浆圈26与无纺布24分界面处，布置好渗压计29；盖上罐盖211，紧固高强螺栓，安装好试验装置。

试验与测试：

向水箱11内灌水，保持水箱11的水位不变；水由水箱11流向压力罐21内；直至渗流稳定后关闭压力罐21的排水阀；逐级打开压力罐21的排水阀放水，待排水管28出水稳定后，用秒表计时间、用量杯测水量以及用频率仪测渗压计29频率，测试出水压和流量曲线关系，计算得到的测量结果；通过调整水箱11高度，模拟不同高水头工况。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种高水头富水隧道的试验装置，其特征在于，包括水压加载装置(1)和隧道结构体系装置(2)；所述隧道结构体系装置(2)包括压力罐(21)、隧道模型(22)、防水板(23)、无纺布(24)、盲管(25)、注浆圈(26)、围岩(27)和排水管(28)；所述压力罐(21)的顶部设置有进水口，所述进水口通过管路连接至水压加载装置(1)；在所述压力罐(21)的内部放置隧道模型(22)，所述隧道模型(22)的外围依次由防水板(23)、无纺布(24)、盲管(25)、注浆圈(26)和围岩(27)包裹，所述排水管(28)连通盲管(25)至压力罐(21)外部。

2.根据权利要求1所述的一种高水头富水隧道的试验装置，其特征在于，所述压力罐(21)包括罐盖(211)和罐身(212)，所述罐盖(211)置于罐身(212)的顶部，罐盖(211)和罐身(212)通过高强螺栓连接。

3.根据权利要求2所述的一种高水头富水隧道的试验装置，其特征在于，在所述围岩(27)顶部、围岩(27)与注浆圈(26)分界面、注浆圈(26)与无纺布(24)分界面的不同位置布设渗压计(29)。

4.根据权利要求3所述的一种高水头富水隧道的试验装置，其特征在于，在所述罐身(212)下部设置排水管(28)，且在排水管(28)上设置精密压力表(30)和排水笼头；在罐身(212)上还设有引线管。

5.根据权利要求4所述的一种高水头富水隧道的试验装置，其特征在于，所述围岩(27)为中砂，所述注浆圈(26)为水泥砂浆。

6.根据权利要求5所述的一种高水头富水隧道的试验装置，其特征在于，所述盲管(25)为纱布包裹弹簧构成的管路结构，所述防水板(23)为塑料膜。

7.根据权利要求6所述的一种高水头富水隧道的试验装置，其特征在于，所述隧道模型(22)为混凝土实心隧道。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种高水头富水隧道的试验装置，其特征在于，所述水压加载装置(1)放置在试验室附近高处楼顶，所述水压加载装置(1)包括上、下边缘均设有出水口的水箱(11)，上边缘出水口(12)与房屋排水通道连接，下边缘出水口(13)通过管道与所述进水口连接；水箱(11)中的水通过带有阀门的自来水水管(14)提供。