CN208969089U - 漏点位置、漏缝宽度可控的海底盾构隧道模型试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种漏点位置、漏缝宽度可控的海底盾构隧道模型试验装置，包括箱体、隧道模型、铁片簇、土样、位移传感器、压力传感器、应变片、加压装置和水砂收集装置；隧道模型从箱体内穿过，隧道模型与箱体连接处设置有密封装置，箱体内填充土样和水，土样覆盖隧道模型；隧道模型的表面设置有漏缝，铁片簇填塞漏缝，铁片簇由多个铁片叠加而成，铁片上设置有用于穿线的穿线孔。本实用新型的试验装置在隧道模型的表面任意位置设置漏缝，高度模拟实际工程隧道，可有效研究不同水压下模型盾构隧道不同漏点位置、不同漏缝宽度的漏水漏砂演变过程及相应机理，为隧道工程提供施工数据和安全保障。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种模拟海底盾构隧道漏水漏砂的试验装置，特别涉及一种可考虑海底隧道不同漏点位置与漏点宽度漏水漏砂的防爆可视化试验装置。
背景技术
水下隧道工程中盾构法得到了大量应用，如武汉地铁2号线越江隧道、厦门地铁2号线跨海隧道等。盾构隧道在位于海底高水压的作用下，管片接头处易发生漏水、漏砂、漏泥事故，对轨道交通等生命线工程的正常运行及安全使用产生严重威胁。
目前国内外的相关研究，一方面集中在漏水的工程现象分析，但这样按照经典渗流理论计算会使实际隧道结构设计偏于不安全；另一方面，对盾构隧道漏水漏砂的研究多体现在理论分析与数值模拟层面上。现有少数的模型试验研究中，张成平等在《管线渗漏水范围对浅埋隧道围岩变形和破坏的影响》(岩石力学与工程学报2015,34(2):392-400)一文中通过由台架、加(卸)载系统和监测系统3个部分组成的平面应变隧道模型试验系统，研究了非水下隧道施工过程中地下管线渗漏水对不饱和地层变形的影响；郑刚等在《地下工程漏水漏砂灾害发展过程的试验研究及数值模拟》(岩石力学与工程学报2014,33(12):2458-2471)一文中设计了一种可以改变水平向缝隙宽度的渗漏试验装置，由上部的水头控制与进水装置、中部的土体变形观察面板和下部的漏砂、漏水量测量装置组成，以研究骨架粒径D90在0.4～4.1mm范围内的5种水下砂土自水平向不同宽度缝隙中漏出时的水土流失及演化规律；在此基础上(不同管片张开量下隧道外水土流失规律试验研究[J/OL].岩土工程学报:1-8[2018-04-02])研发了由试验箱、气泵、加压系统3部分组成的一种弹性密封垫、土、水共同作用的盾构隧道渗漏试验系统，其研究重点集中于富水砂土中盾构隧道管片水平向接缝不同张开量下隧道周围水土流失的规律。
但是，现有模型试验仅针对非水下隧道或者水下隧道水平向接缝不同缝宽的水土流失机制开展了研究。针对海底高水压下盾构隧道不同位置处(不同位置环缝与纵缝)漏水漏砂的机理还未有相关的模型试验研究，这对于漏水漏砂诱发周围地层“暗穴”的演变特征及相关机制的研究产生了局限性。因此需要一种可控制渗漏位置与宽度的，研究高水压盾构隧道不同漏点渗漏时周围土拱演变过程的防爆可视化模型试验装置。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种关于可控制渗漏位置与宽度的防爆可视化海底盾构隧道模型试验装置。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种漏点位置、漏缝宽度可控的海底盾构隧道模型试验装置，包括箱体、隧道模型、铁片簇、土样、位移传感器、压力传感器、应变片、加压装置和水砂收集装置；
箱体本身需要承受内部压力，一般选择钢板制成，箱体表面应预留供注水以及导线进出的预留孔；隧道模型从箱体内穿过，隧道模型与箱体连接处设置有密封装置，箱体内填充土样和水，土样覆盖隧道模型；
隧道模型的表面设置有漏缝，铁片簇填塞漏缝，铁片簇与隧道模型之间的缝隙用PVC胶临时密封，铁片簇由多个铁片叠加而成，铁片上设置有用于穿线的穿线孔；
压力传感器安装在漏缝处，应变片粘贴在隧道模型内壁，位移传感器测量土样的下沉距离，加压装置(一般选择功率可调的水泵作为加压装置)用于向箱体内增加压力，水砂收集装置收集隧道模型内渗漏出的水和砂。
本实用新型试验装置的工作步骤是：
(1)将隧道模型安装在箱体内，用等同于漏缝宽度的铁片簇临时密封预设的漏缝，铁片簇上应穿线，并将拉线引至箱体之外备用；
(2)安装压力传感器和应变片；
(3)采用落雨法埋置土样；
(4)安装位移传感器，使位移传感器触点垂直接触水砂分层面；
(5)向箱体内注满水；
(6)利用加压装置将箱体内水压增加至设定值，然后利用拉线拔掉铁片簇；
(7)利用水砂收集装置收集并记录设定时间内隧道模型的漏水漏砂量，记录应变片、压力传感器和位移传感器的测量数据。
进一步的，所述箱体表面设置有观察窗，所述土样内间隔设置有多层有色砂层，在漏水漏砂期间可以利用观察窗观察土样中有色砂层的形状变化。
进一步的，所述观察窗的窗口被辐条分隔为田字形，隧道模型处于观察窗的中间，整个观察窗被玻璃(一般采用高强度的防爆玻璃)封闭，玻璃中部需要开孔以便隧道模型穿过，田字形观察窗中间的辐条能够降低玻璃开孔处的平面外挠曲。
进一步的，所述隧道模型由PVC材料(例如PVC管材)制成，所述隧道模型包括多个管片，多个管片由PVC胶水粘结拼接成通缝或错缝的隧道模型。
进一步的，所述密封装置包括空心筒体、套环和密封圈，箱体表面设置有隧道孔，空心筒体从隧道孔内穿过，隧道模型从空心筒体内穿过，套环套在空心筒体上，空心筒体与隧道模型之间设置有密封圈，空心筒体与箱体之间设置有密封圈。
进一步的，所述水砂收集装置包括引流管和量筒，引流管位于隧道模型内，量筒位于引流管的末端，引流管将隧道模型内渗漏出的水和砂引流至量筒；引流管的表面也可以设置塑料膜；为了便于引流，引流管或者塑料膜可以设置成倾斜状态。
有益效果：(1)本实用新型的试验装置在隧道模型的表面任意位置设置漏缝，高度模拟实际工程隧道，可有效研究不同水压下模型盾构隧道不同漏点位置、不同漏缝宽度的漏水漏砂演变过程及相应机理，为隧道工程提供施工数据和安全保障；(2)本实用新型的试验装置在箱体表面设置观察窗，在土样内间隔设置有色砂层，方便研究人员直观的观察土样形变和流动过程。(3)本实用新型的试验装置将观察窗设计成田字形，利用辐条降低玻璃开孔处的平面外挠曲，增加整个箱体的抗压能力，提高试验装置的防爆效果。
附图说明
图1是实施例1试验装置的主视图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是实施例1试验装置的铁片簇的零件图；
图4是实施例1试验装置的引流管的零件图；
图5是实施例1试验装置的密封装置的结构图。
其中：1、箱体；101、预留孔；2、隧道模型；3、铁片簇；4、土样；5、位移传感器；6、应变片；7、空心筒体；8、套环；9、密封圈；10、引流管；11、塑料膜；12、有色砂层。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例的漏点位置、漏缝宽度可控的海底盾构隧道模型试验装置，包括箱体1、隧道模型2、铁片簇3、土样4、位移传感器5、压力传感器、应变片6、水泵和水砂收集装置；
箱体1由钢板制成，箱体1的顶盖预留供注水以及导线进出的预留孔101；箱体1的前表面设置田字形的观察窗，观察窗的中间设置有供隧道模型2穿过的隧道孔，观察窗的内表面由防爆玻璃贴合封闭；
隧道模型2采用PVC管材制成，具体做法是:将PVC管材按实际隧道尺寸以设计的比例分割成管片，利用PVC胶水将管片粘合拼装成通缝或错缝的隧道模型2。在不同纵缝或环缝位置的漏缝处，用铁片簇3加PVC胶水临时密封，其中铁片簇3的具体结构如图3所示，铁片簇3由多片等厚度铁片组成，调整铁片数量即可控制铁片簇3的厚度；每个铁片上设置穿线孔；
隧道模型2从箱体1内穿过，隧道模型2与箱体1连接处设置有密封装置；密封装置的结构如图5所示，密封装置包括空心筒体7、套环8和密封圈9，空心筒体7从箱体1表面的隧道孔内穿过，隧道模型2从空心筒体7内穿过，套环8套在空心筒体7上，空心筒体7与隧道模型2之间设置有密封圈9，空心筒体7与箱体1之间设置有密封圈9；
水砂收集装置的结构如图4所示，水砂收集装置包括引流管10、塑料膜11和量筒，引流管10位于隧道模型2内，塑料膜11倾斜的布置在引流管10内，量筒位于引流管10的末端；
本实施例试验装置的工作步骤是：
(1)将组装好的隧道模型2安装在箱体1内，用等同于漏缝宽度的铁片簇3临时密封预设的漏缝，铁片簇3上应穿线，并将拉线引至箱体1之外备用；
(2)安装压力传感器和应变片6，压力传感器安装在漏缝处，应变片6粘贴在隧道模型2内壁；
(3)采用落雨法埋置土样4，并每隔一定深度铺设一层有色砂层12；
(4)安装位移传感器5，使位移传感器5触点垂直接触水砂分层面；
(5)向箱体1内注满水；
(6)利用水泵将箱体1内水压增加至设定值，然后利用拉线拔掉铁片簇3；
(7)隧道模型2渗透的水和砂经引流管10引流进入量筒，记录量筒收集的水和砂的量及时间；同时记录应变片6、压力传感器和位移传感器5的测量数据；分析漏水漏砂的演变过程及发生机理。
虽然说明书中对本实用新型的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本实用新型的保护范围。在不脱离本实用新型宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (6)
1.一种漏点位置、漏缝宽度可控的海底盾构隧道模型试验装置，其特征在于：包括箱体、隧道模型、铁片簇、土样、位移传感器、压力传感器、应变片、加压装置和水砂收集装置；
隧道模型从箱体内穿过，隧道模型与箱体连接处设置有密封装置，箱体内填充土样和水，土样覆盖隧道模型；
隧道模型的表面设置有漏缝，铁片簇填塞漏缝，铁片簇由多个铁片叠加而成，铁片上设置有用于穿线的穿线孔；
压力传感器安装在漏缝处，应变片粘贴在隧道模型内壁，位移传感器测量土样的下沉距离，加压装置用于向箱体内增加压力，水砂收集装置收集隧道模型内渗漏出的水和砂。
2.根据权利要求1所述的漏点位置、漏缝宽度可控的海底盾构隧道模型试验装置，其特征在于：所述箱体表面设置有观察窗，所述土样内间隔设置有多层有色砂层。
3.根据权利要求2所述的漏点位置、漏缝宽度可控的海底盾构隧道模型试验装置，其特征在于：所述观察窗的窗口被辐条分隔为田字形，隧道模型处于观察窗的中间。
4.根据权利要求1所述的漏点位置、漏缝宽度可控的海底盾构隧道模型试验装置，其特征在于：所述隧道模型由PVC材料制成，所述隧道模型包括多个管片，多个管片由PVC胶水粘结拼接成通缝或错缝的隧道模型。
5.根据权利要求1所述的漏点位置、漏缝宽度可控的海底盾构隧道模型试验装置，其特征在于：所述密封装置包括空心筒体、套环和密封圈，箱体表面设置有隧道孔，空心筒体从隧道孔内穿过，隧道模型从空心筒体内穿过，套环套在空心筒体上，空心筒体与隧道模型之间设置有密封圈，空心筒体与箱体之间设置有密封圈。
6.根据权利要求1所述的漏点位置、漏缝宽度可控的海底盾构隧道模型试验装置，其特征在于：所述水砂收集装置包括引流管和量筒，引流管位于隧道模型内，量筒位于引流管的末端，引流管将隧道模型内渗漏出的水和砂引流至量筒。
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