CN212871999U - 用于室内模型试验的承压溶洞对隧道施工影响的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于室内模型试验的承压溶洞对隧道施工影响的装置；由气压加载系统、PE导气管、金属阀门、充气气囊和监测系统（灵敏气压传递器、微型数显压力表）；气压加载系统提供模型试验溶洞的外部气压，PE导气管与气囊相连，通过外部气压加载系统向气囊充气，金属阀门预先设定其气压值，通过与灵敏气压传递器相连，从而控制气压加载系统，灵敏气压传递器通过三相阀门与气囊和导气管接口相连，监测气囊内部气压变化，并将气压传递至数显压力表。本装置通过外部气压装置给气囊充气，从而达到了气囊密封的效果，通过三相阀门将监测系统与气囊相连，从而起到自动控制充气泵电源的通断。

Description

用于室内模型试验的承压溶洞对隧道施工影响的装置

技术领域

本实用新型涉及隧道施工实验技术领域，尤其涉及一种用于室内模型试验的承压溶洞对隧道施工影响的装置。

背景技术

随着我国经济的快速发展，交通事业的不断增长，我国的隧道建设得到了飞跃性的发展，取得了很好的成就。同时又面临着新挑战、新机遇。我国西南地区最明显的地质特征就是以喀斯特地貌为主，喀斯特地貌多以岩溶、沟壑为主。然而在岩溶地区修建隧道工程，施工过程中的突水、突泥已成为最严重的工程灾害之一，大规模的突水，突泥不但危及隧道施工的进度，而且一旦施工措施不但，常常会使隧道建成后运营环境恶劣，地表环境恶化，给人们的生产和生活造成重大的损失。同时承压隐伏溶洞的隐蔽性以及强致灾性给隧道建设带来了极大的困难。大型物理模型试验作为揭示岩溶突水对隧道施工影响的重要研究手段，可以实现突水前多元信息的采集与分析，对于指导高风险岩溶隧道施工具有重要意义。为研究承压型隐伏溶洞突涌水对隧道施工的影响，相应的大型物理模型试验应运而生。模型试验系统建立的重要一步，通常由于溶腔装置的密封性问题导致模型试验结果不准确，甚至试验的失败。而且，以往的模型试验中采用水压加载的方法来模拟承压溶腔，而水压的难操作性以及渗水对试验开挖造成的不利影响，导致试验结果不理想。以往的模型试验中溶洞水压加载装置的可重复性差，密封效果不甚理想，而且操作复杂、试验过程效率低下。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服上述现有溶洞水压密封加载装置的不足以及采用水压的难操作性，渗水对试验开挖造成的不利影响；提供一种用于室内模型试验的承压溶洞对隧道施工影响的装置；以克服现有技术的不足。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种用于室内模型试验的承压溶洞对隧道施工影响的装置，包括试验台架，在试验台架中部空间填充填筑材料，在填筑材料内设置隧道模型，在隧道模型一侧的填筑材料内设置溶洞模型，所述隧道模型与量测系统连通实现对隧道模型的实时量测，所述溶洞模型与气压加载系统连通实现对溶洞模型气压加载，在气压加载系统上设置有气压监测系统。

前述的一种用于室内模型试验的承压溶洞对隧道施工影响的装置中，在隧道模型上设置有应力片，在隧道模型周围对应位置的填筑材料内设置有土压力盒，所述量测系统为静态应变仪和计算机，应力片和土压力盒分别通过传输线与静态应变仪和计算机的输入端连接实现对隧道模型进行量测。

前述的一种用于室内模型试验的承压溶洞对隧道施工影响的装置中，所述溶洞模型为气囊结构；所述气压加载系统通过PE导气管与溶洞模型连通；所述气压监测系统包括设置在气压加载系统和溶洞模型之间PE导气管上的电磁阀和三相阀门，所述三相阀门的另一项通过PE导气管连接灵敏气压传递器，所述灵敏气压传递器的输出端通过传输线连接数显压力表，该数显压力表通过传输线连接电磁阀，该电磁阀的输出端通过传输线连接气压加载系统实现对气压加载系统的开闭控制。

本实用新型的有益效果为：本实用新型的气压加载系统提供模型试验溶洞所需的外部气源供给以及恒定的水压力；PE导气管是实现溶洞气压加载的过气通道，与充气气囊相连，通过外部气压加载装置实现气囊膨胀；气压监测系统是由微型数显压力表、灵敏气压传感器和电磁阀组成，电磁阀通过两根导线与气压加载系统和微型数显压力表相连，而灵敏气压传感器通过三向阀门与PE管和气囊相连，从而监测气囊内部气压变化，并将气压值传递至数显压力表，通过预定的气压阙值来达到自动关闭气压加载系统的目的；量测系统采用DH3816 和3818静态应变仪与计算机相连，来实现应力、应变、位移数据的连续采集。

附图说明

图1为本实用新型的原理结构示意图；

图2为本实用新型中气压加载系统和气压监测系统与溶洞模型连接示意图。

图中：1.气压加载系统；2.电磁阀；3金属三向阀门；4.灵敏气压传递器；5.溶洞模型；6.PE导气管；7.土压力盒；8.静态应变仪和计算机；9.隧道模型；10.试验台架；11.填筑材料；12.传输线； 13.应力片；14.微型数显压力表。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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专利和简化描述，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专利的限制。

在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

实施例：一种用于室内模型试验的承压溶洞对隧道施工影响的装置，包括试验台架10，在试验台架10中部空间填充填筑材料11，在填筑材料11内设置隧道模型9，在隧道模型9一侧的填筑材料11内设置溶洞模型5，所述隧道模型9与量测系统连通实现对隧道模型9的实时量测，所述溶洞模型5与气压加载系统1连通实现对溶洞模型 5气压加载，在气压加载系统上设置有气压监测系统；其中在隧道模型9上设置有应力片13，在隧道模型9周围对应位置的填筑材料11 内设置有土压力盒7，所述量测系统为静态应变仪和计算机8，应力片13和土压力盒7分别通过传输线12与静态应变仪和计算机的输入端连接实现对隧道模型9进行量测；所述溶洞模型5为气囊结构；所述气压加载系统1通过PE导气管6与溶洞模型5连通；所述气压监测系统包括设置在气压加载系统1和溶洞模型5之间PE导气管6上的电磁阀2和三相阀门3，所述三相阀门3的另一项通过PE导气管6 连接灵敏气压传递器4，所述灵敏气压传递器4的输出端通过传输线 12连接数显压力表14，该数显压力表14通过传输线12连接电磁阀 2，该电磁阀2的输出端通过传输线12连接气压加载系统1实现对气压加载系统1的开闭控制。

本实施例的气压加载系统1是由充气泵型号为4396ML/122265，额定电压12V，最大气压即可达40PSI，主要用于模型试验溶洞5所需的外部气源供给和恒定的气压。

待模型试验的填筑材料填筑完成，模型试验溶洞和模型试验隧道安置完成后，即可进行溶洞气压力的的加载；PE导气管6分别与电磁阀2和三相阀门3并排安置，并与充气气囊(溶洞模型)5相连，通过外部气压加载装置1实现气囊5充气；电磁阀2的两个传输线 12分别与气压加载系统1和微型数显压力表14相连，通过预定的气压值实现气压加载系统1的自动关闭。灵敏气压传递器4通过PE导气管与充气气囊5相连，实时监测充气气囊的内部气压，并将气压值传输给微型数显压力表14，以达到试验的气压要求。13应力片预先安置在模型试验隧道的相应位置，通过导线12与外部静态应变仪8 相连，土压力盒7埋置在模型试验隧道9周围的相应位置，通过导线 12与外部静态应变仪8相连。两者时刻通过传输线12传输隧道模拟开挖中隧道模型的应力和应变变化。

根据本实施例用于一种用于室内模型试验承压溶洞对隧道施工影响装置的方法。包括以下步骤：

(1)完成模型试验的填筑工作，在预定位置埋设隧道模型和充气气囊，并给充气气囊预留一定位置，以便充气。

(2)启动外部气压加载装置，实时关注监测系统数值显示，以达到预定的气压值，从而关闭气压加载系统。

(3)待气压稳定后，进行隧道的模拟开挖，并启动量测系统接收隧道开挖过程中隧道的压力、应变、位移的变化值。

(4)试验结束后再次启动外部气压加载装置的泄气按钮，实现气囊的泄压，将于填筑材料分离后的充气气囊(溶洞模型)取出，清洗干净并安全放置。

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施及其说明用于解释，本申请并不构成对本申请的不当限定。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于室内模型试验的承压溶洞对隧道施工影响的装置，包括试验台架(10)，其特征在于：在试验台架(10)中部空间填充填筑材料(11)，在填筑材料(11)内设置隧道模型(9)，在隧道模型(9)一侧的填筑材料(11)内设置溶洞模型(5)，所述隧道模型(9)与量测系统连通实现对隧道模型(9)的实时量测，所述溶洞模型(5)与气压加载系统(1)连通实现对溶洞模型(5)气压加载，在气压加载系统上设置有气压监测系统。

2.根据权利要求1所述的一种用于室内模型试验的承压溶洞对隧道施工影响的装置，其特征在于：在隧道模型(9)上设置有应力片(13)，在隧道模型(9)周围对应位置的填筑材料(11)内设置有土压力盒(7)，所述量测系统为静态应变仪和计算机(8)，应力片(13)和土压力盒(7)分别通过传输线(12)与静态应变仪和计算机的输入端连接实现对隧道模型(9)进行量测。

3.根据权利要求1所述的一种用于室内模型试验的承压溶洞对隧道施工影响的装置，其特征在于：所述溶洞模型(5)为气囊结构；所述气压加载系统(1)通过PE导气管(6)与溶洞模型(5)连通；所述气压监测系统包括设置在气压加载系统(1)和溶洞模型(5)之间PE导气管(6)上的电磁阀(2)和三相阀门(3)，所述三相阀门(3)的另一项通过PE导气管(6)连接灵敏气压传递器(4)，所述灵敏气压传递器(4)的输出端通过传输线(12)连接数显压力表(14)，该数显压力表(14)通过传输线(12)连接电磁阀(2)，该电磁阀(2)的输出端通过传输线(12)连接气压加载系统(1)实现对气压加载系统(1)的开闭控制。

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