一种联络通道防突涌水试验装置及试验方法

本发明涉及联络通道防治，尤其涉及一种联络通道防突涌水试验装置及试验方法。

背景技术：

1、联络通道作为隧道的一部分，承担着管线连接和逃生通道的功能。在联络通道施工过程中，尤其是在富水砂层的情况下，有时出现塌方、突涌水突泥等工程问题，这将极大增加工程难度与费用，增加工期甚至造成人员伤亡事故。开展模型试验对联络通道穿越富水断层进行研究，有助于深化认识富水断层致灾机理和规律，为联络通道安全施工提供指导作用。但现有的试验装置在不同土层条件、不同埋深、不同水位、不同围岩压力等方面过于单一，无法精确控制变量，进而无法研究隧道稳定性与各因素之间的定量关系，所测得的结果在实际应用中常有难以调适的偏差，不具有代表性，因此难以灵活适应多变的工程实际地质情况。同时对于联络通道突涌水情况的试验装置比较匮乏，尤其是对于灾后防治的试验装置更是缺乏。

2、现有公开号为cn211505504u的实用新型公开了一种模拟隧道穿越富水断层突涌水的试验装置，包括：包括模型试验箱、顶部荷载控制系统、水力加载装置、断层构造、数据采集监测设备、视频录制设备以及突涌水混合物收集装置；所述模型试验箱的一侧面上设置有隧道断面；所述断层构造包括设置在模型试验箱内的破碎带和围岩相似材料，围岩相似材料顶部设置有传力板；破碎带呈倾斜设置，沿隧道断面开挖的隧道能穿过破碎带的倾斜面；传力板由多块短钢板通过铰接装置铰接而成；所述顶部荷载控制系统用于给传力板施加向下的压力载荷；所述水力加载装置用于向破碎带内定量注水；所述数据采集监测设备埋设在破碎带相似材料和围岩相似材料内；所述突涌水混合物收集装置用于收集从隧道断面流出的突涌水混合物；所述视频录制设备用于录制隧道突涌水发生过程。但试验装置用于模拟隧道在不同条件下穿越富水断层发生突涌水情况，但未模拟发生突涌水情况后的灾后防治。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种联络通道防突涌水试验装置及试验方法，能够综合不同地层条件、不同埋深、不同水位、不同围岩压力等多种复杂条件，模拟联络通道发生的突涌水情况，以及模拟联络通道的灾后防治。

2、为实现上述目的，本发明提供一种联络通道防突涌水试验装置，包括试验箱、主隧道模型、联络通道模型、注浆孔、加载系统、进水系统、传感系统；所述试验箱内设有土层容纳空间；所述主隧道模型和联络通道模型均设置在所述土层容纳空间内，所述联络通道模型与所述主隧道模型连通；所述注浆孔分别设置在所述主隧道模型、所述联络通道模型上，用于连接注浆系统并模拟在突涌水发生时的注浆防治；

3、所述加载系统、所述进水系统、所述传感系统均设置在所述试验箱上，所述加载系统用于对所述试验箱内土层压实和施加围岩压力；所述传感系统用于检测所述试验箱内的水位条件、水压、围岩压力、所述主隧道模型和所述联络通道模型的渗水情况以及注入浆液的扩散路径。

4、可选地，所述传感系统还包括温敏传感系统，所述温敏传感系统设置在所述联络通道模型上，用于检测注入浆液的扩散路径。

5、可选地，所述温敏传感系统环向均匀分布在所述联络通道模型外侧。

6、可选地，所述加载系统包括设置在竖向加载系统、横向加载系统，所述竖向加载系统与所述试验箱顶部连接，所述横向加载系统与所述试验箱侧壁连接。

7、可选地，所述进水系统包括第一进水通道、第二进水通道，所述第一进水通道设置在试验箱上，第二进水通道设置在横向加载系统上。

8、可选地，所述试验装置还包括套筒模型，所述套筒模型设置在主隧道模型内且与联络通道模型连接。

9、可选地，所述传感系统还包括水压力传感系统，所述水压力传感系统设置在所述主隧道模型和所述联络通道模型的连接处，用于检测所述连接处渗水漏水的情况。

10、可选地，所述传感系统包括设置在所述试验箱内的渗水检测系统，用以实时监测所述试验箱内的水位条件、水压、围岩压力。

11、可选地，所述传感系统还包括设置在所述试验箱底部的土压力传感系统，用于检测所述试验箱内总压力。

12、一种基于上述试验装置的试验方法，包括以下步骤：

13、s1、获取不同土层的围岩材料、破碎带材料的参数，根据所述参数配制模拟土层；

14、s2、向试验箱内添加步骤s1中配制的模拟土层，通过加载系统对添加模拟土层进行压实，并通过加载系统对模拟土层施加围岩压力；

15、s3、开启进水系统，传感系统实时监测试验箱内的水位条件、水压、围岩压力；

16、s4、通过传感系统监测主隧道模型、联络通道模型，确定发生突涌水的情况；

17、s5、通过注浆孔进行注浆，通过传感系统检测浆液的扩散路径和观察注浆后主隧道模型、联络通道模型的修复情况。

18、有益效果：

19、1、本发明通过设置具有土层容纳空间的试验箱，试验箱的土层容纳空间内设有主隧道模型和联络通道模型，通过改变放入试验箱内的模拟土层的材料和深度，可改变主隧道模型、联络通道模型周围的土层条件和埋深。并通过设置加载系统和进水系统，加载系统对试验箱内的模拟土层材料进行加载，能够改变主隧道模型、联络通道模型周围土层的围岩压力，通过进水系统能够改变试验箱内水位条件，可满足不同土层条件、不同埋深、不同水位、不同围岩压力等多种复杂条件下的联络通道突涌水的模拟试验。

20、2、本发明通过单轴及三轴压缩、巴西劈裂、密度测试等试验，能够获取不同土层的围岩材料及破碎带材料的参数，并根据相似比例配制围岩相似材料和破碎带相似材料，使放入试验箱内的土层条件发生改变。

21、3、本发明通过设置传感系统，能够检测试验箱内的水位条件、水压、围岩压力、主隧道模型和联络通道模型的渗水情况，能够使模拟效果更加准确地实现。

22、4、本发明通过设置注浆孔，通过注浆孔注入浆液模拟灾后注浆防治。并通过传感系统，对注入浆液的扩散路径进行检测，能够更清晰准确地得到浆体的空间形状，为后续展开对浆液扩散、灾后防治的研究有着重要的作用。

技术特征：

1.一种联络通道防突涌水试验装置，其特征在于，包括试验箱、主隧道模型、联络通道模型、注浆孔、加载系统、进水系统、传感系统；所述试验箱内设有土层容纳空间；所述主隧道模型和联络通道模型均设置在所述土层容纳空间内，所述联络通道模型与所述主隧道模型连通；所述注浆孔分别设置在所述主隧道模型、所述联络通道模型上，用于连接注浆系统并模拟在突涌水发生时的注浆防治；

2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述传感系统还包括温敏传感系统，所述温敏传感系统设置在所述联络通道模型上，用于检测注入浆液的扩散路径。

3.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于，所述温敏传感系统环向均匀分布在所述联络通道模型外侧。

4.根据权利要求1-3任一项所述的试验装置，其特征在于，所述加载系统包括设置在竖向加载系统、横向加载系统，所述竖向加载系统与所述试验箱顶部连接，所述横向加载系统与所述试验箱侧壁连接。

5.根据权利要求4所述的试验装置，其特征在于，所述进水系统包括第一进水通道、第二进水通道，所述第一进水通道设置在试验箱上，第二进水通道设置在横向加载系统上。

6.根据权利要求1-3任一项所述的试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括套筒模型，所述套筒模型设置在主隧道模型内且与联络通道模型连接。

7.根据权利要求6所述的试验装置，其特征在于，所述传感系统还包括水压力传感系统，所述水压力传感系统设置在所述主隧道模型和所述套筒模型的连接处，用于检测所述连接处渗水漏水的情况。

8.根据权利要求1-3任一项所述的试验装置，其特征在于，所述传感系统包括设置在所述试验箱内的渗水检测系统，用以实时监测所述试验箱内的水位条件、水压、围岩压力。

9.根据权利要求1-3任一项所述的试验装置，其特征在于，所述传感系统还包括设置在所述试验箱底部的土压力传感系统，用于检测所述试验箱内总压力。

10.一种基于权利要求1-9任一项所述试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提供一种联络通道防突涌水试验装置及试验方法，其中，试验装置包括试验箱、主隧道模型、联络通道模型、注浆孔、加载系统、进水系统、传感系统；试验箱内设有土层容纳空间；注浆孔分别设置在主隧道模型、联络通道模型上，用于连接注浆系统并模拟在突涌水发生时的注浆防治；加载系统、进水系统、传感系统均设置在试验箱上，加载系统用于对试验箱内土层压实和施加围岩压力；传感系统用于检测试验箱内的水位条件、水压、围岩压力、主隧道模型和联络通道模型的渗水情况以及注入浆液的扩散路径。本发明能够综合地层条件、埋深、水位、围岩压力等多种复杂条件，模拟主隧道、联络通道发生的突涌水情况，以及模拟联络通道的灾后防治。

技术研发人员：李晓龙,孙立军,黄小雷,郭长龙,王帅帅,陈飞,钟燕辉,程宏图,常守志,钟艳梅,张蓓,刘小锋,栗鹏超,龚煦丛
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15