一种盾构隧道渗漏水自动化试验装置的制作方法

本发明涉及盾构隧道工程领域，具体地说是一种盾构隧道渗漏水自动化试验装置。

背景技术：

1、近年来，随着越来越多的盾构隧道投入运营，运营隧道渗漏和破损的病害越发突显，可谓是“十隧九漏”。为了解决该问题，很多学者都利用模拟装置对其进行了研究，但目前研发的模拟装置都存在一定缺陷，如既有隧道模型无法调节渗漏空隙的尺寸，未将管片接缝变形与渗漏水关联，无法模拟隧道周围地下水的定向流动，无法模拟地下水从地层中向隧道内渗透的全过程。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种盾构隧道渗漏水自动化试验装置，相比传统模拟装置从结构及功能上进行了改造设计和优化，能够明晰局部泥水渗漏对运营盾构隧道整体三维空间变形的不利影响，解决了现有技术中的问题。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：盾构隧道渗漏水自动化试验装置，包括有加载系统、模型箱、隧道模型和监测系统，其中模型箱的底面以及左右侧面上均安装有并排布置的若干根水管，在底面水管的上部铺设有第一透水石，水管均能向模型箱内进行注水或抽水，在模型箱的前后侧面上均安装有支架，隧道模型安装在模型箱内的两个支架之间，所述隧道模型由普通管片和渗漏管片拼装组成，普通管片能阻止泥水进入到隧道模型内部，渗漏管片能调节隧道模型的渗漏缝隙大小，在模型箱的前侧面上还开设有圆形开口，圆形开口与隧道模型的内部空间相对应设置，监测系统通过圆形开口伸入到隧道模型的内部，所述加载系统能对模型箱内的隧道模型施加模拟外力，水管能模拟隧道模型的外周渗漏水情况，监测系统能实时监测隧道模型上普通管片和渗漏管片的位移及转角。所述加载系统包括有位于模型箱上部的反力架，反力架上安装千斤顶，在模型箱和千斤顶之间设有传力板和传力筒，其中反力架包括在模型箱四角位置处竖直设置的立架，各立架上均安装有能竖向升降的竖移导套，竖移导套之间连接有矩形钢架，所述千斤顶通过十字滑轨安装在矩形钢架上，十字滑轨的端部均设有与矩形钢架相配合的连接器，在竖移导套上还安装有上限位螺栓，立架的长度方向上开设有若干个与上限位螺栓相配合的限位孔，限位螺栓位于限位孔内时，千斤顶和矩形钢架固定在立架上，千斤顶动作便可将力通过传力板和传力筒施加给底部的模型箱。所述竖移导套和立架之间均安装有竖移调整机构，竖移调整机构包括有铰接在竖移导套上的解锁杆，解锁杆伸入竖移导套的一端铰接有并排布置的两个锁定杆，锁定杆的底部设置水平面，锁定杆的上部连接有限位轴，在解锁杆上设有与限位轴相配合的顶杆，在立架的长度方向上安装有三角齿，限位轴与顶杆相接触时，锁定杆的水平面位于三角齿上部的平面上，竖移导套无法相对立架竖向下移，转动解锁杆让锁定杆与三角齿相分离后，竖移导套可以相对立架进行竖向升降。所述传力筒位于模型箱内的土体上侧，传力板和模型箱内的土体之间可以根据试验需要模拟的不同加载位置设置相对应的传力筒。所述隧道模型由普通管片和渗漏管片通过螺栓拼装而成，管片之间贴有密封垫，其中普通管片为实心均质结构，渗漏管片包括有立方台体容器，立方台体容器内设有外挡板和内挡板，外挡板和立方台体容器之间、内挡板和立方台体容器之间均留有缝隙，在远离外挡板一端的立方台体容器内安装有导管，导管从隧道模型的内部以及圆形开口引出，在外挡板和内挡板之间的空间内还安装有伺服电机和第二透水石，伺服电机能驱动第二透水石移动改变第二透水石和立方台体容器之间的缝隙大小。所述监测系统包括有位于模型箱外部的立台，立台上安装有水平布置的圆杆，圆杆经由圆形开口伸入到隧道模型的内部，在圆杆上安装有与普通管片和渗漏管片相对应的激光位移计。所述支架是u形支架、横u形支架或竖u形支架，隧道模型长度方向的两端均通过两个支架夹装固定在模型箱内。盾构隧道渗漏水自动化试验装置进行试验的方法，包括有下述步骤：①根据试验需要组装模型箱，首先向模型箱内的特定位置摆放水管，在模型箱底部的水管上放置第一透水石，并将模型箱置放在加载系统的反力架上；②待步骤①中的模型箱组装且放置完毕后，根据试验需要拼装隧道模型，确定渗漏管片的位置及数量，将普通管片和渗漏管片密封拼装形成隧道模型，并将隧道模型置于模型箱内的支架上，利用另一支架形成圆箍筋来固定隧道模型；③待步骤②中的隧道模型拼装且安装完毕后，向模型箱内分层分区域填土，并压实；④待步骤③中填土完成后，再将传力筒放置于土体表面，传力筒上方放置传力板，将千斤顶及十字滑轨搭建在反力架的矩形钢架上，调节竖移导套在立架上的高度位置，使千斤顶接触传力板，并在限位孔内插装上限位螺栓，限制矩形钢架的竖向上移，完成在模型箱上加载系统的搭建；⑤待步骤④中的加载系统搭建完成之后，将监测系统的圆杆经由圆形开口伸入到隧道模型的内部，让圆杆上的激光位移计监测隧道模型上的普通管片和渗漏管片；⑥待步骤⑤中的监测系统安装完成之后，根据试验需要，控制各个水管的进出水量，调节千斤顶的位置并对模型箱内的土层施加压力，遥控伺服电机驱动第二透水石在渗漏管片内部移动，改变渗漏缝隙的大小，观察并记录激光位移计的反馈数据。

3、本发明的积极效果在于：本发明所述的一种盾构隧道渗漏水自动化试验装置，包括有加载系统、模型箱、隧道模型和监测系统，其中隧道模型位于模型箱内，加载系统对模型箱施加模拟力，监测系统能监测隧道模型内的渗漏情况，在模型箱内布置有能抽水或排水的水管，隧道模型由可调节渗漏缝隙大小的渗漏管片构成，通过上述结构设计可以使装置能够模拟不同地层和水压下隧道周围地下水渗流场，能够自由调节不同渗漏点数量和位置，渗漏水压力和渗漏量，能够模拟接缝或管片渗漏全过程以及管片接缝变形全过程，此外，隧道模型两端约束边界可以自由调整。隧道模型采用预制拼装组成，区块化多功能设计，使该专利操作更加便捷，适用范围更广，对运营盾构隧道接缝大变形诱发的渗漏水问题分析更精确。进而为隧道工程防水设计与运营维护提供科学依据。

技术特征：

1.一种盾构隧道渗漏水自动化试验装置，其特征在于：包括有加载系统（1）、模型箱（2）、隧道模型（3）和监测系统（4），其中模型箱（2）的底面以及左右侧面上均安装有并排布置的若干根水管（16），在底面水管（16）的上部铺设有第一透水石（19），水管（16）均能向模型箱（2）内进行注水或抽水，在模型箱（2）的前后侧面上均安装有支架（17），隧道模型（3）安装在模型箱（2）内的两个支架（17）之间，所述隧道模型（3）由普通管片（20）和渗漏管片（21）拼装组成，普通管片（20）能阻止泥水进入到隧道模型（3）内部，渗漏管片（21）能调节隧道模型（3）的渗漏缝隙大小，在模型箱（2）的前侧面上还开设有圆形开口（18），圆形开口（18）与隧道模型（3）的内部空间相对应设置，监测系统（4）通过圆形开口（18）伸入到隧道模型（3）的内部，所述加载系统（1）能对模型箱（2）内的隧道模型（3）施加模拟外力，水管（16）能模拟隧道模型（3）的外周渗漏水情况，监测系统（4）能实时监测隧道模型（3）上普通管片（20）和渗漏管片（21）的位移及转角。

2.根据权利要求1所述的一种盾构隧道渗漏水自动化试验装置，其特征在于：所述加载系统（1）包括有位于模型箱（2）上部的反力架（5），反力架（5）上安装千斤顶（6），在模型箱（2）和千斤顶（6）之间设有传力板（7）和传力筒（8），其中反力架（5）包括在模型箱（2）四角位置处竖直设置的立架（10），各立架（10）上均安装有能竖向升降的竖移导套（32），竖移导套（32）之间连接有矩形钢架（9），所述千斤顶（6）通过十字滑轨（15）安装在矩形钢架（9）上，十字滑轨（15）的端部均设有与矩形钢架（9）相配合的连接器（31），在竖移导套（32）上还安装有上限位螺栓（33），立架（10）的长度方向上开设有若干个与上限位螺栓（33）相配合的限位孔（34），限位螺栓（33）位于限位孔（34）内时，千斤顶（6）和矩形钢架（9）固定在立架（10）上，千斤顶（6）动作便可将力通过传力板（7）和传力筒（8）施加给底部的模型箱（2）。

3.根据权利要求2所述的一种盾构隧道渗漏水自动化试验装置，其特征在于：所述竖移导套（32）和立架（10）之间均安装有竖移调整机构，竖移调整机构包括有铰接在竖移导套（32）上的解锁杆（35），解锁杆（35）伸入竖移导套（32）的一端铰接有并排布置的两个锁定杆（36），锁定杆（36）的底部设置水平面（11），锁定杆（36）的上部连接有限位轴（13），在解锁杆（35）上设有与限位轴（13）相配合的顶杆（14），在立架（10）的长度方向上安装有三角齿（12），限位轴（13）与顶杆（14）相接触时，锁定杆（36）的水平面（11）位于三角齿（12）上部的平面上，竖移导套（32）无法相对立架（10）竖向下移，转动解锁杆（35）让锁定杆（36）与三角齿（12）相分离后，竖移导套（32）可以相对立架（10）进行竖向升降。

4.根据权利要求2所述的一种盾构隧道渗漏水自动化试验装置，其特征在于：所述传力筒（8）位于模型箱（2）内的土体上侧，传力板（7）和模型箱（2）内的土体之间可以根据试验需要模拟的不同加载位置设置相对应的传力筒（8）。

5.根据权利要求1所述的一种盾构隧道渗漏水自动化试验装置，其特征在于：所述隧道模型（3）由普通管片（20）和渗漏管片（21）通过螺栓拼装而成，管片之间贴有密封垫，其中普通管片（20）为实心均质结构，渗漏管片（21）包括有立方台体容器（22），立方台体容器（22）内设有外挡板（23）和内挡板（24），外挡板（23）和立方台体容器（22）之间、内挡板（24）和立方台体容器（22）之间均留有缝隙，在远离外挡板（23）一端的立方台体容器（22）内安装有导管（27），导管（27）从隧道模型（3）的内部以及圆形开口（18）引出，在外挡板（23）和内挡板（24）之间的空间内还安装有伺服电机（25）和第二透水石（26），伺服电机（25）能驱动第二透水石（26）移动改变第二透水石（26）和立方台体容器（22）之间的缝隙大小。

6.根据权利要求1所述的一种盾构隧道渗漏水自动化试验装置，其特征在于：所述监测系统（4）包括有位于模型箱（2）外部的立台（28），立台（28）上安装有水平布置的圆杆（38），圆杆（38）经由圆形开口（18）伸入到隧道模型（3）的内部，在圆杆（38）上安装有与普通管片（20）和渗漏管片（21）相对应的激光位移计（37）。

7.根据权利要求1所述的一种盾构隧道渗漏水自动化试验装置，其特征在于：所述支架（17）是u形支架、横u形支架（29）或竖u形支架（30），隧道模型（3）长度方向的两端均通过两个支架（17）夹装固定在模型箱（2）内。

8.采用权利要求1-7中任一项所述的盾构隧道渗漏水自动化试验装置进行试验的方法，其特征在于：包括有下述步骤：

技术总结
一种盾构隧道渗漏水自动化试验装置包括有加载系统、模型箱、隧道模型和监测系统。本发明的积极效果在于：本发明所述的一种盾构隧道渗漏水自动化试验装置，通过上述结构设计可以使装置能够模拟不同地层和水压下隧道周围地下水渗流场，能够自由调节不同渗漏点数量和位置，渗漏水压力和渗漏量，能够模拟接缝或管片渗漏全过程以及管片接缝变形全过程，此外，隧道模型两端约束边界可以自由调整。隧道模型采用预制拼装组成，区块化多功能设计，使该专利操作更加便捷，适用范围更广，对运营盾构隧道接缝大变形诱发的渗漏水问题分析更精确。进而为隧道工程防水设计与运营维护提供科学依据。

技术研发人员：杨公标,李明宇,陈健,王承震,王文彬,张奉春,段其广,周祥,靳军伟,于文端,杜明哲
受保护的技术使用者：中铁十四局集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/9