[实用新型]一种海底隧道突水模型试验的密封性加水装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种海底隧道突水模型试验的密封性加水装置，属于试验模型领域。

背景技术

目前，我国经济建设的发展越来越迅速，对基础设施建设的要求不断提高。我国拥有近2×10⁴km长的海岸线，岛屿、海湾星罗棋布，海南岛、台湾岛、香港、澳门、厦门、青岛、烟台和大连等区域都是人口稠密、经济发达的地区。目前，我国的跨海峡交通仍依靠轮船和飞机，但是，轮船和飞机受天气影响较为严重，当台风、浓雾天气等则不能运行。随着厦门翔安海底隧道的建成通车以及青岛胶州湾海底隧道的修建完成，海底隧道越来越彰显出其优越性，我国海底隧道的修建必将进入一个新的时代。海底隧道的建设中，上覆层有无限的海水，一旦发生突水事故，将对海底隧道的建设产生极大的危害，造成大量围岩失稳，隧道报废或人身伤亡事故。因此，加强海底隧道突水机理的研究，建立有效的预防措施保障隧道施工及隧道运营安全，具有重要的意义。

海底隧道突涌水的分析首先是从定性研究开始的，最早的分析只是通过查明隧道围岩中的断裂构造带、裂隙密集带等可能的海水突涌水通道，判断是否会发生突水。

通过模型试验来研究海底隧道突水失稳的机理，目前国内还没有研究。目前的模型试验中，涉及到突水试验的主要为隧道岩溶突水试验及煤层开挖突水试验等，主要模拟围岩应力场、温度场、渗流场、声发射场等的变化演化规律等，但是该类试验采用的水体均为内置水体，不适用于海底隧道的开挖模拟。

研究海底隧道突水机理，进而实现对海底隧道涌水量的预测，应当研究海底隧道多场信息的变化，从多场信息的变化中分析各场的相关性，找到突水机理的主要变化规律。为了提高模型试验与原型的实际情况吻合程度，模型试验制作时要考虑维持模型顶端的恒定水头以及隧道口处的试验材料与模型架铁板之间的密封问题。如若不能维持恒定水头，则不能模拟海底隧道上覆的无限水体；如若密封不好，水流会顺着缝隙从隧道口处大量流出，影响模型试验中的上覆岩层水压的变化，导致与原型产生较大出入，不能得到正确的海底隧道突水机理。通过模型试验研究海底隧道突水机理，应当考虑隧道开挖后，由于隧道内涌水使上覆水体的水量减少，需要维持上覆水体的恒定水头的功能，同时还得消除隧道口处试验材料与试验铁板间的密封问题，使模型与原型更加吻合。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种海底隧道突水模型试验的密封性加水装置。本实用新型能够考虑在不同的恒定水头高度情况下，消除隧道口处由于不密封产生的影响，监测隧道开挖过程中隧道内突水机理，准确模拟海底隧道的实际开挖情况。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种海底隧道突水模型试验的密封性加水装置，包括固定于基座上的模型架；模型架内装有模型试验相似材料，在模型试验相似材料上方覆有一层水体，水体通过水体进水管与自动加水系统相连，所述的自动加水系统包括水箱，水箱内设有与进水管相通的连杆，连杆一端封闭一端开口，连杆封闭的一端固定在水箱上，开口的一端设有控制进水管进水的浮球，水箱上设有出水管，出水管与水体进水管通过软管相连。

所述的模型架两端在欲挖隧道口分别埋置有一个圆形的气囊，气囊略大于欲挖隧道口，气囊上设有充气和放气的阀门。

所述的模型试验相似材料内埋设有监测元件。

打开水箱的进水管水头开关，使水慢慢流入水箱，待水位达到浮球停止上覆的高度时，进水管通过连杆会被浮球自动堵死；当水位下降时，浮球下降，从而打开堵死的进水管，重新注水，达到设定的水头高度。通过该方法实现维持恒定水头的目的。维持恒定水头24h以上，以保证试验材料都被水渗透，实现模型与原型的吻合。

水体进水管和出水管用较长的软管连接，以方便改变水头的高度。改变水箱的高度，模拟不同的海水高度，测量隧道内的涌水量，并监测隧道围岩应力、渗压、温度场等的变化。

可在模型正前方及正后方打开摄像机、摄像头进行录像，使用摄像机拍摄开挖全过程以及每一步开挖后隧道内的场景。利用电脑采集预先埋设的监测元件应变砖、渗压传感器、温度传感器等的数据，每步开挖完成后，等监测元件数据稳定，再进行下一步开挖，分步开挖直至隧道开挖完成。

本实用新型能够实现对模型试验上覆水体的密封加水功能，使试验与原型的实际情况更加接近，试验结果较为准确。

本实用新型的有益效果是：

一、模型密封效果良好，不会在隧道口处发生较明显的渗流，即气囊处密封效果较好。