[发明专利]一种高地温围岩隧道结构模拟试验装置

说明书

本发明公开了一种高地温围岩隧道结构模拟试验装置，属于隧道工程技术领域。一种高地温围岩隧道结构模拟试验装置，包括：地层模拟系统、隧道结构模拟系统、高地温模拟系统以及数据采集系统；地层模拟系统与隧道结构模拟系统之间设有围岩模拟层，高地温模拟系统向地层模拟系统提供热量，热量经过围岩模拟层传递给隧道结构模拟系统，数据采集系统用于采集围岩模拟层和隧道结构模拟系统中的热量数据。本发明可以模拟高地温地层和高地温隧道，从而可以对高地温隧道进行围岩热力学特性及热量传递试验，同时通过沙浴加热方式对围岩模拟层进行均匀稳定加热，保证围岩温度场严格满足轴对称条件，提高试验的精确度和科学性。

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，具体涉及一种高地温围岩隧道结构模拟试验装置。

背景技术

西部地区海拔较高，高温水热活动带丰富，地热异常区也比较多，随着西部交通工程基础设施建设的发展尤其是川藏铁路的建设，穿越高地温地区的隧道工程必将大量涌现。

高地温对隧道工程建设的不利影响主要表现在以下几个方面：(1)影响混凝土力学性能。高温使混凝土早期强度得到提升，但是会导致内部结构不密实，造成衬砌结构力学性能降低，且围岩与隧道运营空间的温度差也会加剧衬砌结构劣化，危害衬砌结构长期使用安全。(2)影响衬砌结构和围岩的黏结。由于存在温差，初支喷射混凝土与二衬接触部位会产生较大的温度应力，破坏初支和围岩的黏结。施作二衬时，初支混凝土已经吸收了围岩传来的温度，同样对初支和二衬的黏结造成影响。(3)影响施工人员健康。气温高会导致施工人员流汗量增加，甚至会导致中暑、脱水等情况发生。这对施工人员的身体健康，工作状态及其不利。(4)影响施工机械性能。高温环境造成施工机械散热不理想，影响施工机械的使用性能和寿命。严重时会超过机械的极限温度，损坏机械。

高地温环境对隧道施工和运营都会带来极大的不利影响，很可能导致隧道结构破坏，造成生命和财产损失。因此，对高地温环境下修建隧道的基础课题，如：地下水运动携热和围岩传热特性、隧道隔热层型式与参数优化、地下水对隧道隔热的影响，高地温隧道通风优化等开展系统研究具有十分重大的现实意义与应用价值，这就要求研制一种结构简单，且能同时模拟高地温隧道水热环境的试验装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高地温围岩隧道结构模拟试验装置，以模拟高地温环境来对高地温隧道进行系统实验和研究。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种高地温围岩隧道结构模拟试验装置，包括：地层模拟系统、隧道结构模拟系统、高地温模拟系统以及数据采集系统；

地层模拟系统包括地温产生筒、以及分别设置在地温产生筒底端和顶端的隔热底座和隔热顶盖；地温产生筒设有隔热外层和导热内层，隔热外层和导热内层之间设有填充层；

隧道结构模拟系统放置在地温产生筒内，并且隧道结构模拟系统与导热内层之间设有围岩模拟层；

高地温模拟系统包括电源以及与电源电连接的电阻丝格栅，电阻丝格栅埋设在填充层中；

数据采集系统分别与围岩模拟层以及隧道结构模拟系统连接。

本发明通过电阻丝格栅产生热量，热量依次从填充层(由细沙或其它颗粒型材质填充而成)、导热内层传递至围岩模拟层，用以模拟高地温地层，热量从围岩模拟层传递至隧道结构模拟系统中，用以模拟高地温隧道，从而可以对高地温隧道进行围岩热力学特性及热量传递试验，填充层中的电阻丝格栅通过沙浴的方式对围岩模拟层进行加热，保证围岩温度场严格满足轴对称条件，提高试验的精确度和科学性。

进一步地，上述隧道结构模拟系统包括从外到内依次设置的初期支护和二次衬砌；隧道结构模拟系统还包括隔热层，隔热层设置在初期支护与二次衬砌之间或者设置在二次衬砌的内侧。