[发明专利]一种模拟基坑开挖及多梯次降水对隧道综合影响的装置

权利要求书

1.一种模拟基坑开挖及多梯次降水对隧道综合影响的装置，其特征在于：包括模型箱、隧道结构系统、地下水控制系统、基坑结构系统和测量系统；

所述模型箱内间隔设置砂性土层与粘性土层，其中砂性土层模拟承压含水层，粘性土层模拟相对隔水层；

所述隧道结构系统和基坑结构系统根据相对位置、埋置深度及围护形式相应地布设在土层中；

所述地下水控制系统通过调整环状水管的位置及供水水头大小来控制不同含水层水头大小，通过降水井和回灌井完成基坑施工过程中的地下水位控制；降水井和回灌井按照模拟工况布置在土层相应区域；

所述测量系统包括测试元件和数据采集系统，所述测试元件设置于隧道结构系统、基坑结构系统、地下水控制系统及土层内部，实时监测各部分的动态变化并将数据传输给数据采集系统。

2.如权利要求1所述的一种模拟基坑开挖及多梯次降水对隧道综合影响的装置，其特征在于：模型箱四面布设侧壁孔，该孔洞部分与外部环状水管联通，模拟不同的地下水补给条件，另一部分侧壁孔作为水压力监测点。

3.如权利要求1所述的一种模拟基坑开挖及多梯次降水对隧道综合影响的装置，其特征在于：在模型箱前后两面对称设置一个隧道结构布置区域，该区域由多块面积相同的有机玻璃拼接，该区域所有水平向接缝均由双槽滑轨搭接，有机玻璃与双槽滑轨通过密封胶连接；该区域所有竖向接缝通过工字槽钢与密封胶连接，所述隧道结构系统设置在前后两区域之间。

4.如权利要求1所述的一种模拟基坑开挖及多梯次降水对隧道综合影响的装置，其特征在于：所述隧道结构系统为多段隧道模型柔性连接形成，每个隧道模型由微粒混凝土制作且微粒混凝土内设置有双层镀锌铁丝网，每段隧道之间通过柔性橡胶环连接，在隧道结构特定位置设置渗漏区，在隧道结构的内壁顶部、侧壁、底部不同位置处粘贴应变片，其导线通过模型箱侧壁孔引至自动数据采集仪。

5.如权利要求1所述的一种模拟基坑开挖及多梯次降水对隧道综合影响的装置，其特征在于：所述基坑结构系统中的地下连续墙由微粒混凝土制作且微粒混凝土内设置有双层镀锌铁丝网；二级素性止水墙由素微粒混凝土制作；腰梁及支撑由木制框架制作，与地连墙结构一同埋入土体内。

6.如权利要求1所述的一种模拟基坑开挖及多梯次降水对隧道综合影响的装置，其特征在于：所述地下水控制系统包括环状水管、水头控制水箱、增压泵、流量表、压力表、降水井及回灌井，所述环状水管内侧布设连接水管与模型箱上侧壁孔连接，连接水管迎土侧包裹不锈钢滤网。

7.如权利要求1所述的一种模拟基坑开挖及多梯次降水对隧道综合影响的装置，其特征在于：所述测试元件包括微型位移计、渗压计、土压计、测压管、电阻率探测针和应变片，所述微型位移计、渗压计、土压计、测压管及电阻率探测针均埋设在土中不同位置处；应变片粘附在隧道结构系统和基坑结构系统的不同位置处，所述数据采集系统包括自动化数据采集仪器和自动电阻率测试仪，所述的微型位移计、渗压计、土压计、测压管和应变片分别通过导线与自动化数据采集仪器连接，所述的电阻率探测针通过导线与自动电阻率测试仪相连。

8.如权利要求6所述的一种模拟基坑开挖及多梯次降水对隧道综合影响的装置，其特征在于：所述水头控制水箱的特点是可升降高度，通过水管与环状水管外侧进水口连接，相连的水管上设置有流量表和压力表；若仅采用抬升水头控制水箱无法满足供水水压的要求，需要联合增压泵联合供水，通过压力表动态调整增压泵功率。

9.如权利要求1所述的一种模拟基坑开挖及多梯次降水对隧道综合影响的装置，其特征在于：所述降水井和回灌井均由空心PVC管制作，降水井和回灌井底端封堵，降水井从底端往上200mm范围内作为过滤段，回灌井从底端往上2/3管长范围内作为过滤段；在过滤段内按照横纵间距5mm的间距布设直径2mm的过滤孔，并在过滤段范围内用铁丝网包扎土工布形成滤网。

10.如权利要求1所述的一种模拟基坑开挖及多梯次降水对隧道综合影响的装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）、试验准备阶段：在模型箱内分层铺设粘性土层和砂性土层，将隧道结构与基坑结构按照模拟工况中的位置要求置于土体中，同时将微型位移计、渗压计、土压计、测压管、应变片、降水井和回灌井埋设在设计位置处，测试元件的导线通过模型箱侧壁孔集中引出模型箱，与自动化数据采集仪连接，所有土层铺设完成及测试元件布设完成后，打开供水阀向模型向内供水，当土层表面有水渗出，且关闭供水阀后模型边界水头稳定时，使土体进行自重固结；

（2）、试验开展阶段：固结完成后，对测试元件的各测试参数进行初值的读取记录，然后按照模拟工况进行基坑开挖前预降水，当水位降深达到要求，且模型边界水头大小、进水处流量表读数及降水井流量表读数稳定，即表明模型成形成了稳定的渗流场，此后开始基坑的第一层开挖，此装置还能够进行下列试验研究内容：

基坑多梯次减压降水对区域渗流场的影响；

隧道或基坑局部渗漏对结构安全影响的评价。