[发明专利]基于可调节式渗漏点的盾构隧道可视化模型试验装置

说明书

本发明涉及一种基于可调节式渗漏点的盾构隧道可视化模型试验装置，包括箱体、隧道模型和水压加载设备，其特征在于，箱体包括透明底箱和有机玻璃顶盖，在箱体的相对两侧开孔，在开孔处设置箱体的连接端头，用于连接位于箱体内的隧道模型；隧道模型由透明材质的管片拼接而成，拼接方式为通缝拼装和错缝拼装中的一种或两种；在不同的位置设置有漏缝，在所设置的漏缝位置处，使用卡板填塞和临时密封接缝；水压加载设备，用于向箱体内施加水压。本发明漏缝位置和数目可控，可以用来研究单线、双线乃至多线盾构隧道不同漏点漏水漏土时地层变形和隧道位移。

技术领域

本发明涉及一种模拟盾构隧道漏水漏土的试验装置，特别涉及一种可考虑隧道漏缝位置、漏缝数目以及隧道位移变化特征的试验装置。

背景技术

国内已有大量处于地下水位以下的盾构隧道建设完毕或在建，如厦门地铁2号线跨海隧道、芜湖城南过江隧道、深茂铁路珠江口隧道等。在长期运营过程中，处于含水地层中的盾构隧道接头处发生漏水、漏土难以避免，轻者影响交通安全，重者威胁到隧道结构自身的安全。

目前国内外的相关研究，一方面集中在漏水的工程现象分析，但这样按照经典渗流理论计算会使实际隧道结构设计偏于不安全；另一方面，对盾构隧道漏水漏土的研究多体现在理论分析与数值模拟层面上。现有少数的模型试验研究中，郑刚等在《地下工程漏水漏砂灾害发展过程的试验研究及数值模拟》(岩石力学与工程学报,2014,33(12):2458-2471)一文中设计了一种可以改变水平向缝隙宽度的渗漏试验装置，由上部的水头控制与进水装置、中部的土体变形观察面板和下部的漏砂、漏水量测量装置组成，以研究骨架粒径D₉₀在0.4-4.1mm范围内的5种水下砂土向不同宽度缝隙中漏出时的水土流失及演化规律；在此基础上，郑刚等在《不同管片张开量下隧道外水土流失规律试验研究》(岩土工程学报,2018,40(06):969-977)研发了由试验箱、气泵、加压系统3部分组成的一种弹性密封垫、土、水共同作用的盾构隧道渗漏试验系统，其研究重点集中于富水砂土中盾构隧道管片水平向接缝不同张开量下隧道周围水土流失的规律；路平等在《水下盾构隧道接缝渗漏规律的模型试验研究》(岩石力学与工程学报,2019,38(05):993-1004)一文中设计了一套恒水压下盾构隧道渗漏的模型试验装置，由可视化箱体、隧道模型、铁片簇、加压装置和水砂收集装置等组成，对隧道拼装方式、漏缝宽度及漏缝位置不同时的漏水漏砂规律进行试验研究，揭示渗漏对漏缝周围土体受力与变形的影响。

虽然现有模型试验装置能够对隧道漏水漏土的规律进行研究，但是仍然存在不足之处：

(1)现有模型试验仅针对单线隧道不同漏点位置的水土流失机制开展了研究，而在日益复杂的隧道建设环境下，近距离的双线隧道，甚至是不同叠交方式的多线隧道的漏水漏土规律和机理也迫切需要研究；

(2)现有模型试验的隧道模型与模型箱采用刚性连接，隧道端部不可移动，不能很好地观测隧道随着土体移动而产生的位移，而一旦发生渗漏水，隧道的位移是非常值得关注的；

(3)现有模型试验的对于地层位移的测量采用有色砂，所获得的位移信息有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种漏缝位置和数目可控，可以研究单线、双线乃至多线盾构隧道不同漏点漏水漏土时地层变形和隧道位移的可视化模型试验装置。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于可调节式渗漏点的盾构隧道可视化模型试验装置，包括箱体、隧道模型和水压加载设备，其特征在于，

箱体包括透明底箱和有机玻璃顶盖，在箱体的相对两侧开孔，在开孔处设置箱体的连接端头，用于连接位于箱体内的隧道模型；

隧道模型由透明材质的管片拼接而成，拼接方式为通缝拼装和错缝拼装中的一种或两种；在不同的位置设置有漏缝，在所设置的漏缝位置处，使用卡板填塞和临时密封接缝；

水压加载设备，用于向箱体内施加水压。