[发明专利]高寒高海拔地区隧道室内模拟试验装置及制作和试验方法

说明书

本发明公开了高寒高海拔地区隧道室内模拟试验装置及制作和试验方法，属于隧道试验技术领域；所述试验装置包括隧道模型与监测系统、环境温度控制系统，所述试验装置还包括交通风控制系统和计算机总控系统，所述隧道模型与监测系统、环境温度控制系统和交通风控制系统均与所述计算机总控系统通讯连接；所述交通风控制系统包括列车轨道模型和列车模型，所述列车轨道模型贯穿所述隧道模型与监测系统，所述环境温度控制系统罩设在所述隧道模型与监测系统和交通风控制系统外。本发明的试验装置考虑了列车交通风的影响，能够模拟不同隧道地质条件和不同隧道温度风力环境下，以及不同断面隧道在同一扰动下热力力学响应的区别。

技术领域

本发明涉及隧道试验技术领域，尤其涉及高寒高海拔地区隧道室内模拟试验装置及制作和试验方法。

背景技术

鉴于高海拔冻土区广泛存在于我国西部和丝路沿线城市，部分地区地形地质条件异常复杂，过去以工程类比和经验计算为基础设计的隧道在高海拔冻土区往往冻害频发，故对高海拔冻土区长大隧道设计施工进行试验研究具有重要意义。

当前已有的寒区隧道室内试验装置存在一定的局限性，其一是模拟时模型很少考虑大断面隧道和小断面隧道在同一扰动下热力力学响应的区别，少有以隧道断面尺寸为自变量的模拟试验；其二是少有同时控制环境温度与列车交通风两个变量，而对寒区隧道而言，列车交通风是影响其纵向防冻与洞口保温深度的一个重要原因；其三是对衬砌与围岩材料的选择往往缺少考量，难以同时响应温度和应力变化。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种高寒高海拔地区隧道室内模拟试验装置及制作和试验方法，以解决上述所述的技术问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

高寒高海拔地区隧道室内模拟试验装置，包括隧道模型与监测系统、环境温度控制系统，其特征在于：所述试验装置还包括交通风控制系统和计算机总控系统，所述隧道模型与监测系统、环境温度控制系统和交通风控制系统均与所述计算机总控系统通讯连接；所述交通风控制系统包括列车轨道模型和列车模型，所述列车轨道模型贯穿所述隧道模型与监测系统，所述环境温度控制系统罩设在所述隧道模型与监测系统和交通风控制系统外。

进一步的，所述隧道模型与监测系统包括隧道衬砌和隧道围岩，所述隧道衬砌围成的空间为隧道；所述隧道围岩的左右两侧和底部均由内向外依次设有模型模板和保温层，所述隧道的洞口和每个监测截面拱顶处均设有风速风温监测装置，所述隧道内每个监测截面的拱顶、一侧边墙和拱底处均设有围岩热力力学监测装置，所述风速风温监测装置和围岩热力力学监测装置均与数据采集器通讯连接，所述数据采集器与所述计算机总控系统通讯连接。

进一步的，所述环境温度控制系统包括鼓风机、通风管、软管和步入式冻土箱，所述隧道模型与监测系统、交通风控制系统、鼓风机、通风管和软管均位于所述步入式冻土箱内，所述通风管的一端与所述鼓风机连接，所述通风管的另一端朝向所述隧道的洞口，且所述通风管的中间段为软管；所述步入式冻土箱和鼓风机均与所述计算机总控系统通讯连接。

进一步的，所述列车轨道模型包括两个圆弧段和两个直线段，所述圆弧段和所述直线段首尾相连形成闭环结构，且所述圆弧段和所述直线段的底部均设有高度可调的支撑架，其中一个所述直线段贯穿所述隧道。

进一步的，列车模型包括列车外壳，所述列车外壳的底部设有四个列车导向轮，所述列车导向轮与所述列车轨道模型相匹配，所述列车外壳内设有电池、无线控制器和多级变速装置，所述无线控制器与所述电池、多级变速装置和计算机总控系统通讯连接。

进一步的，高寒高海拔地区隧道室内模拟试验装置的制作方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1：搜集所需模拟的隧道区域工程地质条件和区域气候资料，确定隧道模型与监测系统的几何尺寸，并确定监测截面位置；

S2：根据隧道模型与监测系统的尺寸制作底部支撑模板、左侧固定模板、右侧活动模板和前后固定模板；