下穿浅覆土水域管廊盾构隧道模型试验与渗漏预警系统技术方案

本发明专利技术是一种下穿浅覆土水域管廊盾构隧道模型试验与渗漏预警系统。由四大部分组成：主框架装置、水域模拟装置、数据自动化采集装置、渗漏自动预警系统。主框架装置由高强度工字型钢焊接而成；主框架的上部安装有液压伺服控制加载系统模拟竖向荷载，通过传压工字钢施加荷载；水域模拟装置包括蓄水箱，循环泵，流量控制阀，主框架上部的左右两个方向各安装一个水箱，水箱与蓄水箱之间通过循环管相连，水箱接近土体的一端设有滤网，过滤水循环时的杂质，保证循环管不堵塞；本发明专利技术根据实际岩石的物理力学指标配比相似材料进行模型试验，实现了下穿浅覆土水域盾构隧道渗漏水害的自动预警。

【技术实现步骤摘要】
下穿浅覆土水域管廊盾构隧道模型试验与渗漏预警系统
本专利技术涉及岩土工程领域地质力学模型加载试验机与测试方法，尤其涉及一种下穿浅覆土水域管廊盾构隧道模型试验与渗漏预警系统。
技术介绍
城市地下“综合管廊”是指在城市道路的地下空间建造一个集约化隧道，将电力、通信、供水排水、热力、燃气等多种市政管线集中在一起，实行“统一规划、统一建设、统一管理”。综合管廊是合理利用地下空间资源，解决地下各类管网设施能力不足、各自为政和开膛破肚、重复建设、促进地下空间综合利用和资源共享的有效途径。欧、美洲国家“综合管廊”已有170余年发展历史，日本后来居上。国内部分城市近年来开展试点建设，已有北京、上海、广州、武汉、济南、沈阳等城市应用实例，技术日渐成熟，规模逐渐增大。而许多管廊隧道的建设常常会遇到穿越河道、水库等水利设施，在施工过程中有可能会出现影响隧道的质量，严重时导致塌方、水流倒灌等工程事故。渗漏是最常见也是最典型的一种隧道结构病害。渗漏不仅是盾构隧道中最普遍的结构病害，还会诱发一系列的其他病害，因此，对隧道渗漏病害的检测在当前形势下显得尤为重要。渗漏是一个随机的过程，如果采取人工或仪器定期检测，则检测间歇期发生的严重渗漏，无法在第一时间发现和处置，有可能会酿成灾害。因此，针对当前的渗漏问题，需要一种能够长期、自动检测并预警隧道渗漏的方法。与此同时，隧道模型试验，是一种发展较早、形象直观的岩土介质、工程结构、物理力学特性的研究方法。能够全面、直观、准确地反应岩土体支护体系的力学特性，使人们更容易全面把握隧道工程的整体受力特征、变形趋势及稳定性特点。目前，关于下穿浅覆土水域的模型试验设备还处于比较低的技术水平，了解已公开介绍的模型试验加载试验设备，涉及水域模拟的模型试验设备与渗漏自动预警系统的试验设备鲜见报道。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的，在于根据现有技术存在局限的问题，提供一种下穿浅覆土水域管廊盾构隧道模型试验与渗漏自动预警系统，。技术方案：下穿浅覆土水域管廊盾构隧道模型试验与渗漏预警系统，包括主框架装置，以及与主框架直接或间接相连的水域模拟装置、数据自动化采集装置和渗漏自动预警系统；所述主框架装置中包括底部承压台，所述底部承压台与两侧承压架相连；所述两侧承压架之间顶部焊接有工字钢上横梁；所述底部承压台与两侧承压架的前、后设置有可升降自动挡板；所述工字钢上横梁通过同步液压千斤顶连接至下方的传压工字钢；所述水域模拟装置包括蓄水箱、循环泵、流量控制阀、水箱、滤网；所述主框架装置焊接有水箱，所述水箱与蓄水箱通过循环管相连，所述蓄水箱的出液口通过循环管与循环泵相连，所述循环管上设置有流量控制阀，所述水箱靠近土体的一端为滤网；所述数据自动化采集装置包括监测元件及与之连接的服务器和终端；所述渗漏自动预警系统，包括与自动化采集装置连接的控制器；控制器通过通信模块与警报模块相连。所述下穿浅覆土水域管廊盾构隧道模型试验与渗漏预警系统，优选地：所述水箱为两个，分别位于“凹”字形土体外部的左右；所述同步液压千斤顶通过传压工字钢作用于“凹”字形土体顶部的两个突出部分。所述下穿浅覆土水域管廊盾构隧道模型试验与渗漏预警系统，优选地：所述同步液压千斤顶为12个，在“凹”字形土体顶部的两个突出部分各作用有6个。所述的下穿浅覆土水域管廊盾构隧道模型试验与渗漏预警系统，优选地：所述数据自动化采集装置包括监测元件与数据采集箱相连，所述数据采集箱连接RS485无线传输模块，所述RS485无线传输模块通过RS485总线将监测数据传输到GPRS通讯模块；GPRS通讯模块将接收到的监测数据经由GPRS网络无线传输至服务器，所述服务器连接有移动PC和移动终端。所述的下穿浅覆土水域管廊盾构隧道模型试验与渗漏预警系统，其特征还在于：所述数据自动化采集装置还与非接触视频测量系统相连。所述预警系统的工作方法，优选地：包括以下步骤：步骤1：记载隧道围岩及上部覆土的力学参数；步骤2：制做尺寸为50mm×50mm×100mm的方形试件、面积为30cm²小环刀试件与体积为100cm³的大环刀试件；步骤3：将上述步骤2中的试件进行力学性能的测试，得力学参数弹性模量、黏聚力、摩擦角、渗透系数进行材料的重新配比，直至符合要求；步骤4：按照要求的力学指标完成配比后，将材料分层摊铺在加载架中，并在土体上部留出一条水道，进行隧道模型的制作，同时埋设监测元件；步骤5：打开蓄水箱的进、出水口开关将水注入到水箱，水通过水箱流入土体上部的水道中，启动循环泵来模拟水的流动，并通过流量控制阀来控制模型上部水流的水位；步骤6：对隧道模型施加竖向压力，通过位移计、压力计、渗压计采集位移数据，然后由自动化采集箱采集，通过RS485无线传输模块与GPRS网络无线传输将其发送到服务器中；步骤7：通过外加的摄像机，远程实时显示模型加载过程模型的破坏过程，同时采集数据和图像；步骤8：通过数据自动化采集装置将数据传输给控制器；步骤9：通过控制器发送的警报指令进行预警，并传输警报信息到维修人员的手机终端。优点及效果：（1）在结构方面，将加载部分，模拟水域部分，自动化数据收集部分和渗漏的自动预警部分有机的组合起来，能更加方便的实现各个部分的功能；（2）目前盾构模型试验的设备鲜见有考虑水域模拟装置的模型试验系统，本专利技术考虑了水域的模拟，能更好的实际工程结合在一起；（3）本专利技术采用传感器自动采集技术、GPRS无线分组传输技术、无线网络传输技术、计算机技术实现了数据的自动化采集；（4）本专利技术实现了渗漏的自动预警，可以很好的应用于实际工程中。附图说明：图1为本专利技术中下穿浅覆土水域管廊盾构隧道模型试验的主视图；图2为本专利技术中下穿浅覆土水域管廊盾构隧道模型试验的侧视图；图3为本专利技术中下穿浅覆土水域管廊盾构隧道模型试验的俯视图；图4为本专利技术数据自动化采集系统示意图；图5为本专利技术渗漏自动预警系统示意图。图中标注：1-1挡板插关；1-2同步顶升千斤顶；1-3加载架上横梁；1-4两侧承压架；1-5传压工字钢；1-6可升降前、后挡板；1-7可移动侧挡板；1-8侧挡板移动螺栓；1-9插关锁；1-10三角稳定架；2-1蓄水箱；2-2循环管；2-3流量控制阀；2-4循环泵；2-5水箱；2-6滤网；3-1检测元件；3-2数据采集箱；3-3RS485无线传输模块；3-4RS485总线；3-5GPRS通讯模块；3-6服务器；3-7移动PC;3-8移动终端；3-9非接触视频测量系统；4-1控制器；4-2通信模块；4-3预警模块。具体实施方式：本专利技术的技术思想是，根据现有技术存在局限的问题，提供一种下穿浅覆土水域管廊盾构隧道模型试验与渗漏自动预警系统，主要包括四大部分：主框架装置、水域模拟装置、数据自动化采集装置及渗漏预警系统部分。上述各部分均与整体主框架部分直接或间接相连，它们构成为统一整体。下穿浅覆土水域管廊盾构隧道模型试验与渗漏自动预警系统，具体组成：钢结构主框架；同步液压伺服控制加载系统；蓄水箱；循环泵；流量控制阀；自动化监测采集箱；微型土压力盒、微型渗压计等；其他观测及配套测量装置，如：高像素相机、非接触视频测量仪等；自动预警系统。钢结构主加载架（总机集成部分）由承压底座、整体式框架、前后挡板和顶盖构成。承压底座与整体式框架通过焊接整本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.下穿浅覆土水域管廊盾构隧道模型试验与渗漏预警系统，其特征在于：包括主框架装置（1），以及与主框架（1）直接或间接相连的水域模拟装置（2）、数据自动化采集装置（3）和渗漏自动预警系统（4）；所述主框架装置（1）中包括底部承压台（1‑7），所述底部承压台（1‑7）与两侧承压架（1‑4）相连；所述两侧承压架（1‑4）之间顶部焊接有工字钢上横梁（1‑3）；所述底部承压台（1‑7）与两侧承压架（1‑4）的前、后设置有可升降自动挡板（1‑6）；所述工字钢上横梁（1‑3）通过同步液压千斤顶（1‑2）连接至下方的传压工字钢（1‑5）；所述水域模拟装置包括蓄水箱（2‑1）、循环泵（2‑4）、流量控制阀（2‑3）、水箱（2‑5）、滤网（2‑6）；所述主框架装置（1）焊接有水箱（2‑5），所述水箱（2‑5）与蓄水箱（2‑1）通过循环管（2‑2）相连，所述蓄水箱（2‑1）的出液口通过循环管（2‑2）与循环泵（2‑4）相连，所述循环管（2‑2）上设置有流量控制阀（2‑3），所述水箱（2‑5）靠近土体的一端为滤网（2‑6）；所述数据自动化采集装置（3）包括监测元件（3‑1）及与之连接的服务器（3‑6）和终端；所述渗漏自动预警系统（4），包括与自动化采集装置（3）连接的控制器（4‑1）；控制器（4‑1）通过通信模块（4‑2）与警报模块（4‑3）相连。...

【技术特征摘要】
1.下穿浅覆土水域管廊盾构隧道模型试验与渗漏预警系统，其特征在于：包括主框架装置（1），以及与主框架（1）直接或间接相连的水域模拟装置（2）、数据自动化采集装置（3）和渗漏自动预警系统（4）；所述主框架装置（1）中包括底部承压台（1-7），所述底部承压台（1-7）与两侧承压架（1-4）相连；所述两侧承压架（1-4）之间顶部焊接有工字钢上横梁（1-3）；所述底部承压台（1-7）与两侧承压架（1-4）的前、后设置有可升降自动挡板（1-6）；所述工字钢上横梁（1-3）通过同步液压千斤顶（1-2）连接至下方的传压工字钢（1-5）；所述水域模拟装置包括蓄水箱（2-1）、循环泵（2-4）、流量控制阀（2-3）、水箱（2-5）、滤网（2-6）；所述主框架装置（1）焊接有水箱（2-5），所述水箱（2-5）与蓄水箱（2-1）通过循环管（2-2）相连，所述蓄水箱（2-1）的出液口通过循环管（2-2）与循环泵（2-4）相连，所述循环管（2-2）上设置有流量控制阀（2-3），所述水箱（2-5）靠近土体的一端为滤网（2-6）；所述数据自动化采集装置（3）包括监测元件（3-1）及与之连接的服务器（3-6）和终端；所述渗漏自动预警系统（4），包括与自动化采集装置（3）连接的控制器（4-1）；控制器（4-1）通过通信模块（4-2）与警报模块（4-3）相连。2.根据权利要求1所述下穿浅覆土水域管廊盾构隧道模型试验与渗漏预警系统，其特征在于：所述水箱（2-5）为两个，分别位于“凹”字形土体外部的左右；所述同步液压千斤顶（1-2）通过传压工字钢（1-5）作用于“凹”字形土体顶部的两个突出部分。3.根据权利要求2所述下穿浅覆土水域管廊盾构隧道模型试验与渗漏预警系统，其特征在于：所述同步液压千斤顶（1-2）为12个，在“凹”字形土体顶部的两个突出部分各作用有6个。4.根据权利要求1所述的下穿浅覆土水域管廊盾构隧道模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军祥，孟津竹，陈四利，蔺雅娴，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21