富水地层隧道衬砌的外水压力测试设备制造技术

富水地层隧道衬砌的外水压力测试设备，其特征在于：隧道衬砌模型置于圆柱形的试验箱体的底部；隧道衬砌模型外侧设有水压力传感，上方的试验箱体内埋设有一层或多层模拟土样；试验箱体由带底的底部箱筒和多节无底的箱筒拼接而成；试验箱体的顶部设置有带阀门的进水管；底部箱筒和箱筒均设置有带阀门的排水管，且排水管上安装有流速计。该装置能够模拟出富水地层的不同围岩、不同水头高度、不同排水条件的环境，测出在特定环境下隧道衬砌所受的外水压力；其测得的外水压力值与实际工程中隧道衬砌的水压力值更接近，从而能为为富水地层隧道的抗水压防水设计、施工及维护，提供更准确的试验依据；进而更好的保证隧道的安全运营。进而更好的保证隧道的安全运营。进而更好的保证隧道的安全运营。

【技术实现步骤摘要】
富水地层隧道衬砌的外水压力测试设备


[0001]本技术涉及一种地铁隧道衬砌的外水压力的测试设备。

技术介绍

[0002]地铁隧道穿过水底或有水库、湖泊及暗渠的山体等高水压(高水头)的富水地层时，隧道破坏了富水地层原始的水系统平衡，隧道成为所穿过富水地层附近地下水集聚的通道。使得隧道与含水地层连通，隧道衬砌(隧道结构)处在高水头(高水压)环境，承受的水压力很大，容易发生隧道水害。为避免发生水害，保证隧道的安全运营，必须采取措施增加隧道衬砌的抗水压、防渗漏性能。如，提高衬砌使用的混凝士的耐水压、抗渗阻水性能；在混凝土衬砌上施作排水设施：在衬砌背后(外周)形成盲沟(管)、水从周岩裂隙进入盲沟，再经穿过衬砌边墙的泄水孔，进入隧道内的纵向排水沟，向外排出，进而减低衬砌承受的水压。这些增强隧道衬砌抗水压性能的措施，其前提是，必须准确知道隧道衬砌在富水环境中所承受的外水压力。
[0003]目前，确定衬砌的外水压力的方法通常是，根据地质勘探得到的围岩地质条件，采用经验公式计算估计。经验公式的计算估计值相比于实际工程中衬砌的实际值存在较大的偏差，导致资源浪费或者发生衬砌漏水。亟需通过专门的试验装置，试验测出在特定土样、特定水头高度和排水措施下，隧道衬砌所受的外水压力，为富水地层隧道的抗水压防水设计、施工及维护，提供更准确的试验依据。

技术实现思路

[0004]本技术的技术目的是提供一种富水地层隧道衬砌的外水压力的测试设备，该装置能够模拟出富水地层的不同围岩、不同水头高度、不同排水条件的环境，进而测出在特定环境下隧道衬砌所受的外水压力；其测得的外水压力值与实际工程中隧道衬砌的水压力值更接近，从而能为为富水地层隧道的抗水压防水设计、施工及维护，提供更准确的试验依据；进而更好的保证隧道的安全运营。
[0005]本技术实现其技术目的所采用的技术方案是，一种富水地层隧道衬砌的外水压力测试设备，包括试验箱体、试验箱体内的隧道衬砌模型，其特征在于：
[0006]所述的隧道衬砌模型置于圆柱形的试验箱体的底部，所述的隧道衬砌模型外侧设有四个以上的水压力传感器，水压力传感器的输出线穿过试验箱体与信号采集及分析系统连接；隧道衬砌模型上方的试验箱体内埋设有一层或多层模拟土样；
[0007]所述的圆柱形的试验箱体由带底的底部箱筒和多节无底的箱筒拼接而成；所述的试验箱体的顶部设置有带阀门的进水管；所述的底部箱筒和箱筒均设置有带阀门的排水管，且排水管上安装有流速计。
[0008]使用上述测试设备对富水地层隧道衬砌的外水压力进行测试的一种操作步骤和工作过程是：
[0009]A、将一层或多层的模拟土样填筑、压实入试验箱体内，使模拟土样的总高度达到
设定高度；
[0010]B、打开进水管的阀门，向试验箱体注水，直至模拟土样饱和，水位高于等于模拟土样的高度，且水位高度稳定到设定高度；关闭进水管的阀门；信号采集及分析系统采集并处理此时的水压力传感器的信号，即得到隧道衬砌的外水压力值；
[0011]C、逐层更换不同的模拟土样及模拟土样的高度、改变水位的设定高度；重复步骤A、B的操作，即得到不同围岩类型、不同衬砌埋深、不同水头下的富水地层隧道衬砌的外水压力值。
[0012]该种技术方案适用于不采取排水措施的富水地层隧道衬砌的外水压力测试。
[0013]使用上述测试设备对富水地层隧道衬砌的外水压力进行测试的另一种操作步骤和工作过程是：
[0014]A、将一层或多层的模拟土样填筑、压实入试验箱体内，使模拟土样的总高度达到设定高度；
[0015]B、打开进水管的阀门，向试验箱体注水，直至模拟土样饱和，水位逐渐高过模拟土样的高度；
[0016]C、开启选定的排水管的阀门，并调整排水管的阀门的开启度，使排水管按设定的排水速度进行排水；同时调整进水管阀门的开启度，直至水位稳定到设定高度；信号采集及分析系统采集并处理此时的水压力传感器测出的信号，即得到隧道衬砌的外水压力值。
[0017]D、逐层更换模拟土样及模拟土样的高度、改变选定的排水管及其开启度、改变水位的设定高度；重复步骤A、B、C的操作，即得到不同围岩类型、不同衬砌埋深、不同水头、不同排水条件下，富水地层隧道衬砌的外水压力值。
[0018]该种技术方案适用于富水地层隧道衬砌采用排水措施(在衬砌上修建有盲沟
‑
泄水孔
‑
排水沟)的外水压力测试；或富水山体地层边坡存在渗漏水情况下的隧道衬砌的外水压力的测试。
[0019]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0020]一、本技术通过在试验箱体内逐层埋设不同的模拟土样及模拟土样的高度、加注不同高度的水位，即可方便、简单、逼真的模拟出，富水隧道衬砌所处的不同结构的围岩、不同衬砌埋深、不同水头的静态水的水底、山体及湿地等富水地层环境。并通过多个水压力传感器测出，模拟出各种地层静态水环境下的富水隧道衬砌的外水压力值。其测得的外水压力值与实际工程中隧道衬砌的水压力值更接近，从而能为为富水地层隧道的抗水压防水设计、施工及维护，提供更准确的试验依据；进而更好的保证隧道的安全运营。
[0021]二、本技术的试验箱体顶部的进水管设有阀门，箱筒和底部箱筒的排水管设有阀门及流速计，通过进水管阀门和不同的排水管阀门及其开启度的配合调节，并结合流速计测出的排水速度，可模拟出不同隧道衬砌所处的各种动态水环境：
[0022](1)开启阀门的排水管为底部箱筒的排水管，即可模拟出隧道衬砌采取了排水措施的对应隧道排水条件下的动态富水地层环境；
[0023](2)开启阀门的排水管为中部的箱筒的排水管，即可模拟出富水山体在一处或多个高度处有渗漏水情况下的山体动态富水地层环境；
[0024](3)开启阀门的排水管为最上面的箱筒的排水管，即可模拟出流动水体(江、河、暗河)下，隧道衬砌所处的动态富水地层环境；
[0025]三种动态水环境可以任意组合，从而使得本技术能够模拟出隧道采取排水措施和/或山体渗漏水和/或流动水体的各种动态富水地层环境，结合不同土样及高度、不同水头的设定操作，使得本技术装置及方法适用范围广，既可用于静态水环境下的隧道衬砌的外水压力测试；又可用于对各种动态富水地层环境下隧道衬砌的外水压力测试。
[0026]三、本技术能够简单、方便的测试出隧道衬砌在不同围岩、不同水头高度、不同的水体流动情况(静态、动态及动态的不同情形)及隧道不同排水条件下的外水压力值，进而能够根据测试的外水压力值，即可分析得出隧道衬砌的外水压力与围岩类型、水头高度、水体流动情况及隧道排水条件的关系与规律。再结合常水头渗透仪对试验使用的模拟土样测出的渗透系数，可分析得出隧道衬砌的外水压力与隧道衬砌所处地层的渗透系数的关系；进而为富水地层隧道的抗水压、防水性性能的机理与规律研究提供更丰富、可靠的试验依据。
[0027]四、本技术的圆柱形的试验箱体由带底的底部箱筒和多节无底的箱筒拼接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富水地层隧道衬砌的外水压力测试设备，包括试验箱体、试验箱体内的隧道衬砌模型(2)，其特征在于：所述的隧道衬砌模型(2)置于圆柱形的试验箱体的底部，所述的隧道衬砌模型(2)外侧设有四个以上的水压力传感器(3)，水压力传感器(3)的输出线穿过试验箱体与信号采集及分析系统(8)连接；隧道衬砌模型(2)上方的试验箱体内埋设有一层或多层模拟土样(4)；所述的圆柱形的试验箱体由带底的底部箱筒(1a)和多节无底的箱筒(1b)拼接而成；所述的试验箱体的顶部设置有带阀门的进水管...

【专利技术属性】
技术研发人员：冉光耀，杨海鹏，张飞，丁华兴，谢俊，陈寿根，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：新型
国别省市：