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制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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。面隧道在同一扰动下热力力学响应的区别。面隧道在同一扰动下热力力学响应的区别。

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术涉及隧道试验
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]针对上述存在的问题，本专利技术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。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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，
[0012]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；
[0013]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；
[0014]S3：将左侧固定模板和前后固定模板固定安装在底部支撑模板上，根据隧道的径向尺寸调节右侧活动模板的位置，并对右侧活动模板进行固定；
[0015]S4：在底部支撑模板、左侧固定模板、右侧活动模板和前后固定模板围成的空间内填筑隧道围岩材料，填筑至隧道衬砌的下边缘标高，放入隧道衬砌，安装风速风温监测装置和围岩热力力学监测装置，然后再填筑至指定标高，完成隧道模型与监测系统的制作；
[0016]S5：将制作好的隧道模型与监测系统放入步入式冻土箱内，同步在步入式冻土箱内安装鼓风机和通风管，调整好通风管的出风口朝向；
[0017]S6：安装列车轨道模型，拼装列车模型并置于指定位置，确保列车轨道模型保持平行稳定；
[0018]S7：将计算机总控系统与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连接。
[0019]进一步的，步骤S4中所述的隧道围岩材料为砂石，隧道衬砌的材料为石膏、水泥砂浆或者PVC管。
[0020]进一步的，高寒高海拔地区隧道室内模拟试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤，
[0021]步骤1：检查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与计算机总控系统的连接，设置各系统的参数，进行工作状态测试；
[0022]步骤2：启动鼓风机，调试步入式冻土箱和列车模型，保证隧道内的温度和风流监测正常，准备开始工作；
[0023]步骤3：启动列车模型，检查监测截面点数据记录状态；
[0024]步骤4：待全系统运行稳定，隧道模型与监测系统采集的数据汇总到计算机总控系统，计算机总控系统建立不同坐标的监测点位温度与应力监测数据随时间变化的三维模型，维持各项数据实时采集直至试验结束，并通过三维模型对比关键点随隧道尺度变化的规律；
[0025]步骤5：实验完毕后拆卸试验装置。
[0026]本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术的改进之处在于，
[0027]1、本专利技术中的高寒高海拔地区隧道室内模拟试验装置考虑了列车交通风的影响，且交通风控制系统中，列车轨道模型通过支撑架对其高度进行调节，从而保证列车轨道模
型对准隧道的洞口，列车交通风的生成与控制仅需控制列车模型的形状和尺寸，通过不同尺寸的列车外壳可以提供同等速度下不同大小的交通风；而列车模型内置多级变速装置，可以通过计算机总控系统控制列车模型的速度升降和列车的启动与停止，从而实现计算机总控系统对隧道列车交通风的控制。
[0028]2、本专利技术中的高寒高海拔地区隧道室内模拟试验装置在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，根据工程经验和现有研究可知，对于圆形盾构隧洞，其衬砌变形最大处多为圆顶的竖向位移和水平轴处的横向位移，因此，监测截面内模型监测点位可以只选取拱顶，两侧边墙与拱底四个关键点，而在实验过程中隧道模型所受扰动同时具有对称性的情况下，可以去掉一侧边墙的监测点位，进一步减少监测仪器的使用，从而布设更少的监测点位来达到同样的监测效果。
[0029]3、本专利技术中的高寒高海拔地区隧道室内模拟试验装置中，环境温度控制系统可为隧道制作不同的环境温度，通过通风管和软管的设置提供不同方向和风速的风流，从而可控制隧道模型的环境温度、洞口风速和方向三个参数。
[0030]4、本专利技术中的高寒高海拔地区隧道室内模拟试验装置在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，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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.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(1)、环境温度控制系统(2)，其特征在于：所述试验装置还包括交通风控制系统(3)和计算机总控系统(4)，所述隧道模型与监测系统(1)、环境温度控制系统(2)和交通风控制系统(3)均与所述计算机总控系统(4)通讯连接；所述交通风控制系统(3)包括列车轨道模型(19)和列车模型(20)，所述列车轨道模型(19)贯穿所述隧道模型与监测系统(1)，所述环境温度控制系统(2)罩设在所述隧道模型与监测系统(1)和交通风控制系统(3)外。2.根据权利要求1所述的高寒高海拔地区隧道室内模拟试验装置，其特征在于：所述隧道模型与监测系统(1)包括隧道衬砌(5)和隧道围岩(6)，所述隧道衬砌(5)围成的空间为隧道(501)；所述隧道围岩(6)的左右两侧和底部均由内向外依次设有模型模板(9)和保温层(10)，所述隧道(501)的洞口和每个监测截面拱顶处均设有风速风温监测装置(7)，所述隧道(501)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(8)，所述风速风温监测装置(7)和围岩热力力学监测装置(8)均与数据采集器(12)通讯连接，所述数据采集器(12)与所述计算机总控系统(4)通讯连接。3.根据权利要求2所述的高寒高海拔地区隧道室内模拟试验装置，其特征在于：所述环境温度控制系统(2)包括鼓风机(14)、通风管(15)、软管(16)和步入式冻土箱(18)，所述隧道模型与监测系统(1)、交通风控制系统(3)、鼓风机(14)、通风管(15)和软管(16)均位于所述步入式冻土箱(18)内，所述通风管(15)的一端与所述鼓风机(14)连接，所述通风管(15)的另一端朝向所述隧道(501)的洞口，且所述通风管(15)的中间段为软管(16)；所述步入式冻土箱(18)和鼓风机(14)均与所述计算机总控系统(4)通讯连接。4.根据权利要求3所述的高寒高海拔地区隧道室内模拟试验装置，其特征在于：所述列车轨道模型(19)包括两个圆弧段(1901)和两个直线段(1902)，所述圆弧段(1901)和所述直线段(1902)首尾相连形成闭环结构，且所述圆弧段(1901)和所述直线段(1902)的底部均设有高度可调的支撑架(22)，其中一个所述直线段(1902)贯穿所述隧道(501)。5.根据权利要求4所述的高寒高海拔地区隧道室内模拟试验装置，其特征在于：列车模型(20)包括列车外壳(23)，所述列车外壳(23)的底部设有四个列车导向轮(24)，所述列车导向轮(24)与所述列车轨道模型(19)相匹配，所述列车外壳(23)内设有电池(25)、无线控制器(26)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘乃飞，杨银亮，汪双杰，陈建兵，金龙，董元宏，彭惠，茹佳琪，张玉伟，刘赓，刘永国，宋战平，张健，池伽文，夏士豪，高航，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学中铁建大桥工程局集团第一工程有限公司中国铁建大桥工程局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：