阅读说明：本技术 用于岩溶隧道围岩突水试验的装置 (Device for karst tunnel surrounding rock water inrush test ) 是由 王丽君 顾峰 马建新 郑志龙 李国庆 于 2019-11-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及隧道工程技术领域,尤其是一种用于岩溶隧道围岩突水试验的装置,其包括支撑外框架、隧道结构模型、岩溶管道网络模型、试验岩溶水收集组件、试验供水组件,隧道结构模型、试验岩溶水收集组件设置在支撑外框架上,且隧道结构模型与试验岩溶水收集组件相连通,试验供水组件设置在隧道结构模型的上方,试验供水组件通过岩溶管道网络模型与隧道结构模型相连通。本发明能够模拟围岩岩溶管道对岩溶隧道突水的过程,并能够实时对其进行观测,得到围岩在突水过程中的实时渗流情况,对保证并提高隧道施工和运营安全性提出有效措施提供理论依据；而且,该装置结构简单,操作简单、可靠,可以重复使用,成本低。(The invention relates to the technical field of tunnel engineering, in particular to a device for a karst tunnel surrounding rock water inrush test. The method can simulate the process of surrounding rock karst pipelines on water inrush of karst tunnels, can observe the water inrush in real time to obtain the real-time seepage situation of the surrounding rocks in the water inrush process, and provides theoretical basis for providing effective measures for guaranteeing and improving tunnel construction and operation safety; moreover, the device has simple structure, simple and reliable operation, repeated use and low cost.)

用于岩溶隧道围岩突水试验的装置

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，尤其是一种用于岩溶隧道围岩突水试验的装置。

背景技术

在基础设施建设过程中，公路、铁路等隧道工程有时会不可避免需要穿越岩溶地层，该隧道称为岩溶隧道，由于岩溶隧道位于岩溶地层中，岩溶隧道的四周围岩会产生突水，影响隧道施工和运营的安全性，所以对岩溶隧道围岩突水力学机理研究，进而提出有效的防范措施以保证隧道施工和运营安全，是具有重要理论意义和实际指导价值的。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种结构简单的用于岩溶隧道围岩突水试验的装置，所述装置能够模拟围岩岩溶管道对岩溶隧道突水的过程。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用于岩溶隧道围岩突水试验的装置，包括支撑外框架、隧道结构模型、岩溶管道网络模型、试验岩溶水收集组件、试验供水组件，隧道结构模型、试验岩溶水收集组件设置在支撑外框架上，且隧道结构模型与试验岩溶水收集组件相连通，试验供水组件设置在隧道结构模型的上方，试验供水组件通过岩溶管道网络模型与隧道结构模型相连通。

进一步的是，支撑外框架为中空的框架结构，支撑外框架的形状为长方体。

进一步的是，隧道结构模型的四周连接设置有连接横梁，连接横梁的外端部设置有卡扣，支撑外框架的中间设置有卡槽，卡扣匹配设置在卡槽中使隧道结构模型水平设置在支撑外框架的中上部。

进一步的是，隧道结构模型由透明材料制成，隧道结构模型包括连接在一起的拱形部、底板部，拱形部上均匀设置有多个试验岩溶水进水孔，底板部上设置有多个试验岩溶水出水孔，拱形部的两侧连接设置有挡水板。

进一步的是，支撑外框架的底部设置有支撑底板，试验岩溶水收集组件包括盒式集水盘，盒式集水盘设置支撑底板上，且盒式集水盘位于试验岩溶水出水孔的下方。

进一步的是，还包括电子秤，电子秤设置在盒式集水盘与支撑底板之间。

进一步的是，试验供水组件包括外部水箱，外部水箱的下部设置有多根试验水出水管道，试验水出水管道与外部水箱相连通。

进一步的是，岩溶管道网络模型包括多根连接主管道、多根出水分管道、网络管道组件、多个第一控制阀门、多个第二控制阀门，一根连接主管道与一个试验水出水管道相连接，且一根连接主管道上设置有一个第一控制阀门；

一根出水分管道匹配***一个试验岩溶水进水孔中，且一根出水分管道上设置有一个第二控制阀门；

连接主管道通过网络管道组件与出水分管道相连通。

进一步的是，网络管道组件包括多根中间过水管道、多个多口转换接头，中间过水管道能够与连接主管道、多口转换接头的出口或者出水分管道可拆卸连接，且所有中间过水管道通过所有多口转换接头相互连通。

进一步的是，连接主管道、出水分管道、中间过水管道均为透明材质制成的软管。

本发明的有益效果是：本发明用于岩溶隧道围岩突水试验的装置，包括支撑外框架、隧道结构模型、岩溶管道网络模型、试验岩溶水收集组件、试验供水组件，支撑外框架主要起支撑隧道结构模型、试验岩溶水收集组件的作用；隧道结构模型根据实际隧道工程典型断面尺寸按一定比例缩小所得，用于模拟隧道；岩溶管道网络模型用于模拟围岩中的岩溶管道；试验岩溶水收集组件用于收集试验时突入隧道结构模型的水量，进而换算成隧道的突水量；试验供水组件用于提供试验岩溶水，供试验时使用；可见，本发明用于岩溶隧道围岩突水试验的装置能够模拟围岩岩溶管道对岩溶隧道突水的过程，并能够实时对其进行观测，得到围岩在突水过程中的实时渗流情况，对保证并提高隧道施工和运营安全性提出有效措施提供理论依据；而且，该装置结构简单，操作简单、可靠，可以重复使用，成本低，利于推广。

附图说明

图1是支撑外框架、隧道结构模型、试验岩溶水收集组件连接后的透视示意图；

图2是试验供水组件的结构示意图；

图3是试验供水组件、岩溶管道网络模型、隧道结构模型连接示意图；

图中标记为：支撑外框架1、卡槽11、支撑底板12、隧道结构模型2、连接横梁21、拱形部22、底板部23、试验岩溶水进水孔24、试验岩溶水出水孔25、挡水板26、岩溶管道网络模型3、连接主管道31、出水分管道32、第一控制阀门33、第二控制阀门34、中间过水管道35、多口转换接头36、试验岩溶水收集组件4、试验供水组件5、外部水箱51、试验水出水管道52。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1、图2、图3所示，本发明用于岩溶隧道围岩突水试验的装置，包括支撑外框架1、隧道结构模型2、岩溶管道网络模型3、试验岩溶水收集组件4、试验供水组件5，隧道结构模型2、试验岩溶水收集组件4设置在支撑外框架1上，且隧道结构模型2与试验岩溶水收集组件4相连通，试验供水组件5设置在隧道结构模型2的上方，试验供水组件5通过岩溶管道网络模型3与隧道结构模型2相连通。

支撑外框架1主要起支撑隧道结构模型2、试验岩溶水收集组件4的作用，由于隧道结构模型2的截面为拱形，支撑外框架1优选为中空的框架结构，支撑外框架1的形状为长方体，中空的框架结构便于支撑隧道结构模型2设置在支撑外框架1中。支撑外框架1通过“L”型角钢焊接制作，其包括交叉焊接在一起的横梁和竖杆。为了便于隧道结构模型2安装和固定，隧道结构模型2的四周连接设置有连接横梁21，连接横梁21的外端部设置有卡扣，支撑外框架1的正中间设置有卡槽11，卡扣匹配设置在卡槽11中使隧道结构模型2水平设置在支撑外框架1的中上部，隧道结构模型2水平设置在支撑外框架1的中上部便于支撑隧道结构模型2、试验岩溶水收集组件4的布局和使用。

隧道结构模型2根据实际隧道工程典型断面尺寸按一定比例缩小，在绘图软件中建立隧道结构三维模型，再采用3D打印机技术进行隧道结构模型2打印，保证隧道结构模型2的制作精度。为了便于观测围岩岩溶管道对岩溶隧道突水的过程，隧道结构模型2由透明材料制成。再如图1所示，隧道结构模型2包括连接在一起的拱形部22、底板部23，拱形部22上均匀设置有多个试验岩溶水进水孔24，底板部23上设置有多个试验岩溶水出水孔25，试验时，试验岩溶水进水孔24用于试验岩溶水进入隧道结构模型2中，再从试验岩溶水出水孔25流入试验岩溶水收集组件4中。试验岩溶水进水孔24均匀分布在拱形部22上，相邻试验岩溶水进水孔24之间的间距为4cm，试验岩溶水出水孔25沿隧道结构模型2轴向方向设置，相邻试验岩溶水出水孔25之间的间距也为4cm。由于隧道结构模型2为半封闭结构，隧道结构模型2的两侧为开口，为了防止试验岩溶水乱流，不便于对其进行收集，拱形部22的两侧连接设置有挡水板26。

试验岩溶水收集组件4用于收集试验时突入隧道结构模型2的水量。为了便于试验岩溶水收集组件4的安装设置，支撑外框架1的底部设置有支撑底板12，试验岩溶水收集组件4包括盒式集水盘，盒式集水盘设置支撑底板12上，且盒式集水盘位于试验岩溶水出水孔25的下方，试验岩溶水从试验岩溶水出水孔25出来直接落入盒式集水盘中，很方便使用。为了便于得到盒式集水盘中水的重量，还设置有电子秤，电子秤设置在盒式集水盘与支撑底板12之间。

试验供水组件5用于提供试验岩溶水，试验岩溶水最好是具有一定压力的水，供试验时使用。试验时，试验供水组件5设置在隧道结构模型2的上方，试验供水组件5中的试验岩溶水在压力差的作用下进入隧道结构模型2中，试验供水组件5与隧道结构模型2之间的高度差根据具体试验进行测定，高度差模拟水头差，从而实现不同水压的控制。为了便于试验供水组件5、岩溶管道网络模型3的设置，还可设置安装支架，安装支架的高度可以调节，试验供水组件5设置在安装支架的顶部。本发明试验供水组件5优选的一种结构为：再如图2所示，试验供水组件5包括外部水箱51，外部水箱51的下部设置有多根试验水出水管道52，试验水出水管道52与外部水箱51相连通。

岩溶管道网络模型3用于模拟围岩中的岩溶管道，不同地方的岩溶管道管路是不相同，为了使本发明的岩溶管道网络模型3能够适用于多个地方的岩溶管道管路，能够对隧道结构模型2产生突水的位置和量实现控制，本发明岩溶管道网络模型3优选的一种结构为：再如图3所示，岩溶管道网络模型3包括多根连接主管道31、多根出水分管道32、网络管道组件、多个第一控制阀门33、多个第二控制阀门34，一根连接主管道31与一个试验水出水管道52相连接，且一根连接主管道31上设置有一个第一控制阀门33；一根出水分管道32匹配***一个试验岩溶水进水孔24中，且一根出水分管道32上设置有一个第二控制阀门34；连接主管道31通过网络管道组件与出水分管道32相连通，网络管道组件呈树杈形状，其包括多根中间过水管道35、多个多口转换接头36，中间过水管道35能够与连接主管道31、多口转换接头36的出口或者出水分管道32可拆卸连接，且所有中间过水管道35通过所有多口转换接头36相互连通，多口转换接头36可以是二通管、三通管、四通管等，第一控制阀门33能够控制对应连接主管道31的连通和流量大小，第二控制阀门34能够控制对应出水分管道32的连通和流量大小。试验时，通过控制第一控制阀门33、第二控制阀门34的开闭，从而实现试验供水组件5与隧道结构模型2的连通率，控制相邻中间过水管道35之间的交叉连接方式和数量来模拟不同岩溶管道组合情况，实现适用于多个地方的岩溶管道管路。为了便于观测和使用，连接主管道31、出水分管道32、中间过水管道35均为透明材质制成的软管。为了便于第一控制阀门33、第二控制阀门34的控制，实现自动化调节，第一控制阀门33、第二控制阀门34为电磁阀门，均通过信号数据线与控制器相连接，第一控制阀门33、第二控制阀门34的开闭以及开口大小(流量调节)通过控制器进行调节。

采用本发明试验装置进行岩溶隧道围岩突水试验流程为：首先往试验供水组件5的外部水箱51加入一定量的岩溶试验水，此时第一控制阀门33、第二控制阀门34均处于关闭状态，然后通过控制中间过水管道35、多口转换接头36之间的交叉连接方式和数量，确定试验岩溶管道的组合，再然后打开需要打开的第一控制阀门33、第二控制阀门34，使岩溶试验水沿岩溶管道网络模型3、隧道结构模型2进入试验岩溶水收集组件4中，最后通过电子秤称出试验岩溶水收集组件4中岩溶试验水的质量，再经换算得到涌水体积量。

综上所述，本发明用于岩溶隧道围岩突水试验的装置能够模拟围岩岩溶管道对岩溶隧道突水的过程，并能够实时对其进行观测，得到围岩在突水过程中的实时渗流情况，对保证并提高隧道施工和运营安全性提出有效措施提供理论依据；而且，该装置结构简单，操作简单、可靠，可以重复使用，成本低，利于推广。