穿越采空区的隧道试验系统的制作方法

本实用新型涉及隧道模型试验设备领域，具体涉及一种穿越采空区的隧道试验系统。

背景技术：

随着公路及铁路隧道的大量兴建，隧道不可避免的穿越煤层采空区，我国地形地貌复杂，采空区分布也及其复杂且难以探测，对隧道建设安全造成极大危害，如果隧道在设计与施工中探测不清，处治不当，穿越采空区时必然给施工带来一定的困难，增加施工风险和处治成本。采空区的存在不仅使得周围岩土体松散而破碎，还使得围岩承载力降低，引起隧道不均匀沉降，造成隧道衬砌结构的变形和开裂，同时，采空区中瓦斯的存在也对隧道的施工造成重大的安全隐患。目前主要是通过数值试验的手段来研究隧道穿采空区的稳定性，而通过室内试验来研究的较少，因此，深入研究采穿越采空区的隧道实验系统具有十分重要的意义。

通过对现有的技术文献检索发现，在仅有的隧道开挖模型试验中，针对采空区的模拟直接采用空洞模拟，并没有考虑瓦斯存在的压力对隧道的影响，或者考虑了气体压力，但没有一种具体控制压力大小的实验装置。此外，针对隧道的模拟时，通常直接将初期支护预埋在围岩中，然后预留出隧道孔洞，并没有考虑采空区存在的应力场及隧道开挖支护的过程。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种穿越采空区的隧道试验系统，使其具有能更加真实地、全面地模拟隧道受力情况的优点。

本实用新型通过以下技术手段解决上述问题：一种穿越采空区的隧道试验系统，包括试验箱体和设置在试验箱体上方的加载装置，所述试验箱体的纵向中部设置有初期支护，所述初期支护外套设有透明薄膜，还包括气压控制容器、气囊、设置在气囊上的气压计、分布在气囊周围的多个差动式数显位移计以及多个与差动式数显位移计一一对应的应变式土压力盒，所述气压控制容器通过导气管与气囊连通，所述导气管上设置有阀门。

进一步，所述试验箱体内侧设置有聚四氯乙烯板。

进一步，所述气囊内设置有网架。

进一步，所述加载装置包括反力梁、千斤顶以及传力钢板，所述千斤顶处在反力梁与传力钢板之间。

本实用新型的有益效果体现在如下方面：

1、利用气囊模拟采空区，通过调节气压控制容器向气囊内充气的充气量，达到模拟不同采空区不同气压环境的目的，从而使得模拟隧道受力情况更加真实和全面。

2、本发明创造通过设置初期支护以及在初期支护外套设透明薄膜，可实现初期支护的开挖过程，从而进一步真实全面的模拟了隧道的受力状态。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

图1为本实用新型的主看结构示意图；

图2为本实用新型的侧看结构示意图；

图3为本实用新型的局部结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型进行详细说明，如图1-3所示：一种穿越采空区的隧道试验系统，包括试验箱体1和设置在试验箱体上方的加载装置，所述加载装置包括反力梁13、千斤顶14以及传力钢板15，所述千斤顶处在反力梁与传力钢板之间，加载装置可对岩土体纵横向进行不同力学行为特征的加载，传力钢板使力均匀加载到岩土体上，所述试验箱体的纵向中部设置有初期支护2，所述初期支护外套设有透明薄膜3，初期支护内形成模拟隧道区，还包括气压控制容器4、气囊5、设置在气囊上的气压计6、分布在气囊周围的多个差动式数显位移计7以及多个与差动式数显位移计一一对应的应变式土压力盒8，所述气压控制容器通过导气管9与气囊连通，所述导气管上设置有阀门10，为增加气囊的强度，在所述气囊内设置网架12。

进行隧道模拟受力情况分析实验的步骤如下：第一步，往实验箱体以及初期支护内填土(围岩体相似材料)，根据模拟采空区的规格，选定不同尺寸和形状的气囊，并在拟定的采空区位置预埋气囊、拟定的位移及应力测点预埋差动式数显位移计以及应变式土压力盒，将气压控制容器设置在试验箱体外侧，并安装好导气管和气压计；第二步，通过气压控制容器往气囊内充气，调节充气量，以便模拟不同气压环境的采空区，并通过差动式数显位移计以及应变式土压力盒采集初始位移以及应力数据；第三步，利用掏槽工具将初期支护内的土掏空，形成模拟隧道结构，第四步，利用刀片等尖锐工具将透明薄膜划破，取出初期支护，使采空区土体存在实际的临空面状态；第五步，通过加装装置向岩土体以及隧道结构进行加载；第六步；进行数据的采集。该结构的穿越采空区的隧道试验系统，一方面，利用气囊模拟采空区，通过调节气压控制容器向气囊内充气的充气量，达到模拟不同采空区不同气压环境的目的，从而使得模拟隧道受力情况更加真实和全面；另一方面，通过设置初期支护以及在初期支护外套设透明薄膜，可实现初期支护的开挖过程，从而进一步真实全面的模拟了隧道的受力状态。

作为上述技术方案的进一步改进，所述试验箱体内侧设置有聚四氯乙烯板11，以便减小试验箱体的边界摩擦效应。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。