一种测试隧道排导系统渗透系数的大尺度试验装置的制作方法

本实用新型属于隧道排导系统性能测试技术领域，尤其涉及一种测试隧道排导系统渗透系数的大尺度试验装置。

背景技术：

对于复合式衬砌隧道的地下水排导系统主要由无纺布、盲管及防水板等组成。其中，无纺布既可以起到保护防水板的作用，又具有排水的功能，其排导能力对降低作用在衬砌上的水压力尤为关键。

考虑到衬砌背后排导系统的实际情况，排导系统中无纺布渗透系数主要应考虑水平渗透系数，其主要影响因素为法向压力等；法向压力越大无纺布的渗透系数越小，当大到一定程度时会产生“压死”现象，使其不再具备排水能力；因此，在排导型隧道中，无纺布的真实渗透系数是衬砌水压力的一个重要影响因素。

水压力荷载是作用在高水头富水区隧道衬砌结构上的重要荷载之一，是隧道结构设计中的一个关键参数，衬砌水压力对隧道的施工安全、建成后的结构可靠度及运营安全具有重要影响。

目前，国内外针对排导系统的排导性能，特别是无纺布的排导特性及与盲沟盲管综合作用时的衬砌水压力特征研究鲜有报导，在相关衬砌水压力的计算中通常采用一个比较随意的渗透系数或是参考规范取值，脱离实际情况，导致计算结果与实际情况不符；在实际工程中，受其它工程因素的影响也很难直接获得准确的排导系统的渗透系数，且现有技术没有专门针对衬砌水压力的计算的实验装置，无法根据实际情况得到相关的参数。

技术实现要素：

为了克服现有技术方法的不足，本实用新型的目的在于提出一种测试隧道排导系统渗透系数的大尺度试验装置，能够根据水下隧道排导系统的工作情况，通过试验测试得到排导系统的渗透系数。

为实现以上目的，本实用新型采用技术方案是：一种测试隧道排导系统渗透系数的大尺度试验装置，包括水压加载装置和排导系统，所述排导系统包括衬砌钢板、防水板、无纺布透水层和进水管；所述衬砌钢板包括上衬砌钢板和下衬砌钢板，所述防水板布置在下衬砌钢板上，所述无纺布透水层布置在防水板上，所述防水板和无纺布透水层夹设在所述上衬砌钢板和下衬砌钢板之间，并用固定件固定上衬砌钢板和下衬砌钢板；所述水压加载装置的出水口通过管道连接进水管，所述进水管连接至设置在上衬砌钢板一端的进水孔，在所述上衬砌钢板的另一端设置出水孔。

进一步的是，在所述下衬砌钢板和无纺布透水层之间设置有防水板；使试验过程接近实际工况。

进一步的是，所述防水板上有均匀分布的圆形凸点；用于模拟初支的不平整，以便更接近实际工况。

进一步的是，在所述进水管包括进水主管和进水支管，在所述进水主管的上侧设置有连接管道的进水口，在所述进水主管的下侧等距设置有多个进水支管，且进水支管分别连接至上衬砌钢板一端的进水孔；使进入排导系统的水能够均匀分布。

进一步的是，在每个所述进水支管上分别设置支管阀门和压力表；能够根据试验需求设置进入排导系统水的分布位置和试验水头高度参数。

进一步的是，在所述出水孔处设置可调节出口水头高度的PVC管，所述PVC管可采用伸缩管；试验过程中，通过调节出水孔PVC管出口高度模拟排导系统中排水口堵塞的情况。

进一步的是，所述固定件纵向固定排导系统，固定件包括上、下两条分别置于上衬砌钢板和下衬砌钢板外侧的U型钢和紧固U型钢两端的高强螺栓；在模拟实际隧道衬砌的同时，增强装置的稳固性。

进一步的是，在所述排导系统四周铺设橡胶垫圈，且在橡胶垫圈上下涂密封胶；增加系统四周的密封性能，防止渗漏水。

进一步的是，所述水压加载装置放置在试验室附近高处楼顶，所述水压加载装置包括上、下边缘均设有出水口的水箱，上边缘出水口与房屋排水通道连接，下边缘出水口通过管道与所述进水管连接；在水箱上部还设置有带阀门的自来水水管。

利用带有阀门的自来水水管对水箱进行补水，水箱进水量稍大于试验装置的排水量，试验过程中水箱水位保持恒定，多余的水通过上边缘出水口排走，模拟高水位富水隧道地下水位的短期不变状态。

采用本技术方案的有益效果：

本实用新型，能够根据水下隧道排导系统的工作情况，通过试验模拟测试，准确地测试得出含有无纺布透水层的隧道排导系统的综合渗透系数；该试验装置具体成本低，操作简单，与工程尺度相当，模拟效果可靠等特点。

附图说明

图1为本实用新型的一种测试隧道排导系统渗透系数的大尺度试验装置的结构示意图；

图2为本实用新型中排导系统的结构示意图；

其中，1是水压加载装置，2是排导系统；11是水箱，12是上边缘出水口，13是下边缘出水口，14是自来水水管；21是衬砌钢板，22是无纺布透水层，23是进水管，24是防水板，25是固定件，26是橡胶垫圈；211是上衬砌钢板，212下衬砌钢板，2111是进水孔，2112是出水孔；231是进水主管，232是进水支管，233是支管阀门，234是压力表；251是U型钢，252是高强螺栓。

具体实施方式

为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。

在本实施例中，参见图1和图2所示，一种测试隧道排导系统渗透系数的大尺度试验装置，

包括水压加载装置1和排导系统2，所述排导系统2包括衬砌钢板21、防水板24、无纺布透水层22和进水管23；所述衬砌钢板21包括上衬砌钢板211和下衬砌钢板212，所述防水板24和无纺布透水层22夹设在所述上衬砌钢板(211和下衬砌钢板212之间，并用固定件25固定上衬砌钢板211和下衬砌钢板212；所述水压加载装置1的出水口通过管道连接进水管23，所述进水管23连接至设置在上衬砌钢板211一端的进水孔2111，在所述上衬砌钢板211的另一端设置出水孔2112。

作为上述实施例的优化方案，在所述下衬砌钢板212和无纺布透水层22之间设置有防水板24；可以使试验过程接近实际工况。

其中，所述防水板24上有均匀分布的圆形凸点；用于模拟初支的不平整，以便更接近实际工况。

作为上述实施例的优化方案，在所述进水管23包括进水主管231和进水支管232，在所述进水主管231的上侧设置有连接管道的进水口，在所述进水主管231的下侧等距设置有多个进水支管232，且进水支管232分别连接至上衬砌钢板211一端的进水孔2111；使进入排导系统2的水能够均匀分布。

其中，在每个所述进水支管232上分别设置支管阀门233和压力表234；能够根据试验需求设置进入排导系统2水的分布位置和试验水头高度参数。

作为上述实施例的优化方案，在所述出水孔2112处设置调节出口水头高度的PVC管，所述PVC管可采用伸缩管；试验过程中，通过调节出水孔2112PVC管出口高度模拟排导系统2中排水口堵塞的情况。

作为上述实施例的优化方案，所述固定件25纵向固定排导系统2，固定件25包括上、下两条分别置于上衬砌钢板211和下衬砌钢板212外侧的U型钢251和紧固U型钢251两端的高强螺栓252；在模拟实际隧道衬砌的同时，增强装置的稳固性。

其中，在所述排导系统2四周铺设橡胶垫圈26，且在橡胶垫圈26上下涂密封胶；增加系统四周的密封性能，防止渗漏水。

作为上述实施例的优化方案，所述水压加载装置1放置在试验室附近高处楼顶，所述水压加载装置1包括上、下边缘均设有出水口的水箱11，上边缘出水口12与房屋排水通道连接，下边缘出水口13通过管道与所述进水管23连接；在水箱11上部还设置有带阀门的自来水水管14。

利用带有阀门的自来水水管14对水箱11进行补水，水箱11进水量稍大于试验装置的排水量，试验过程中水箱11水位保持恒定，多余的水通过上边缘出水口12排走，模拟高水位富水隧道地下水位的短期不变状态。

为了更好的理解本实用新型，下面对本实用新型的工作原理作一次完整的描述：

试验装置的安装步骤：

在试验场地布置好支撑架，支撑架上依次铺设好下衬砌钢板212、防水板24、无纺布透水层22；在防水板24与无纺布四周留出2-3cm宽度垫橡胶垫圈26，在橡胶垫圈26上下涂密封胶，然后铺上两端带进出水口的上衬砌钢板211；用高强螺栓252沿模型横向安装好固定U型钢251条，按20-30cm一道，必要时可以在U型钢251条下垫木块或橡胶块，确保试验时排导系统透水层厚度不发生变化；将上层钢板进口端进水口与水压加载部分对接，在出口端安装好PVC管。

排导系统2渗透系数测试试验过程：

打开水箱11阀门，利用带有阀门的自来水水管14对水箱11进行补水，水箱11进水量稍大于试验装置的排水量，试验过程中水箱11水位保持恒定，多余的水通过水箱11上边缘出水口12排走；

待出水端出水稳定后，开始正式测试，用秒表计时间，用大容量水桶测水量，通过压力水读出进水端水头高度，然后根据稳定水流后流量、两端水头高度、过水断面积及模型长度等参数，计算排导系统2综合渗透系数，具体计算公式为

通过调整水箱11高度，可以模拟不同高水头工况。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。