模拟隧道单层衬砌局部防排水系统性能的模型试验装置的制作方法

本装置适用于模拟隧道单层衬砌局部防排水系统性能的模型试验装置，属于地下工程领域。

背景技术：

目前，我国绝大多数矿山法隧道都是采用的复合式衬砌型式，包括外层的挂网锚喷支护和内层的模筑衬砌，中间夹柔性防水层。在防水设计上，隧道防水主要依赖于初期支护与二次衬砌之间的防水卷材，而一般不考虑初期支护的防水性。所以，因为防水板耐久性差及二衬混凝土易开裂等原因导致的隧道渗漏水的现象仍然很严重。随着喷射混凝土施工工艺和质量性能的提高，发展出一种新的隧道支护体系——单层衬砌。目前单层衬砌主要采用喷锚支护形式，根据不同的围岩级别喷射不同厚度的混凝土，在极差的情况下可以采用模筑混凝土。单层衬砌的防水性主要依靠喷射混凝土自身的抗渗性。若隧道修建地区渗水量较大，应设置排水系统。设置排水系统的单层衬砌应分层喷射，且内侧的混凝土抗渗性应比靠近围岩侧更高。

技术实现要素：

本发明的目的在于设计一套试验装置，通过模拟隧道单层衬砌结构，对单层衬砌防排水系统的实际效果在实验室进行试验验证，相比现场试验既节约成本又减小风险，同时也为是否需要进一步进行现场试验提供技术支撑。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为模拟隧道单层衬砌防局部排水系统性能的模型试验装置，该试验装置分为外部箱体和内部结构两部分。

外部箱体包括钢制试验箱1和进水口2，进水口2散布在钢制试验箱1的上表面，进水口2外接加压水泵。

内部结构包括填土层3、初喷混凝土层4、排水管网5、复喷混凝土层6和出水口7。填土层3、排水管网5、初喷混凝土层4、复喷混凝土层6在钢制试验箱1内部从上到下顺次分层布置；出水口7设置在钢制试验箱1的侧部，出水口7和排水管网5连接。

排水管网5为水平布置的井字结构。排水管网5由多种管壁开孔的管道制作并设置在初喷混凝土层4的内部。

填土层3根据试验对象采用等比例的土质混合物进行配比。初喷混凝土层4采用喷射混凝土模拟隧道初期支护结构，喷射混凝土的材料性能通过参数控制的方法现浇，使其与实际的喷射混凝土物理力学性质等效相同，厚度为5～7cm。复喷混凝土层6与初喷混凝土层4工法等效相同，厚度为7～10cm，但抗渗性比初喷混凝土层4强，通过对复喷混凝土层6表面刷渗透结晶材料实现。

排水工作机理：水通过进水口2进入填土层3，再渗透通过初喷混凝土层4，通过排水管网5上的孔进入，排水管网5的管道与出水口7相连，水排出。

本试验装置优点是：

1、结构形式简单，平面布置方便管材加工；

2、可以模拟不同水压力条件下的单层衬砌排水系统防排水试验；

3、本装置可根据试验要求灵活更改尺寸，相比现场试验工序简单，节约成本，参与试验的人员人身安全受保障。

附图说明

图1为本试验装置三维效果剖视图。

图2为本试验装置剖视图。

图中：1-钢制试验箱，2-进水口，3-填土层，4-初喷混凝土层，5-排水管网，6-复喷混凝土层，7-出水口。

具体实施方式

下面结合附图对本试验装置的安装步骤进行进一步描述。

步骤1、将钢制试验箱1固定在试验场地；

步骤2、采用喷射混凝土制作复喷混凝土层6，并养护一段时间，在其表面刷渗透结晶材料；

步骤3、对排水管网5外部裹上过滤层并安装、接入出水口7；

步骤4、采用喷射混凝土制作初喷混凝土层4，并养护一段时间；

步骤5、根据试验围岩条件施做填土层3；

步骤6、安装带进水口2的盖板，进水口外接加压水泵。

技术特征：

技术总结
本发明公开了模拟隧道单层衬砌局部防排水系统性能的模型试验装置，属于地下工程领域。该试验装置分为外部箱体和内部结构两部分，通过模拟隧道单层衬砌结构，对单层衬砌防排水系统的实际效果在实验室进行试验验证，相比现场试验既节约成本又减小风险，同时也为是否需要进一步进行现场试验提供技术支撑。本装置结构形式简单，平面布置方便管材加工；可以模拟不同水压力条件下的单层衬砌排水系统防排水试验；可根据试验要求灵活更改尺寸，相比现场试验工序简单，节约成本，参与试验的人员人身安全受保障。

技术研发人员：李鹏飞;刘宏川;王秋生;魏盼
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2017.06.09
技术公布日：2017.08.22