隧道排水盲管堵塞机理模型试验装置的制作方法

本实用新型属于地下工程领域，更具体地，涉及隧道排水盲管堵塞机理模型试验装置。

背景技术：

当前，我国山岭隧道大多采用复合式衬砌作为支护形式，复合式衬砌通常由初期锚喷支护、防排水系统和二次衬砌组成。其中，防排水系统主要由纵向、环向盲管、土工布及防水板、施工缝止水带、排水明暗沟组成。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。

但是，地下水会渗透过初期支护，并汇集到排水盲管后，然后引入排水侧沟，当设置有中心水沟时再由侧沟引入中心水沟排出隧道外。排水盲管在地下水的长期作用下，经常因为钙盐结晶沉淀而发生堵塞。由于当前隧道排水系统没有受到足够的重视，在隧道设计及施工期间对这一问题没有相应的解决方案，排水盲管发生堵塞后将会产生一系列工程问题，如衬砌开裂、大面积渗漏水以及钢筋腐蚀等问题。这些工程病害不但威胁行车安全，而且给隧道结构安全带来了重大隐患，增加了隧道运营维修的成本和难度。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了隧道排水盲管堵塞机理模型试验装置，其实现在实验室条件下对排水盲管结晶堵塞问题进行模拟。与现场试验相比，该装置既缩短了试验周期又减小了试验风险。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了隧道排水盲管堵塞机理模型试验装置，其特征在于，包括支撑架、试验箱、排水系统、集水箱和变频水泵，其中，

所述支撑架上安装所述试验箱和所述排水系统；

所述试验箱包括箱体及与隧道形状一致的拱形板，并且该箱体的下部具有凹陷结构，所述拱形板设置在所述凹陷结构处，该箱体上设置有多个进水口，该拱形板上设置有多个泄水口；

所述排水系统位于所述拱形板所围区域内，该排水结构包括环向排水盲管、排水边沟和纵向排水盲管，并且，

所述环向排水盲管设置有m根并且它们沿所述拱形板的纵向等间距布置，每根所述环向排水盲管均包括n根弧形管和n+1个三通管a并且它们交替连接设置，相邻两根弧形管通过一所述三通管a的ⅰ口和ⅱ口连接；

所述排水边沟设置有两道，每道所述排水边沟的铺设方向均与所述拱形板的纵向一致，并且每道排水边沟内分别设置一根纵向排水盲管，所述排水边沟内的纵向排水盲管的长度方向与该排水边沟的铺设方向一致；

每根所述纵向排水盲管均包括m个三通管b和m+1根直管，并且它们交替连接设置，相邻两根直管通过一所述三通管b的ⅰ口和ⅱ口连接；

每根所述环向排水盲管首端和末端的弧形管分别插入对应侧的一所述三通管b的ⅲ口，从而使所述环向排水盲管和所述纵向排水盲管连通；

每个所述三通管a的ⅲ口分别通过一根泄水管与所述泄水口连接，并且每根所述泄水管上分别安装有泄水阀门；

所述集水箱内设置所述变频水泵，所述变频水泵通过进水管路与所有的进水口连接，并且该进水管路上设置有进水阀门。

优选地，所述试验箱内不锈钢板制成。

优选地，所述箱体上的这些进水口围绕所述箱体设置，以模拟地下水来自各个方向的情况。

优选地，这些进水孔设置分布于不同的水平面上，所述箱体上同侧的同一水平面上的进水孔的间距相等。

优选地，所述泄水孔设置有多排，每排所述泄水孔均沿所述拱形板的纵向设置，并且每排的所述泄水孔等间距布置。

优选地，相邻两排泄水孔的中心线所在平面的夹角相等。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本实用新型提供的一种隧道排水盲管堵塞机理模型试验装置，包括试验箱、集水箱和排水系统三个部分，通过环向和纵向排水管以及水压调节设备等建立矿山法隧道排水系统模型，实现在实验室条件下对排水盲管结晶堵塞问题进行模拟，有利于对矿山法隧道排水盲管堵塞机理及其相关影响因素的研究，为解决普遍存在的隧道排水问题提供依据，以便于更好的对隧道排水系统进行优化完善。

(2)本实用新型提供的一种隧道排水盲管堵塞机理模型试验装置，水压由集水箱中的变频水泵提供，与传统由一定高度水箱提供水压的试验装置相比，本试验系统提供了更高水头的同时，可以提供水头的范围也增加了。

(3)本实用新型提供的一种隧道排水盲管堵塞机理模型试验装置，在试验箱四周设置了22个进水口，通过管道分支提供不同数量的进水来源，可以模拟地下水源来自不同方向的各种情况。

(4)本实用新型提供的一种隧道排水盲管堵塞机理模型试验装置，排水系统通过快插接头三通连接，便于排水盲管的更换和拆卸，可以模拟多种排水盲管类型和排水系统形式。

(5)本实用新型提供的一种隧道排水盲管堵塞机理模型试验装置，地下水通过隧道两侧的边沟回流到集水箱中，实现了试验用水的循环利用，节约用水的同时简化了操作。

(6)本实用新型提供的一种隧道排水盲管堵塞机理模型试验装置，通过设置水流进入分层的土体并从排水系统排出，来模拟地下水渗流到围岩及隧道的环纵向盲管并排出，通过水流中包含的结晶成分来分析隧道排水盲管堵塞的影响因素，可全面的研究隧道排水盲管堵塞机理。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中试验箱的内部示意图；

图3是本实用新型中集水箱内设置变频水泵的结构示意图；

图4是本实用新型中排水系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1～图4所示，隧道排水盲管堵塞机理模型试验装置，包括支撑架11、试验箱11、排水系统16、集水箱5和变频水泵6，其中，

所述支撑架11上安装所述试验箱11和所述排水系统16；

所述试验箱11内部用于装填围岩材料，该试验箱11包括箱体12及与隧道形状一致的拱形板3，并且该箱体12的下部具有凹陷结构，所述拱形板3设置在所述凹陷结构处，该箱体12上设置有多个进水口，该拱形板3上设置有多个泄水口；优选地，所述试验箱11内不锈钢板制成，所述箱体12整体设置于支撑架11上，所述箱体12的前、后、左、右四个侧面由不锈钢板连接成一体并整体呈矩形，在靠近箱体12上部的位置采用采用长条状钢管绕其一周进行加强固结，在矩形宽度方向的两块相对的钢板，每块钢板的底部中间位置均为拱形缺口，拱形缺口的圆弧边通过所述拱形板3连接，所述拱形板3底部与箱体12的不锈钢板底部连接封闭，形成了中间有拱起的底部，所述箱体12顶部单独搁置有盖板，盖板可取下。优选地，所述箱体12上的这些进水口围绕所述箱体12设置，以模拟地下水来自各个方向的情况，这些进水孔设置分布于不同的水平面上，所述箱体12上同侧的同一水平面上的进水孔的间距相等。另外，所述圆弧板上每间隔一定距离沿环向设置有均匀布置所述泄水孔4，所述泄水孔4设置有多排，每排所述泄水孔4均沿所述拱形板3的纵向设置，并且每排的所述泄水孔4等间距布置，相邻两排泄水孔4的中心线所在平面的夹角相等，譬如，可以在与水平面成30°、60°、90°、120°和150°的五个截面处分别设置一排泄水孔4。

所述排水系统16位于所述拱形板3所围区域内，该排水结构包括环向排水盲管7、排水边沟10和纵向排水盲管8，并且，

所述环向排水盲管7设置有m根并且它们沿所述拱形板3的纵向等间距布置，每根所述环向排水盲管7均包括n根弧形管13和n+1个三通管a9并且它们交替连接设置，相邻两根所述弧形管13通过一所述三通管a9的ⅰ口和ⅱ口连接；优选地，m≥2，n≥2。

所述排水边沟10设置有两道，每道所述排水边沟10的铺设方向均与所述拱形板3的纵向一致，并且每道所述排水边沟10内分别设置一根所述纵向排水盲管8，所述排水边沟10内的纵向排水盲管8的长度方向与该排水边沟10的铺设方向一致；

每根所述纵向排水盲管8均包括m个三通管b14和m+1根直管15，并且它们交替连接设置，相邻两根所述直管15通过一所述三通管b14的ⅰ口和ⅱ口连接；

每根所述环向排水盲管7首端和末端的弧形管13分别插入对应侧的一所述三通管b14的ⅲ口，从而使所述环向排水盲管7和所述纵向排水盲管8连通；

每个所述三通管a9的ⅲ口分别通过一根泄水管与所述泄水口连接，并且每根所述泄水管上分别安装有泄水阀门，以控制排水节点。；

所述集水箱5用于回收隧道排水结构排出的地下水，该集水箱5内设置所述变频水泵6，所述变频水泵6通过进水管路与所有的进水口连接，并且该进水管路上设置有进水阀门，进水管路可以有一根主水管和多根分水管，主水管与分水管之间通过分水器来进行分水，这样可以通过分水管来将地下水送到进水口，进水阀门可以设置在进水管路的主水管上，也可以在进水管路的每根分水管上都设置进水阀门；集水箱5靠近试验箱11并位于所述箱体12下部，所述集水箱5箱体12为顶部无盖的长方体，四周及底部采用不锈钢钢板连接，用于回收隧道排水结构排出的地下水，同时为试验箱11提供水源；所述变频水泵6安装于所述集水箱5箱体12的底部，并配套设置有进水管，通过进水管与试验箱11的所述进水口连通，用于将所述集水箱5箱体12中的水通过所述进水口泵送进试验箱11。

试验箱11中的地下水通过所述泄水孔4流入到所述环向排水盲管7，再由所述环向排水盲管7流入所述纵向排水盲管8中，最后再由所述纵向排水盲管8导入所述排水边沟10中。

按照本实用新型的另一个方面，还提供了采用所述隧道排水盲管堵塞机理模型试验装置检测结晶的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在试验箱11内装填围岩材料：将围岩材料的土体分层填充到试验箱11中，每层土体均进行夯实，并根据每层土体所在高度埋设相应的传感器；

2)将隧道排水结构排出的地下水装到集水箱5内；

3)饱和土体：开启所有的进水阀门和泄水阀门，开启变泵水泵并调节变频水泵6扬程，待有地下水从排水系统16流出后，关闭泄水阀门，以让土体达到饱和；

4)打开泄水阀门，待渗流稳定后，传感器进行测量；

5)让地下水在集水箱5和试验箱11内循环设定的时间，譬如一周时间，测量结晶在排水系统16中的产生情况；

6)关闭变频水泵6，待地下水从排水系统16排出后，更换新的排水系统16；

7)重复步骤1)～步骤6)，以此方式，不断获得结晶在排水系统16中的产生情况。

本实用新型对排水盲管堵塞机理进行模拟研究，其同时模拟纵向、环向排水盲管7，近似与山岭隧道实际排水条件一致，而且保证设定的水压力不变，采用变频水泵6控制水压，实现在实验室条件下对排水盲管结晶堵塞问题进行模拟，有利于对矿山法隧道排水盲管堵塞机理及其相关影响因素的研究。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。