[发明专利]一种海底隧道防排水系统的堵塞性试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟海底隧道的防排水系统实际工作情况的试验装置，尤其针对防排水系统在海水、初期支护及围岩共同作用下堵塞性的相关试验的研究。

背景技术

随着社会经济的发展，在今后的几十年中，预计还需要修建数条海底隧道。海底隧道防排水在设计、施工方面还未完全成熟，又没有相关的统一规范作指导，主要按照现有的各种技术规范规程，借鉴成熟的技术方法来进行的，有待作进一步系统、全面的研究。如果采取“以排为主”的原则，会对自然环境造成破坏，对于海底隧道来说将会增加后期运营费用，而采用全封堵方式时衬砌长期承受高水压则极易引发渗漏，因此在地质条件好的围岩地段目前很多隧道都提出了“以堵为主，限量排放”的设计原则。隧道防排水设计的成功与否也是含有承压地下水隧道成败的关键因素。

海底隧道中排出的海水与一般山岭隧道地下水有着完全不同的性质，海水中含有大量Ca²⁺,Mg^2+,OH^-,CO₃^2-,SO₄^2-,Fe^2-等，在一定的温度环境条件下，各种离子间相互发生化学反应，从而产生大量的沉积物质（碳酸钙，碳酸镁，氢氧化镁等），再加上围岩颗粒等沉积物，这些沉积物会沉积在排水系统的管道里，从而影响到排水系统的排水能力，也可能经过若干年后排水系统会被完全堵塞，这样将会在二次衬砌上产生很大的水压力。目前，在已修建的海底隧道工程中，已经出现了许多防排水设施堵塞的问题。由于海水的侵蚀性，排水管路中极易出现妨碍排水的鳞片状物质，这些物质主要是碳酸钙、硫酸钙和硅酸等，海水对混凝土具有强结晶分解复合类腐蚀性及中等结晶类腐蚀性，如混凝土外加剂选择不当失效，或喷射混凝土中水泥发生碱骨料反应，形成沉淀导致排水系统堵塞。在具有恒定高水头的海底修建隧道，防排水系统的可靠性已经成为海底隧道能否顺利修筑的关键，也成为控制运营费用的主要内容。

针对海底隧道的防排水系统堵塞性问题来进行系统的研究，就具有突出的工程价值。但是，从研究现状来看，对这方面的实验研究还是一片空白，更没有一种能够模拟实际海底隧道排水系统的堵塞规律的试验装置，这极大的限制了海底隧道防排水技术的发展，增加了隧道运营的危险性，并可能造成重大的经济损失和人身伤亡。

发明内容

为解决上述背景技术中不足之处，提供一种真实的模拟防排水系统在海水、初期支护及围岩共同作用下的堵塞性变化规律的试验装置。

本发明的技术方案：

一种海底隧道防排水系统的堵塞性试验装置，该试验装置包括集水箱、隧道地层结构模型、钢筋隧道模型。

所述的隧道地层结构模型包括：密闭有机玻璃容器、玻璃容器盖、控制阀、隧道初期支护和隧道的上覆土层结构；隧道初期支护和隧道的上覆土层结构依次放置在密闭有机玻璃容器内，控制阀连接在玻璃容器盖上；玻璃容器盖与密闭有机玻璃容器上端口的法兰边密闭连接；密闭有机玻璃容器的底面上设第一出水管、第二出水管、第三出水管，并在三个出水管上分别设置第一阀门、第二阀门、第三阀门。

所述的钢筋隧道模型与实际隧道的尺寸几何相似，包括第一环向盲管、第二环向盲管、第三环向盲管、第一纵向盲管、第二纵向盲管、第一排水管、第二排水管、第三排水管、第四排水管。

第一环向盲管、第二环向盲管、第三环向盲管等距环绕在钢筋隧道模型上半部上，并通过三通与平行于隧道纵向的第一纵向盲管、第二纵向盲管相连接；第一纵向盲管、第二纵向盲管通过三通与第一排水管、第二排水管、第三排水管、第四排水管连接。

第一出水管及其上的第一阀门通过三通与第一环向盲管连接，第二出水管及其上的第二阀门通过三通与第二环向盲管连通，第三出水管及其上的第三阀门通过三通与第三环向盲管连通。

集水箱的出水管通过软管和控制阀与隧道地层结构模型的内腔连通。

钢筋隧道模型放置于隧道排水槽中。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

（1）按几何相似比例，可模拟相当高水头压力和地层压力作用下，隧道防排水系统的堵塞情况。

（2）可模拟不同工程地质，海底隧道的防排水系统堵塞性的变化规律和影响因素。

（3）可模拟各种支护材料和防水材料，海底隧道的防排水系统的堵塞情况。

（4）可模拟不同海水成分和流速的情况下，海底隧道的防排水系统堵塞性的变化规律和影响因素。