[发明专利]施工及运营期隧道渗流场模型试验系统及其试验方法

权利要求书

1.一种施工及运营期隧道渗流场模型试验系统，包括渗流模型箱的箱体(1)和采集水压和渗流量的数据采集装置，所述箱体(1)顶部设有压力表(2)，箱体(1)侧壁底部设有排水的溢流孔(5)，其特征在于：

所述的箱体(1)的侧壁顶端设有模型箱上进水孔(12)，侧壁底端设有模型箱下进水孔(13)；箱体(1)相对的两侧壁上开有隧道孔；

固定钢筋笼(6)的两端焊接固定于隧道孔的孔缘内壁上，外钢筋笼(7)及外钢筋笼(7)内的内钢筋笼(8)两端对准隧道孔，且内钢筋笼(8)的两端通过法兰盘(3)的内圈螺栓(3a)与法兰盘(3)连接，法兰盘(3)的外圈螺栓(3b)螺纹固定于箱体(1)的隧道孔的孔缘外壁上，外钢筋笼(7)的两端卡合于法兰盘(3)内表面的卡槽上；法兰盘(3)上设有可盖住法兰盘(3)内孔的盖板(4)；

固定钢筋笼(6)、内钢筋笼(8)、外钢筋笼(7)的端面、隧道孔和法兰盘(3)的内孔的形状均为马蹄形；

固定钢筋笼(6)外包裹有由细钢丝网和无纺布混合而成的隔土层(9)；

在外钢筋笼(7)和内钢筋笼(8)之间螺纹连接有施工期隔土板(10)；在内钢筋笼(8)的内表面上螺纹固定有掌子面挡水板(11)；且施工期隔土板(10)与掌子面挡水板(11)位于同一垂向截面上。

2.根据权利要求1所述的一种施工及运营期隧道渗流场模型试验系统，其特征在于：所述的模型箱上进水孔(12)或模型箱下进水孔(13)与移动式水箱装置相连，所述移动水箱装置的具体结构是：移动式水箱(14)置于升降式水箱架(15)的升降台上、移动式水箱(14)的进水口(14a)通过软管与设置于升降台下方的固定式水箱(16)内部的潜水泵(17)连接，移动式水箱(14)底部的出水口(14b)通过软管与模型箱上进水孔(12)或模型箱下进水孔(13)相连。

3.一种用权利要求2所述的施工及运营期隧道渗流场模型试验系统模拟施工期隧道渗流场的试验方法，其步骤如下：

A.将模拟围岩的岩土体按设定的压实度分层铺设、填充入渗流模型箱的箱体(1)中；并在岩土层中预埋水压力计；

B.在外钢筋笼(7)和内钢筋笼(8)之间的施工期隔土板(10)的右侧填充模拟围岩的岩土体，在施工期隔土板(10)的左侧填充模拟注浆加固区岩体的加固岩土层，在加固岩土层中预埋水压力计；将土工布贴合于掌子面挡水板(11)左侧的内钢筋笼(8)内壁上，以模拟隧道的衬砌；

C.在内钢筋笼(8)内的掌子面挡水板(11)右侧填满模拟围岩的岩土体，盖上右侧的法兰盘的盖板(4)；

D.将移动式水箱(14)底部的出水口(14b)与模型箱上进水孔(12)或模型箱下进水孔(13)相连，并将移动式水箱(14)调节至设定的高度；

E.采集内钢筋笼(8)和外钢筋笼(7)之间的岩土体的水压，箱体(1)内铺设的岩土体的水压和未盖上盖板(4)的法兰盘(3)处流出的水量；结束试验，即模拟得出特定围岩、注浆加固条件下的隧道施工期的渗流场分布及隧道在掌子面挡水情况下的涌水量；

F.拆除内钢筋笼(8)内的掌子面挡水板(11)，重新采集内钢筋笼(8)和外钢筋笼(7)之间的岩土体的水压，箱体(1)内铺设的岩土体的水压和未盖上盖板(4)的法兰盘(3)处流出的水量；结束试验，即模拟得出特定围岩、注浆加固条件下的隧道施工期的渗流场分布及总涌水量。

4.一种用权利要求2所述的施工及运营期隧道渗流场模型试验系统模拟运营期隧道渗流场的试验方法，其步骤如下：

A.拆除外钢筋笼(7)和内钢筋笼(8)之间的施工期隔土板(10)和内钢筋笼(8)内的掌子面挡水板(11)；

B.将模拟围岩的岩土体按不同压实度分层铺设、填充入渗流模型箱的箱体(1)中；并在岩土体中预埋水压力计；

C.在外钢筋笼(7)和内钢筋笼(8)之间填充模拟注浆加固区岩体的加固岩土层，并在加固岩土层中预埋水压力计；将土工布贴合于内钢筋笼(8)内壁上，以模拟隧道的衬砌；在内钢筋笼(8)内置入端面呈马蹄形的管状预制混凝土二衬；

D.将移动式水箱(14)底部的出水口(14b)与模型箱上进水孔(12)或模型箱下进水孔(13)相连，并将移动式水箱(14)调节至设定的高度；

E.采集内钢筋笼(8)和外钢筋笼(7)之间的岩土体的水压，箱体(1)内铺设的岩土体的水压和法兰盘(3)处流出的水量；结束试验，即模拟得出特定围岩、注浆加固条件下的隧道运营期的渗流场分布及排水量。