[发明专利]一种岩溶隧道岩盘安全厚度测定模型及方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧道挖掘安全领域，特别涉及一种岩溶隧道岩盘安全厚度测定模型及方法。

背景技术

近年来我国交通基础设施建设速度突飞猛进，截至2013年底，我国大陆上已建成隧道有7400余座，其中27%-35%隧道穿越岩溶地层，这些岩溶隧道特点是埋深深、岩溶比较发育，施工过程中经常发生突水事故，在国内外隧道特大事故中，突水事故在死亡人数和发生次数均居于前列，给隧道工程界带来的人身伤亡和经济损失极为惨重，如国外日本的青函隧道和清水隧道、前苏联北穆隧道、黎巴嫩阿瓦利隧道、法国仙尼斯峰隧道以及前苏联北穆隧道，国内的华蓥山隧道、圆梁山隧道、武隆隧道、歌乐山隧道等等。

在隧道挖掘前期，需要探测待挖掘隧道附近是否有溶腔、溶腔产生的压力，从而根据该压力判断溶腔能够影响岩层的厚度，得到准确的压力-厚度曲线是解决隧道突水问题的重要途径。

因此，急需一种操作简单、组装灵活方便、记录数据准确直观的用于测定岩溶隧道岩盘安全厚度的模型试验装置，用于预测岩溶隧道岩盘安全厚度，通过理论模型的建立及预测，对实际工程提供指导。

发明内容

为了解决这些潜在问题，本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种岩溶隧道岩盘安全厚度测定模型及方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种岩溶隧道岩盘安全厚度测定模型，包括：恒压装置、测压装置、溶腔隐伏洞模型、岩溶体模型、隧道模型；

所述恒压装置通过第一导水管连接所述测压装置，用于提供恒定的水压；所述测压装置为一容器，且所述测压装置通过第二导水管连接所述溶腔隐伏洞模型；

所述溶腔隐伏洞模型位于所述岩溶体模型内，且为可涨缩腔体结构，所述溶腔隐伏洞模型还连接第三导水管，所述第三导水管伸出所述岩溶体模型外部；

所述岩溶体模型为上部开口的透明箱体结构，所述箱体中装有岩层相似物质，用于模拟岩层，所述箱体内侧表面设置有所述隧道模型，用于模拟经过固定的隧道；

所述第一导水管上设有第一阀门，所述第二导水管上设有第二阀门。

优选的，所述恒压装置为恒压泵，用于向所述测压装置提供恒定的压力，并向所述测压装置注入一定量的水。

优选的，所述测压装置为容量瓶。

优选的，所述岩溶体模型为钢化玻璃箱体。

进一步地，所述隧道模型包括隧道壁模型、与所述隧道壁模型匹配的掌子面模型；

所述隧道壁模型为半圆柱形槽体，所述隧道壁模型紧贴并固定于所述岩溶体模型侧壁，并与所述岩溶体模型侧壁、所述掌子面结合形成所述隧道模型。

进一步地，所述掌子面模型一端固定有水平拉杆，所述水平拉杆另一端伸出所述岩溶体模型，所述岩溶体模型外表面还有定位所述水平拉杆的定位装置，拉动所述水平拉杆，模拟隧道开挖。

优选的，所述掌子面模型为半圆形有机玻璃。

优选的，所述隧道壁模型与所述掌子面模型的半径均为50mm。

本发明同时提供一种岩溶隧道岩盘安全厚度测定方法，采用本发明提供的一种岩溶隧道岩盘安全厚度测定装置，包括以下步骤：

测定准备步骤：调整所述掌子面模型使其位于所述隧道壁模型最里端，向所述岩溶体模型内分层覆盖砂层，并将所述溶腔隐伏洞模型置于所述岩溶体模型内，设定所述恒压装置的压力为一预先设定值；

模拟挖掘步骤：通过所述水平拉杆牵引所述掌子面模型从隧道最里端向隧道外端移动一段距离，模拟隧道挖掘过程；

测量步骤：关闭所述第二阀门，打开所述第一阀门，通过所述恒压装置向所述测压装置注入一定体积的水量；待所述恒压装置中水量稳定后，关闭所述第一阀门，打开所述第二阀门，所述测压装置向所述溶腔隐伏洞模型注水；待所述溶腔隐伏洞模型水量稳定后，再打开所述第一阀门；

判断步骤：判断所述掌子面模型初始位置处的砂层是否恰好松动且有沙土流入隧道中，若是，则记录此时所述恒压装置的压力值、当前溶腔隐伏洞模型与隧道壁之间的最短距离、当前溶腔隐伏洞模型与隧道壁之间的位置，若否，则改变所述恒压装置的压力，依次执行所述测量步骤、所述判断步骤；

后续测量步骤：改变所述溶腔隐伏洞装置的位置，依次执行所述测量步骤、所述判断步骤，直到得到足够多的测量数据，并将所述测量数据制成压力-安全厚度关系曲线图。

进一步地，还包括数据处理步骤：引入实际测量的数据，对所述压力-安全厚度关系曲线图进行修正，得到符合实际要求的修正图。

与现有技术相比，本发明的有益效果