[发明专利]一种模拟真实火灾作用下隧道衬砌灾变特性测试平台

说明书

本发明公开了一种模拟真实火灾作用下隧道衬砌灾变特性测试平台，包括纵向通风系统、隧道主体、隧道衬砌荷载加载系统、排气净化系统，电化学锈蚀实验装置组成，纵向通风系统包括防虫鼠网、风机和风管格栅，防虫鼠网、风机和风管格栅从左到右依次设置，风管格栅的一端与风机连接，风管格栅的另一端用于接入实验隧道；本发明通过纵向通风系统、隧道主体、隧道衬砌荷载加载系统、排气净化系统，电化学锈蚀实验装置能实现真实火灾、劣化、荷载多重作用下隧道衬砌灾变特性的测试，实验过程中能够实时记录隧道火灾发展过程，获取衬砌内部温度场、衬砌蒸汽压分布、力学行为响应等灾变特性。

技术领域

本发明涉及测试平台科研领域，具体是指一种模拟真实火灾作用下隧道衬砌灾变特性测试平台。

背景技术

目前，我国重大隧道工程的建设和营运规模已跃居世界第一，隧道安全已成为学术界和工程界重点关注的问题。隧道空间狭长受限，火灾热释放速率大、温度高、升温速度快，过去二十年，世界上发生了多起非常严重的隧道火灾事故，造成了重大的人员伤亡和财产损失，隧道也发生了大面积的坍塌和破坏，举世瞩目的勃朗峰隧道火灾、瑞士圣哥达隧道火灾、英法海底隧道火灾等都给人们留下了深刻的印象和教训。目前，火灾高温下衬砌管片热物理特性和结构变化一般是在标准温升条件下进行的，并不能模拟真实隧道火灾热环境；另外，受服役环境条件长期作用，隧道衬砌管片的性能退化、劣化，也会严重影响衬砌管片对热环境的响应特征，因此长期服役隧道衬砌结构已劣化、退化下的火安全问题已成为隧道安全方面的关键科学问题。如天津大学申请的盾构隧道管片衬砌受高温组合荷载作用的加载实验装置申请号：201610777238.4，主要包括基座、n根外压加载分配梁，n*m个液压千斤顶，n*m块承压板和环状电热炉，其中，环状电热炉置于基座上，受试的盾构隧道管环放置在环状电热炉与加载试验装置之间；n根外压加载分配梁均匀锚固在基座上与环状电热炉同心的圆周上，每根外压加载分配梁上沿竖向设置m个液压千斤顶，每个千斤顶另一端设置一块承压板，千斤顶与承压板之间用球铰支座连接，同一水平位置的n块承压板构成环状，且与试验盾构管环外轮廓相同。该实验装置仅能开展标准温升条件下隧道衬砌管片结构变化特性，并不能模拟真实隧道火灾热环境，也无法定量评估劣化后衬砌管片对火灾热环境的响应特性，因此，急需研发一种模拟真实火灾作用下隧道衬砌灾变特性测试平台。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种模拟真实火灾作用下隧道衬砌灾变特性测试平台，包括纵向通风系统、隧道主体、隧道衬砌荷载加载系统、排气净化系统，电化学锈蚀实验装置组成，所述纵向通风系统包括防虫鼠网、风机和风管格栅，所述防虫鼠网、风机和风管格栅从左到右依次设置，所述风管格栅的一端与风机连接，所述风管格栅的另一端用于接入实验隧道；

所述隧道主体分为衬砌荷载加载区和非荷载加载区，所述衬砌荷载加载区采用砖混结构设计，所述非荷载加载区为钢筋混凝土结构；

所述隧道衬砌荷载加载系统设置在衬砌荷载加载区的上方，所述隧道衬砌荷载加载系统包括试验管片、加载系统和测力传感器液压千斤顶，所述加载系统设置在试验管片的上方，所述试验管片的下方设置有燃烧器，所述隧道衬砌荷载加载系统的外侧设置有控制柜；

所述排气净化系统包括集烟罩，所述集烟罩的一端与实验隧道腔室连接，其另一端连接设有烟气净化及排气装置；

所述电化学锈蚀实验装置包括电源模块、控制模块、信号采集装置和管片试验锈蚀槽，所述管片试验锈蚀槽内设有热电偶，所述热电偶设置在试验管片上，所述电源模块用于给控制模块和信号采集装置提供电能，所述控制模块与管片试验锈蚀槽之间电性连接。本发明采用纵向通风系统、隧道主体、隧道衬砌荷载加载系统、排气净化系统，电化学锈蚀实验装置等结构的结合，利用隧道主体可模拟不同条件下真实火灾热环境，利用隧道衬砌荷载加载系统实现衬砌管片荷载加载，利用排气净化系统进行烟气收集和净化排放。

进一步地，所述加载系统采用PID控制技术调控施力机构，可以实现真实火灾条件下对衬砌管片进行荷载加载。