[发明专利]一种用于非降水暗挖施工的模型试验系统及其试验方法

说明书

本发明公开了一种用于非降水暗挖施工的模型试验系统及其试验方法，所述的试验系统包括高强度刚性试验结构架，高强度钢化玻璃密封箱密贴于刚性试验结构架内；所述的钢化玻璃密封箱两侧山墙分别设有进水口与出水口，进水口设有与压力水箱相连的输水管；钢化玻璃密封箱内部设有横向与纵向的短挡板，且钢化玻璃密封箱前后边墙上设有多扇可打开/关闭的玻璃门；钢化玻璃箱中铺设有流固耦合相似材料，流固耦合相似材料中铺设有通过线路与计算机控制平台相连的传感器。本发明结构简单、强度高、水密性好，能够模拟真实情况下渗流场与应力场，可直接观察止水结构在施工缺陷情况下的突水与土层位移情况。该装置可模拟平面及准三维流固耦合模型试验。

技术领域

本发明属于地铁工程领域，具体涉及一种非降水暗挖施工的模型试验系统及其试验方法。

背景技术

“联合国水事会议”已向全世界发出了严重警告：全球性水危机，已成为继石油危机之后下一个深刻的社会危机。近些年来，随着城市规模的扩大和城市人口的增多，地面交通日益拥挤，城市轨道交通已成为解决城市交通拥挤的有效途径。大规模的城市轨道交通建设，必然导致大范围的降水。北京是一个特大型缺水城市，地下水多年超采，已经形成了约1000平方公里漏斗区，并且随着社会的发展，水的缺口压力越来越大。

在如此强劲的环境要求下，对于地铁建设，遇水必降的传统做法一去不复返，而非降水施工应运而生。非降水施工的做法为：在隧道或地铁车站施工范围外围施作一圈止水结构，如若地下含水层较厚，还需施作封底止水结构，以便将施工区域的地下水与外源地下水隔绝。通过此工法，即可实现非降水施工，尽可能的保护地下水资源，但随之带来的便是暗挖施工的风险问题，止水结构背后水压以及止水结构的止水效果给暗挖工程带来了不确定的风险隐患。

综上所述，非降水施工的模型试验已迫在眉睫，但现有的模型试验系统模拟的仍是模型箱全范围内的流固耦合，还未能实现止水结构一侧排水，另一侧任意施加水压的功能，并且现有的模型箱还未能方便的任意调整开挖洞径的大小。

发明内容

本发明为克服上述现有技术的不足而提出，其目的是提供一种用于非降水暗挖施工的模型试验系统及其试验方法。

本发明的技术方案是：

一种用于非降水暗挖施工的模型试验系统，包括高强度刚性试验结构架，高强度钢化玻璃密封箱密贴于刚性试验结构架内；所述的钢化玻璃密封箱两侧山墙分别设有进水口与出水口，进水口设有与压力水箱相连的输水管；钢化玻璃密封箱内部设有横向与纵向的短挡板，且钢化玻璃密封箱前后边墙上设有多扇可打开 /关闭的玻璃门；钢化玻璃箱中铺设有流固耦合相似材料，流固耦合相似材料中铺设有通过线路与计算机控制平台相连的传感器。

所述的高强度刚性试验结构架由底座，角柱以及连接梁构成。

所述的高强度钢化玻璃密封箱密贴于刚性试验结构架内，并由前后边墙、两侧山墙、底板和顶盖连接组成；在钢化玻璃密封箱一侧山墙设置有进水口，另一侧山墙设置有出水口，且在前后边墙上设有多扇可打开/关闭的玻璃门；钢化玻璃密封箱内部设置有横向和纵向的短挡板。

所述的压力水箱内设置有水压加载装置，水压加载装置与橡胶输水管相连，同时压力箱上设置有压力读数表。

一种用于非降水暗挖施工的模型试验系统及其试验方法，包括以下步骤：

(i)试验台架的组装，将高强度钢化玻璃密封箱密贴安装在高强度刚性试验结构内部；

(ii)将流固耦合相似材料与止水相似材料根据实际施工情况铺设于高强度钢化玻璃箱中，夯实，并埋设相应的传感器，连接到计算机控制平台；止水相似材料铺设时应设置在横向短挡板两侧，止水相似材料将两侧的流固耦合相似材料隔绝开；满足预先设计厚度之后，利用进水口向模型箱内注水，待水位到达设计高度后，利用顶盖将钢化玻璃箱密封，并采用橡胶输水管通过压力水箱向铺设流固耦合相似材料的高强度钢化玻璃箱中加压，达到预定的水压力后，打开出水口，并进行流固耦合试验。