[发明专利]岩溶隧道涌水试验装置及方法

说明书

本申请涉及建筑施工技术领域，提供了岩溶隧道涌水试验装置及方法，装置包括：岩土涌水模拟装置，包括第一箱体、透水隔板和填充件；透水隔板将第一箱体分隔为岩土模拟腔和供水腔；填充件设置在岩土模拟腔内，模拟围岩；隧道模拟装置，包括管体以及活动挡板；管体用于模拟隧道结构，活动挡板用于模拟掌子面；测试系统，包括相对设置在第一箱体的两侧的X射线发射装置和工业相机，用于扫描和抓拍填充件的三维破坏模式。本发明能够有效的模拟岩溶隧道开挖过程中掌子面涌水的过程，得出岩体的三维破坏模式。试验结果可对实际隧道的施工安全提供有效的理论依据，为岩溶隧道涌水研究提供良好的试验基础。

技术领域

本发明属于建筑施工技术领域，具体涉及岩溶隧道涌水试验装置及方法。

背景技术

随着我国城市地下空间开发需求的增长，修建于岩溶发育区的盾构隧道越来越常见，岩溶地区富水且水压大，溶洞及断层发育，岩溶问题是隧道工程施工期常见的一大工程地质问题。特别是在岩溶发育地区，地下水及地表水的活动对周围岩石产生了长期的溶蚀作用，继而形成地下水活动通道和溶洞。溶洞水会在渗流作用下不断向岩层扩张渗流，同时将岩体内的颗粒冲走，从而减小岩体之间相互的摩擦力，导致岩溶隧道施工期间极易出现涌水灾害问题，涌水灾害会改变地层有效应力导致地表塌陷、地下水污染和人工损失等一系列问题，给隧道施工开挖带来极大的难题。此外，涌水灾害形成机理复杂，力学特性分析困难。因此，岩溶隧道掌子面涌水试验具有工程实际意义。

目前，关于隧道掌子面涌水岩体破坏研究多针对于普通地层隧道，并未考虑岩溶发育地区隧道施工的特殊性。在此背景下，有必要提出一种用于岩溶隧道涌水试验的装置及方法，来有效预测岩溶隧道涌水情况的发生，分析岩溶隧道掌子面破坏机理，从而降低施工期间掌子面涌水事件的发生机率或损失程度。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本发明提出了一种岩溶隧道涌水试验装置及方法，通过岩溶发育条件下盾构隧道掌子面涌水的模拟试验，研究岩溶隧道施工开挖期间在不同岩溶发育情况、地下水位高度等工况下掌子面涌水机理，可准确地得到岩溶隧道掌子面发生涌水灾害土体破坏模式，对岩溶隧道涌水情况进行预测并进行量化分析。

第一方面，本发明提出一种岩溶隧道涌水试验装置，包括：

岩土涌水模拟装置，包括第一箱体、透水隔板和填充件；所述透水隔板设置在所述第一箱体内，将所述第一箱体的箱内空间分隔为岩土模拟腔和供水腔；所述填充件设置在所述岩土模拟腔内，用于模拟包含有岩溶通道或溶洞的围岩；

隧道模拟装置，设置在所述岩土模拟腔内，包括管体以及设置在管体的一端的活动挡板；所述管体用于模拟隧道结构，所述活动挡板用于模拟掌子面；所述填充件包围所述隧道模拟装置；

施工模拟装置，与所述活动挡板连接，用于推动所述活动挡板在所述岩土模拟腔内移动；

加压装置，设置在所述岩土模拟腔的上方，用于向所述填充件施加压力；

测试系统，包括相对设置在所述第一箱体的两侧的X射线发射装置和工业相机，用于扫描和抓拍所述填充件的三维破坏模式。

进一步地，所述活动挡板上开设有透水孔；所述岩土涌水模拟装置还包括供水系统，所述供水系统与所述供水腔连通，用于向所述供水腔内供水，以在所述第一箱体内形成稳定渗流。

进一步地，所述供水系统包括集水箱、集水管、供水管和水泵，所述第一箱体上设置有与所述供水腔连通的进水孔以及与所述管体连通的出水孔，所述集水管连通所述出水孔和所述集水箱，所述供水管连通所述集水箱和所述进水孔，所述供水管上还设置有水泵。

进一步地，所述活动挡板上还开设有测压孔，所述测压孔连接有测压管，所述测压管通过所述管体穿出至所述第一箱体外，所述测压管与设置在所述第一箱体外的数据采集仪连接。

进一步地，所述填充件内还均匀分布有多个土压力盒，所述土压力盒与设置在所述第一箱体外的数据采集仪连接。