專利名稱：一種海底隧道防排水系統(tǒng)的堵塞性試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模擬海底隧道的防排水系統(tǒng)實際工作情況的試驗裝置，尤其針對防排水系統(tǒng)在海水、初期支護(hù)及圍巖共同作用下堵塞性的相關(guān)試驗的研究。
背景技術(shù)：
隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在今后的幾十年中，預(yù)計還需要修建數(shù)條海底隧道。海底隧道防排水在設(shè)計、施工方面還未完全成熟，又沒有相關(guān)的統(tǒng)ー規(guī)范作指導(dǎo)，主要按照現(xiàn)有的各種技術(shù)規(guī)范規(guī)程，借鑒成熟的技術(shù)方法來進(jìn)行的，有待作進(jìn)ー步系統(tǒng)、全面的研究。如果采取“以排為主”的原則，會對自然環(huán)境造成破壞，對于海底隧道來說將會増加后期運(yùn)營費(fèi)用，而采用全封堵方式時襯砌長期承受高水壓則極易引發(fā)滲漏， 因此在地質(zhì)條件好的圍巖地段目前很多隧道都提出了“以堵為主，限量排放”的設(shè)計原則。隧道防排水設(shè)計的成功與否也是含有承壓地下水隧道成敗的關(guān)鍵因素。海底隧道中排出的海水與一般山嶺隧道地下水有著完全不同的性質(zhì)，海水中含有大量Ca2+，Mg2+OF, CO廣，SO42-, Fe2_等，在一定的溫度環(huán)境條件下，各種離子間相互發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生大量的沉積物質(zhì)(碳酸鈣，碳酸鎂，氫氧化鎂等)，再加上圍巖顆粒等沉積物，這些沉積物會沉積在排水系統(tǒng)的管道里，從而影響到排水系統(tǒng)的排水能力，也可能經(jīng)過若干年后排水系統(tǒng)會被完全堵塞，這樣將會在二次襯砌上產(chǎn)生很大的水壓カ。目前，在已修建的海底隧道工程中，已經(jīng)出現(xiàn)了許多防排水設(shè)施堵塞的問題。由于海水的侵蝕性，排水管路中極易出現(xiàn)妨礙排水的鱗片狀物質(zhì)，這些物質(zhì)主要是碳酸鈣、硫酸鈣和硅酸等，海水對混凝土具有強(qiáng)結(jié)晶分解復(fù)合類腐蝕性及中等結(jié)晶類腐蝕性，如混凝土外加劑選擇不當(dāng)失效，或噴射混凝土中水泥發(fā)生堿骨料反應(yīng)，形成沉淀導(dǎo)致排水系統(tǒng)堵塞。在具有恒定高水頭的海底修建隧道，防排水系統(tǒng)的可靠性已經(jīng)成為海底隧道能否順利修筑的關(guān)鍵，也成為控制運(yùn)營費(fèi)用的主要內(nèi)容。針對海底隧道的防排水系統(tǒng)堵塞性問題來進(jìn)行系統(tǒng)的研究，就具有突出的工程價值。但是，從研究現(xiàn)狀來看，對這方面的實驗研究還是一片空白，更沒有ー種能夠模擬實際海底隧道排水系統(tǒng)的堵塞規(guī)律的試驗裝置，這極大的限制了海底隧道防排水技術(shù)的發(fā)展，増加了隧道運(yùn)營的危險性，并可能造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和人身傷亡。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述背景技術(shù)中不足之處，提供一種真實的模擬防排水系統(tǒng)在海水、初期支護(hù)及圍巖共同作用下的堵塞性變化規(guī)律的試驗裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案ー種海底隧道防排水系統(tǒng)的堵塞性試驗裝置，該試驗裝置包括集水箱、隧道地層結(jié)構(gòu)模型、鋼筋隧道模型。所述的隧道地層結(jié)構(gòu)模型包括密閉有機(jī)玻璃容器、玻璃容器蓋、控制閥、隧道初期支護(hù)和隧道的上覆土層結(jié)構(gòu)；隧道初期支護(hù)和隧道的上覆土層結(jié)構(gòu)依次放置在密閉有機(jī)玻璃容器內(nèi)，控制閥連接在玻璃容器蓋上；玻璃容器蓋與密閉有機(jī)玻璃容器上端ロ的法蘭邊密閉連接；密閉有機(jī)玻璃容器的底面上設(shè)第一出水管、第二出水管、第三出水管，并在三個出水管上分別設(shè)置第一閥門、第二閥門、第三閥門。所述的鋼筋隧道模型與實際隧道的尺寸幾何相似，包括第一環(huán)向盲管、第二環(huán)向
盲管、第三環(huán)向盲管、第一縱向盲管、第二縱向盲管、第一排水管、第二排水管、第三排水管、第四排水管。第一環(huán)向盲管、第二環(huán)向盲管、第三環(huán)向盲管等距環(huán)繞在鋼筋隧道模型上半部上，并通過三通與平行于隧道縱向的第一縱向盲管、第二縱向盲管相連接；第一縱向盲管、第二縱向盲管通過三通與第一排水管、第二排水管、第三排水管、第四排水管連接。第一出水管及其上的第一閥門通過三通與第一環(huán)向盲管連接，第二出水管及其上 的第二閥門通過三通與第二環(huán)向盲管連通，第三出水管及其上的第三閥門通過三通與第三環(huán)向盲管連通。集水箱的出水管通過軟管和控制閥與隧道地層結(jié)構(gòu)模型的內(nèi)腔連通。鋼筋隧道模型放置于隧道排水槽中。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果如下(I)按幾何相似比例，可模擬相當(dāng)高水頭壓カ和地層壓力作用下，隧道防排水系統(tǒng)的堵塞情況。(2)可模擬不同工程地質(zhì)，海底隧道的防排水系統(tǒng)堵塞性的變化規(guī)律和影響因素。(3)可模擬各種支護(hù)材料和防水材料，海底隧道的防排水系統(tǒng)的堵塞情況。(4)可模擬不同海水成分和流速的情況下，海底隧道的防排水系統(tǒng)堵塞性的變化規(guī)律和影響因素。因此，本發(fā)明主要解決了隧道防排水系統(tǒng)工作過程的問題，實現(xiàn)了恒定水頭壓カ的模擬，實現(xiàn)了對實際隧道結(jié)構(gòu)排水過程的模擬，對于進(jìn)ー步改善海底隧道的防排水技術(shù)具有重大的意義。


圖I是海底隧道防排水系統(tǒng)的堵塞性試驗裝置的示意圖；圖2是鋼筋隧道模型示意圖。圖3是圖I中的A處放大圖。圖4是圖I中的B處放大圖。圖5是圖2中的D處放大圖。圖6是隧道地層結(jié)構(gòu)模型。圖中集水箱1，隧道地層結(jié)構(gòu)模型2，鋼筋隧道模型3，集水箱的出水管4，軟管5，控制閥6，玻璃容器蓋7，密閉有機(jī)玻璃容器8，第一出水管9，第二出水管10，第三出水管11，第一環(huán)向盲管12，第二環(huán)向盲管13，第三環(huán)向盲管14，第一縱向盲管15，第二縱向盲管16，隧道排水槽17，隧道初期支護(hù)18，全風(fēng)化花崗巖土層19，殘積粘土土層20，第一排水管21、第二排水管22、第三排水管23、第四排水管24、第一閥門25、第二閥門26、第三閥門27。
具體實施例方式結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)ー步說明ー種海底隧道防排水系統(tǒng)的堵塞性試驗裝置，如圖1、2、6所示，該試驗裝置包括集水箱I、隧道地層結(jié)構(gòu)模型2、鋼筋隧道模型3。所述的隧道地層結(jié)構(gòu)模型2包括密閉有機(jī)玻璃容器8、玻璃容器蓋7、控制閥6、隧道初期支護(hù)18和隧道的上覆土層結(jié)構(gòu)；隧道初期支護(hù)18和隧道的上覆土層結(jié)構(gòu)依次放置在密閉有機(jī)玻璃容器8內(nèi)，控制閥6連接在玻璃容器蓋7上；玻璃容器蓋7與密閉有機(jī)玻璃容器8上端ロ的法蘭邊密閉連接；密閉有機(jī)玻璃容器8的底面上設(shè)第一出水管9、第二出水管10、第三出水管11,并在三個出水管上分別設(shè)置第一閥門25、第二閥門26、第三閥門27。
所述的鋼筋隧道模型3與實際隧道的尺寸幾何相似，包括第一環(huán)向盲管12、第二環(huán)向盲管13、第三環(huán)向盲管14、第一縱向盲管15、第二縱向盲管16、第一排水管21、第二排水管22、第三排水管23、第四排水管24。第一環(huán)向盲管12、第二環(huán)向盲管13、第三環(huán)向盲管14等距環(huán)繞在鋼筋隧道模型3上半部上，并通過三通與平行于隧道縱向的第一縱向盲管15、第二縱向盲管16相連接；第一縱向盲管15、第二縱向盲管16通過三通與第一排水管21、第二排水管22、第三排水管23、第四排水管24連接。第一出水管9及其上的第一閥門25通過三通與第一環(huán)向盲管12連接，第二出水管10及其上的第二閥門26通過三通與第二環(huán)向盲管13連通，第三出水管11及其上的第三閥門27通過三通與第三環(huán)向盲管14連通。集水箱I的出水管4通過軟管5和控制閥6與隧道地層結(jié)構(gòu)模型的內(nèi)腔連通。鋼筋隧道模型3放置于隧道排水槽17中。所述的隧道的上覆土層結(jié)構(gòu)，如廈門翔安海底隧道的上覆土層結(jié)構(gòu)為全風(fēng)化花崗巖土層19和殘積粘土土層20隧道的上覆土層結(jié)構(gòu)；所述的隧道初期支護(hù)18為噴射混凝土。本發(fā)明中通過三通實現(xiàn)管路之間的連接，如圖5，其目的是便于拆卸。所述的集水箱I長、寬、高分別為90cm、50cm、50cm的無蓋有機(jī)玻璃箱，其底面距隧道地層結(jié)構(gòu)模型2的上表面為4米。密閉有機(jī)玻璃容器8的容積為50cm的立方；密閉有機(jī)玻璃容器8內(nèi)放置隧道初期支護(hù)18和隧道的上土層結(jié)構(gòu)，如廈門翔安海底隧道上覆土層結(jié)構(gòu)為全風(fēng)化花崗巖土層19、殘積粘土土層20。鋼筋隧道模型3與廈門翔安海底隧道的比例I :38。實驗過程集水箱I中注入廈門翔安處的海水，并保持其水位不變。打開控制閥6，使海水通過集水箱的出水管4和軟管5流入隧道地層結(jié)構(gòu)模型2，即密閉有機(jī)玻璃容器8中，并保持玻璃容器蓋7下面與隧道的上土層結(jié)構(gòu)的上表面之間的海水充滿后，打開第一閥門25、第ニ閥門26、第三閥門27。海水從隧道地層結(jié)構(gòu)模型2滲透出來，并經(jīng)由第一出水管9、第二出水管10、第三出水管11，流入第一縱向盲管15、第二縱向盲管16，再經(jīng)第一縱向盲管15，第二縱向盲管16，經(jīng)由第一排水管21、第二排水管22、第三排水管23、第四排水管24排入隧道排水槽17。經(jīng)過兩周試驗后，拆下第一環(huán)向盲管12、第二環(huán)向盲管13、第三環(huán)向盲管14、第一縱向盲管15、第二縱向盲管16 ;拆下第一排水管21、第二排水管22、第三排水管23、第四排水管24。均用臺秤稱其質(zhì)量，與試驗前的進(jìn)行比較其質(zhì)量變化，發(fā)現(xiàn)各個盲管的流量要比排水管的大，不易于沉積，但盲管沉積物質(zhì)量都大于排水管沉積物質(zhì)量，分析原因主要是盲管最先接觸到海水，首先對海水起到了過濾作用，海水中最易沉積的離子及懸浮物最先沉積在盲管側(cè)壁上，而流到排水管的海水已經(jīng)經(jīng)過盲管的過濾，因此盲管沉積物質(zhì)量要比排水管沉積質(zhì)量大，盲管更易堵塞。測定排水管所排出的水中所含各種主要離子及物質(zhì)的含量，其試驗的結(jié)果與試驗之前的海水相比，有很多一部分離子減少了，減少的離子可能是經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后形成物質(zhì)而 沉積在排水管里，對排水管有一定的堵塞情況，且只有碳酸根這ー項，在支護(hù)水的化學(xué)檢測中是沒有的，這個過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生了碳酸鈣。通過對隧道排水槽17中的海水的化學(xué)試驗結(jié)果分析，試驗所用的海水確實具有結(jié)垢傾向，這樣也驗證了沉積物中有化學(xué)結(jié)垢物。從對海水的化學(xué)試驗數(shù)據(jù)分析來看，結(jié)垢傾向很大，易引起排水系統(tǒng)的堵塞。使用本發(fā)明通過對廈門翔安海底隧道的模擬，完全達(dá)到了真實反映隧道排水系統(tǒng)的堵塞性隨時間増加的變化規(guī)律，達(dá)到了試驗裝置的設(shè)計目的，說明了本發(fā)明的可行性。
權(quán)利要求
1.ー種海底隧道防排水系統(tǒng)的堵塞性試驗裝置，其特征在于該試驗裝置包括集水箱(I)、隧道地層結(jié)構(gòu)模型(2)、鋼筋隧道模型(3)； 所述的隧道地層結(jié)構(gòu)模型(2)包括密閉有機(jī)玻璃容器(8)、玻璃容器蓋(7)、控制閥(6)、隧道初期支護(hù)(18)和隧道的上覆土層結(jié)構(gòu)；隧道初期支護(hù)(18)和隧道的上覆土層結(jié)構(gòu)依次放置在密閉有機(jī)玻璃容器(8)內(nèi)，控制閥(6)連接在玻璃容器蓋(7)上；玻璃容器蓋(7 )與密閉有機(jī)玻璃容器(8 )上端ロ的法蘭邊密閉連接；密閉有機(jī)玻璃容器(8 )的底面上設(shè)第一出水管(9)、第二出水管(10)、第三出水管(11)，并在三個出水管上分別設(shè)置第一閥門(25)、第二閥門(26)、第三閥門(27)； 集水箱(I)的出水管(4)通過軟管(5)和控制閥(6)與隧道地層結(jié)構(gòu)模型(2)的內(nèi)腔連通； 所述的鋼筋隧道模型(3)與實際隧道的尺寸幾何相似，包括第一環(huán)向盲管(12)、第二環(huán)向盲管(13)、第三環(huán)向盲管(14)、第一縱向盲管(15)、第二縱向盲管(16)、第一排水管 21、第二排水管22、第三排水管23、第四排水管24 ； 第一環(huán)向盲管(12)、第二環(huán)向盲管(13)、第三環(huán)向盲管(14)等距環(huán)繞在鋼筋隧道模型(3)上半部上，并通過三通與平行于隧道縱向的第一縱向盲管(15)、第二縱向盲管(16)相連接；第一縱向盲管(15)、第二縱向盲管(16)通過三通與第一排水管21、第二排水管22、第三排水管23、第四排水管24連接； 第一出水管(9)及其上的第一閥門(25)通過三通與第一環(huán)向盲管(12)連接，第二出水管(10)及其上的第二閥門(26)通過三通與第二環(huán)向盲管(13)連通，第三出水管(11)及其上的第三閥門(27)通過三通與第三環(huán)向盲管(14)連通； 鋼筋隧道模型(3)放置于隧道排水槽(17)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種海底隧道防排水系統(tǒng)的堵塞性試驗裝置，其特征在于所述的隧道的上覆土層結(jié)構(gòu)包括全風(fēng)化花崗巖土層19和殘積粘土土層20隧道的上覆土層結(jié)構(gòu)；所述的隧道初期支護(hù)(18)為噴射混凝土。
全文摘要
一種海底隧道防排水系統(tǒng)的堵塞性試驗裝置，提供一種真實的模擬防排水系統(tǒng)在海水、初期支護(hù)及圍巖作用下堵塞性變化規(guī)律的試驗裝置。該裝置包括集水箱(1)、隧道地層結(jié)構(gòu)模型(2)、鋼筋隧道模型(3)。集水箱的出水管(4)通過軟管(5)和控制閥(6)與隧道地層結(jié)構(gòu)模型(2)的內(nèi)腔連通；第一至三出水管(9、10、11)經(jīng)第一至第三閥門(25、26、27)與第一至第三環(huán)向盲管(12、13、14)均連通；鋼筋隧道模型放置于隧道排水槽(17)中；隧道上覆土層與初支放置在密閉有機(jī)玻璃容器(8)內(nèi)；第一、二縱向盲管(15、16)通過三通與第一至四排水管(21、22、23、24)連接；實現(xiàn)了海水滲流過程的模擬，改善海底隧道的防排水具有重大的意義。
文檔編號G01M99/00GK102854028SQ20121018517
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月6日
發(fā)明者譚忠盛, 洪開榮, 王秀英, 李治國, 于清浩, 楊立新, 鄒翀, 孟德鑫, 馬永昌 申請人:北京交通大學(xué)