隧道突水對地下水環(huán)境影響監(jiān)測模型試驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種地下水環(huán)境監(jiān)測模型試驗裝置，具體涉及一種通過電阻率CT方法監(jiān)測隧道突水對地下水環(huán)境影響的模型裝置，屬于模型試驗技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，在交通、水電等領(lǐng)域修建的隧道工程越來越多，面臨的地質(zhì)條件也越發(fā)復(fù)雜，在隧道開挖施工過程中，容易出現(xiàn)無法預(yù)料的工程地質(zhì)災(zāi)害，如突水、突泥、坍塌等。我國是隧道等地下工程突水災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一，突水突泥災(zāi)害不僅會在各類隧道等地下工程中造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，還會帶來嚴(yán)重得環(huán)境破壞。當(dāng)?shù)叵滤魇Ш?，水位下降，在隧道掌子面上方，地表往往會出現(xiàn)塌陷或小的塌坑，同時伴隨地表水的流失，出現(xiàn)小河斷流、水井干涸等等。如何在隧道等地下工程施工過程中，減少突水帶來的環(huán)境破壞和經(jīng)濟(jì)損失，是隧道施工中必須面對的難題。目前，國內(nèi)外在應(yīng)對突水狀況的問題上，普遍將研宄重點放在如何快速堵水，保證隧道內(nèi)施工人員的安全及減小設(shè)備財產(chǎn)損失方面。而對突水造成的地下水環(huán)境惡化方面，沒有足夠的研宄，更加沒有行之有效的監(jiān)測方法，這仍然是國內(nèi)外隧道等地下工程領(lǐng)域亟待解決的重大問題。事實證明，我們需要在整個施工過程中，對地下水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測。工程實際監(jiān)測無疑是最客觀且直接的研宄方法，但由于事先并不知道含水構(gòu)造的位置和規(guī)模，且容易受到實際探測目標(biāo)體多解性的干擾，難以獲得理想的試驗效果。數(shù)值模擬方法是一種從實際研宄對象抽象出數(shù)值模型進(jìn)行研宄的方法，但其并不適用于監(jiān)測試驗研宄。模型試驗是指在實驗室條件下，用不同比例尺的模型對實際工況進(jìn)行研宄的重要科學(xué)方法，其優(yōu)勢在于可再現(xiàn)原型的各種現(xiàn)象與過程，可人為控制試驗參量，試驗條件設(shè)定靈活。為了能夠更好的了解地下工程突水對地下水環(huán)境的影響，需要開展一系列的物理模型試驗，而一個好的物理模型實驗裝置往往能起到事半功倍的效果。物理模型實驗裝置是完成隧道突水對地下水環(huán)境影響監(jiān)測試驗的關(guān)鍵，其設(shè)計搭建是試驗進(jìn)行的核心內(nèi)容，在前人沒有進(jìn)行過類似試驗的前提下，開發(fā)一個可以實現(xiàn)地下水環(huán)境監(jiān)測的物理模型，對隧道等地下工程的進(jìn)步具有重要的價值。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]針對上述問題，提出了隧道突水對地下水環(huán)境影響的模型試驗，利用電阻率跨孔CT探測方法對隧道突水過程和封堵過程中地下水水位的變化進(jìn)行監(jiān)測成像，采用電阻率跨孔CT時間推移反演方法處理數(shù)據(jù)。針對監(jiān)測試驗的技術(shù)指標(biāo)，模擬實際的隧道開挖環(huán)境，本實用新型提出了一種模擬隧道開挖發(fā)生突水災(zāi)害前中后期地下水環(huán)境變化的模型試驗
目.0
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0005]隧道突水對地下水環(huán)境影響監(jiān)測模型試驗裝置，包括一個地下水試驗整體模型架，在所述的地下水試驗整體模型架內(nèi)設(shè)有一個地下水通道，所述的地下水通道的入口端連接安裝在整體模型架頂部的試驗水箱，出口端連接隧道模型，在所述的地下水通道的上平面上鋪設(shè)有一層細(xì)石子；所述的地下水試驗整體模型架的側(cè)壁上安裝有一個與地下水通道相連通的地下水位監(jiān)測裝置；在所述的地下水試驗整體模型架內(nèi)設(shè)有一個垂直穿過地下水通道的CT探測裝置；所述的試驗整體模型架是防腐木材料，同時在其內(nèi)側(cè)刷兩層絕緣漆，包裹防水布，組成防滲水組合；在隧道口外安置一個水槽，用來蓄存因突水而流出的地下水，并通過水泵抽回水箱，循環(huán)使用。
[0006]所述的地下水通道包括一條長3.6m，直徑40cm，由三層土工布制作而成的單側(cè)開口的圓布筒，在所述圓布筒的筒內(nèi)裝填大塊碎石，將整個通道支撐起來，進(jìn)而在圓布筒內(nèi)部形成地下水流通的管道，而土工布用來隔絕水和土層，避免大部分土顆粒進(jìn)入導(dǎo)水通道發(fā)生堵塞。
[0007]所述開挖隧道模型，主要包括一段PVC管，在其一側(cè)充填灰漿進(jìn)行封堵，并將封堵的一側(cè)跟導(dǎo)水通道相連接，通過在PVC管上刻凹槽來固定土工布。
[0008]所述防滲水組合，主要包括整體地下水環(huán)境模型的防腐木架子，在其內(nèi)壁涂兩層絕緣漆，再將防水布貼于四壁，底部是一層灰漿，這套組合基本能夠有效阻止模型內(nèi)水的流失，保證試驗效果。
[0009]所述CT探測裝置，即CT探測裝置，用于探測地下水通道的位置，以及地下水水位的高低；包括一根PVC套管，沿套管軸向打多(探測電極數(shù)目)個小孔，用來安裝銅電極，銅電極的一端帶有凹槽，每根銅棒上的凹槽均綁縛銅芯導(dǎo)線，引出并做好編號，另一端連接到探測電纜上。
[0010]所述地下水環(huán)境監(jiān)測裝置，包括埋在土層中的PVC集水管，顯示地下水水位高度的玻璃量管和連接集水管與量管的閥門，PVC集水管較細(xì)長，在其管壁打滿小細(xì)孔，用透水性較好的防塵布包裹后埋在地下水環(huán)境模型的底部，利用其連通器原理便可以反映地下水的水位。
[0011]在試驗開展之前，先將整個地下水環(huán)境監(jiān)測模型搭建好，具體的導(dǎo)水通道和隧道的數(shù)目及位置根據(jù)試驗需要進(jìn)行排布。試驗進(jìn)行前，先通過地面探測找出導(dǎo)水通道的位置，而后將地下水輸送到導(dǎo)水通道中。當(dāng)?shù)叵滤乃坏竭_(dá)一定高度，隨即在隧道掌子面的不同高度開鑿，模擬因突水而造成的地下水流失。最后進(jìn)行掌子面的封堵，使地下水水位回升，監(jiān)測整個地下水水位的變化過程，具體過程如下:
[0012]一種利用隧道突水對地下水環(huán)境影響的監(jiān)測模型試驗方法，其特征在于:包括以下步驟:
[0013]第一步，確定所研宄地域的水文地質(zhì)情況，地下水通道走向以及隧道跟地下水通道的相對位置，存在的含水構(gòu)造；
[0014]第二步，確定模型材料、地下水通道及隧道模型的尺寸以及土和石子的用量；
[0015]第三步，模型試驗前期的準(zhǔn)備，包括地下水通道和隧道模型的制作，準(zhǔn)備CT探測裝置、準(zhǔn)備水位測量管以及準(zhǔn)備數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備；
[0016]第四步，進(jìn)行模型試驗。
[0017](4-1)在模型架內(nèi)壁刷兩層絕緣漆，晾干后覆蓋一層防水布，同時在模型架底部覆蓋一層1cm厚的灰楽。
[0018](4-2)將試驗土每20cm—層均勻攤鋪在模型架內(nèi)，并用小型夯機(jī)夯實；待試驗土充填至地下水通道、隧道模型或水位集水管底部所在位置后，放置這些裝置，同時埋設(shè)CT探測裝置；在地下水通道鋪設(shè)完畢后，在其上鋪一層1cm厚的細(xì)石子，方便CT探測地下水水位升降，同時在地下水通道兩側(cè)外壁涂一層灰漿，減少通道兩側(cè)滲水；最后再將試驗土覆蓋至模型架頂端。
[0019](4-3)將CT探測裝置的引出線與量測儀器主機(jī)連接；將水箱放置在地下水通道口，在水箱中注滿清水，將水泵的抽水端放置在隧道口的蓄水槽內(nèi)，輸水端則放入水箱內(nèi)。
[0020](4-4)利用CT探測裝置找出地下水通道的確切位置。
[0021](4-5)向地下水通道內(nèi)不斷注水，直到地下水環(huán)境監(jiān)測裝置反映地下水水位已經(jīng)高于隧道模型頂部，并且達(dá)到CT探測剖面上部預(yù)定位置。
[0022](4-6)在隧道模型的灰漿封堵面，即掌子面自上而下三個不同高度的位置開孔，將地下水通道內(nèi)的水位控制在不同的開孔高度，而后進(jìn)行CT探測，獲得CT探測剖面的反演成像。
[0023](4-7)將隧道模型掌子面上的三個開孔自下而上依次進(jìn)行封堵，從而使水位分三個階段回升至原位置，并在三個階段分別進(jìn)行CT探測，獲得CT探測剖面的反演成像。
[0024]本實用新型的有益效果:
[0025]1.本實用新型針對地下水環(huán)境監(jiān)測試驗，提出了一種地下水環(huán)境監(jiān)測模型，其包括地下水通道模型，PVC及灰漿制作的開挖隧道模型，PVC管及銅電極制作的CT探測裝置，地下水環(huán)境監(jiān)測裝置，以及由防水布、絕緣漆及防腐木組成的防滲水組合。這些設(shè)計基本能夠還原隧道開挖遇到突水災(zāi)害后，地下水環(huán)境的變化過程，整個實驗設(shè)計簡單、可靠，試驗現(xiàn)象方便監(jiān)測。
[0026]2.本實用新型提出了一種地下水通道模型，三層土工布可以有效阻隔大部分土顆粒，保證導(dǎo)水通道的暢通，同時在導(dǎo)水通道兩側(cè)的土工布上涂抹灰漿，在導(dǎo)水通道上方鋪設(shè)細(xì)小石子，可以更為真實的模擬地下水下降過程，不會因地下水位的降低而引起大面積的塌陷，而土工布碎石組成的導(dǎo)水通道可以很好的模擬巖石中的縫隙導(dǎo)水的情形，并且其支撐起的導(dǎo)水空間相對穩(wěn)定，更為重要的是它的形狀不受限制，可以根據(jù)需要來設(shè)定導(dǎo)水通道的傾斜和彎曲程度。
[0027]3.本實用新型提出了一種開挖隧道模型，通過灰漿層封堵來模擬開挖掌子面，灰漿封堵的一側(cè)跟導(dǎo)水通道相連，模擬突水時在開挖掌子面的不同高度將灰漿封堵層鑿穿，需要將地下水水位回升時再用錐形塞子進(jìn)行封堵。
[0028]4.本實用新型提出了一種PVC材料與布料的連接方法，通過在PVC管上刻一圈凹槽，將布料包裹在PVC管外壁，再用鐵絲將布料在凹槽處扎緊，這樣可以方便有效得將布料與PVC管連接在一起。
[0029]5.本實用新型提出了一種CT探測裝置，即CT探測裝置，包括PVC套管，銅電極，以及銅芯導(dǎo)線，通過簡單的打孔、安裝、接線，便可制作完成，簡單、實用。
[0030]6.本實用新型提出了一種防腐木、絕緣漆、防水布的防滲水組合，在模型架底部鋪設(shè)一層灰漿，可以有效保持模型內(nèi)水量，防止因滲水導(dǎo)致試驗結(jié)果不準(zhǔn)確。
[0031]7.本實用新型提出了一種地下水環(huán)境監(jiān)測裝置，通過集水管、閥門和量管的組合，形成連通器，從而反映地下水的水位，這種裝置制作簡便，安裝