本實用新型屬于隧道排導系統性能測試技術領域,尤其涉及一種測試隧道排導系統滲透系數的大尺度試驗裝置。
背景技術:
對于復合式襯砌隧道的地下水排導系統主要由無紡布、盲管及防水板等組成。其中,無紡布既可以起到保護防水板的作用,又具有排水的功能,其排導能力對降低作用在襯砌上的水壓力尤為關鍵。
考慮到襯砌背后排導系統的實際情況,排導系統中無紡布滲透系數主要應考慮水平滲透系數,其主要影響因素為法向壓力等;法向壓力越大無紡布的滲透系數越小,當大到一定程度時會產生“壓死”現象,使其不再具備排水能力;因此,在排導型隧道中,無紡布的真實滲透系數是襯砌水壓力的一個重要影響因素。
水壓力荷載是作用在高水頭富水區隧道襯砌結構上的重要荷載之一,是隧道結構設計中的一個關鍵參數,襯砌水壓力對隧道的施工安全、建成后的結構可靠度及運營安全具有重要影響。
目前,國內外針對排導系統的排導性能,特別是無紡布的排導特性及與盲溝盲管綜合作用時的襯砌水壓力特征研究鮮有報導,在相關襯砌水壓力的計算中通常采用一個比較隨意的滲透系數或是參考規范取值,脫離實際情況,導致計算結果與實際情況不符;在實際工程中,受其它工程因素的影響也很難直接獲得準確的排導系統的滲透系數,且現有技術沒有專門針對襯砌水壓力的計算的實驗裝置,無法根據實際情況得到相關的參數。
技術實現要素:
為了克服現有技術方法的不足,本實用新型的目的在于提出一種測試隧道排導系統滲透系數的大尺度試驗裝置,能夠根據水下隧道排導系統的工作情況,通過試驗測試得到排導系統的滲透系數。
為實現以上目的,本實用新型采用技術方案是:一種測試隧道排導系統滲透系數的大尺度試驗裝置,包括水壓加載裝置和排導系統,所述排導系統包括襯砌鋼板、防水板、無紡布透水層和進水管;所述襯砌鋼板包括上襯砌鋼板和下襯砌鋼板,所述防水板布置在下襯砌鋼板上,所述無紡布透水層布置在防水板上,所述防水板和無紡布透水層夾設在所述上襯砌鋼板和下襯砌鋼板之間,并用固定件固定上襯砌鋼板和下襯砌鋼板;所述水壓加載裝置的出水口通過管道連接進水管,所述進水管連接至設置在上襯砌鋼板一端的進水孔,在所述上襯砌鋼板的另一端設置出水孔。
進一步的是,在所述下襯砌鋼板和無紡布透水層之間設置有防水板;使試驗過程接近實際工況。
進一步的是,所述防水板上有均勻分布的圓形凸點;用于模擬初支的不平整,以便更接近實際工況。
進一步的是,在所述進水管包括進水主管和進水支管,在所述進水主管的上側設置有連接管道的進水口,在所述進水主管的下側等距設置有多個進水支管,且進水支管分別連接至上襯砌鋼板一端的進水孔;使進入排導系統的水能夠均勻分布。
進一步的是,在每個所述進水支管上分別設置支管閥門和壓力表;能夠根據試驗需求設置進入排導系統水的分布位置和試驗水頭高度參數。
進一步的是,在所述出水孔處設置可調節出口水頭高度的PVC管,所述PVC管可采用伸縮管;試驗過程中,通過調節出水孔PVC管出口高度模擬排導系統中排水口堵塞的情況。
進一步的是,所述固定件縱向固定排導系統,固定件包括上、下兩條分別置于上襯砌鋼板和下襯砌鋼板外側的U型鋼和緊固U型鋼兩端的高強螺栓;在模擬實際隧道襯砌的同時,增強裝置的穩固性。
進一步的是,在所述排導系統四周鋪設橡膠墊圈,且在橡膠墊圈上下涂密封膠;增加系統四周的密封性能,防止滲漏水。
進一步的是,所述水壓加載裝置放置在試驗室附近高處樓頂,所述水壓加載裝置包括上、下邊緣均設有出水口的水箱,上邊緣出水口與房屋排水通道連接,下邊緣出水口通過管道與所述進水管連接;在水箱上部還設置有帶閥門的自來水水管。
利用帶有閥門的自來水水管對水箱進行補水,水箱進水量稍大于試驗裝置的排水量,試驗過程中水箱水位保持恒定,多余的水通過上邊緣出水口排走,模擬高水位富水隧道地下水位的短期不變狀態。
采用本技術方案的有益效果:
本實用新型,能夠根據水下隧道排導系統的工作情況,通過試驗模擬測試,準確地測試得出含有無紡布透水層的隧道排導系統的綜合滲透系數;該試驗裝置具體成本低,操作簡單,與工程尺度相當,模擬效果可靠等特點。
附圖說明
圖1為本實用新型的一種測試隧道排導系統滲透系數的大尺度試驗裝置的結構示意圖;
圖2為本實用新型中排導系統的結構示意圖;
其中,1是水壓加載裝置,2是排導系統;11是水箱,12是上邊緣出水口,13是下邊緣出水口,14是自來水水管;21是襯砌鋼板,22是無紡布透水層,23是進水管,24是防水板,25是固定件,26是橡膠墊圈;211是上襯砌鋼板,212下襯砌鋼板,2111是進水孔,2112是出水孔;231是進水主管,232是進水支管,233是支管閥門,234是壓力表;251是U型鋼,252是高強螺栓。
具體實施方式
為了使實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚,下面結合附圖對本實用新型作進一步闡述。
在本實施例中,參見圖1和圖2所示,一種測試隧道排導系統滲透系數的大尺度試驗裝置,
包括水壓加載裝置1和排導系統2,所述排導系統2包括襯砌鋼板21、防水板24、無紡布透水層22和進水管23;所述襯砌鋼板21包括上襯砌鋼板211和下襯砌鋼板212,所述防水板24和無紡布透水層22夾設在所述上襯砌鋼板(211和下襯砌鋼板212之間,并用固定件25固定上襯砌鋼板211和下襯砌鋼板212;所述水壓加載裝置1的出水口通過管道連接進水管23,所述進水管23連接至設置在上襯砌鋼板211一端的進水孔2111,在所述上襯砌鋼板211的另一端設置出水孔2112。
作為上述實施例的優化方案,在所述下襯砌鋼板212和無紡布透水層22之間設置有防水板24;可以使試驗過程接近實際工況。
其中,所述防水板24上有均勻分布的圓形凸點;用于模擬初支的不平整,以便更接近實際工況。
作為上述實施例的優化方案,在所述進水管23包括進水主管231和進水支管232,在所述進水主管231的上側設置有連接管道的進水口,在所述進水主管231的下側等距設置有多個進水支管232,且進水支管232分別連接至上襯砌鋼板211一端的進水孔2111;使進入排導系統2的水能夠均勻分布。
其中,在每個所述進水支管232上分別設置支管閥門233和壓力表234;能夠根據試驗需求設置進入排導系統2水的分布位置和試驗水頭高度參數。
作為上述實施例的優化方案,在所述出水孔2112處設置調節出口水頭高度的PVC管,所述PVC管可采用伸縮管;試驗過程中,通過調節出水孔2112PVC管出口高度模擬排導系統2中排水口堵塞的情況。
作為上述實施例的優化方案,所述固定件25縱向固定排導系統2,固定件25包括上、下兩條分別置于上襯砌鋼板211和下襯砌鋼板212外側的U型鋼251和緊固U型鋼251兩端的高強螺栓252;在模擬實際隧道襯砌的同時,增強裝置的穩固性。
其中,在所述排導系統2四周鋪設橡膠墊圈26,且在橡膠墊圈26上下涂密封膠;增加系統四周的密封性能,防止滲漏水。
作為上述實施例的優化方案,所述水壓加載裝置1放置在試驗室附近高處樓頂,所述水壓加載裝置1包括上、下邊緣均設有出水口的水箱11,上邊緣出水口12與房屋排水通道連接,下邊緣出水口13通過管道與所述進水管23連接;在水箱11上部還設置有帶閥門的自來水水管14。
利用帶有閥門的自來水水管14對水箱11進行補水,水箱11進水量稍大于試驗裝置的排水量,試驗過程中水箱11水位保持恒定,多余的水通過上邊緣出水口12排走,模擬高水位富水隧道地下水位的短期不變狀態。
為了更好的理解本實用新型,下面對本實用新型的工作原理作一次完整的描述:
試驗裝置的安裝步驟:
在試驗場地布置好支撐架,支撐架上依次鋪設好下襯砌鋼板212、防水板24、無紡布透水層22;在防水板24與無紡布四周留出2-3cm寬度墊橡膠墊圈26,在橡膠墊圈26上下涂密封膠,然后鋪上兩端帶進出水口的上襯砌鋼板211;用高強螺栓252沿模型橫向安裝好固定U型鋼251條,按20-30cm一道,必要時可以在U型鋼251條下墊木塊或橡膠塊,確保試驗時排導系統透水層厚度不發生變化;將上層鋼板進口端進水口與水壓加載部分對接,在出口端安裝好PVC管。
排導系統2滲透系數測試試驗過程:
打開水箱11閥門,利用帶有閥門的自來水水管14對水箱11進行補水,水箱11進水量稍大于試驗裝置的排水量,試驗過程中水箱11水位保持恒定,多余的水通過水箱11上邊緣出水口12排走;
待出水端出水穩定后,開始正式測試,用秒表計時間,用大容量水桶測水量,通過壓力水讀出進水端水頭高度,然后根據穩定水流后流量、兩端水頭高度、過水斷面積及模型長度等參數,計算排導系統2綜合滲透系數,具體計算公式為
通過調整水箱11高度,可以模擬不同高水頭工況。
以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解,本實用新型不受上述實施例的限制,上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理,在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下,本實用新型還會有各種變化和改進,這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內。本實用新型要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。