[發(fā)明專(zhuān)利]一種巖溶隧道巖盤(pán)安全厚度測(cè)定模型及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510575487.0
• 申請(qǐng)日: 2015-09-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105203703B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張軍偉;陳云堯;劉奕辰;周一男;黃瑛淇;姚敏;雷光;羅浩;譚陽(yáng);曾左兵
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N33/00
• 分類(lèi)號(hào): G01N33/00
• 代理公司: 四川力久律師事務(wù)所51221
• 代理人: 熊曉果,林輝輪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及隧道挖掘安全領(lǐng)域，特別涉及一種巖溶隧道巖盤(pán)安全厚度測(cè)定模型及方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度突飛猛進(jìn)，截至2013年底，我國(guó)大陸上已建成隧道有7400余座，其中27%-35%隧道穿越巖溶地層，這些巖溶隧道特點(diǎn)是埋深深、巖溶比較發(fā)育，施工過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生突水事故，在國(guó)內(nèi)外隧道特大事故中，突水事故在死亡人數(shù)和發(fā)生次數(shù)均居于前列，給隧道工程界帶來(lái)的人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失極為慘重，如國(guó)外日本的青函隧道和清水隧道、前蘇聯(lián)北穆隧道、黎巴嫩阿瓦利隧道、法國(guó)仙尼斯峰隧道以及前蘇聯(lián)北穆隧道，國(guó)內(nèi)的華鎣山隧道、圓梁山隧道、武隆隧道、歌樂(lè)山隧道等等。

在隧道挖掘前期，需要探測(cè)待挖掘隧道附近是否有溶腔、溶腔產(chǎn)生的壓力，從而根據(jù)該壓力判斷溶腔能夠影響巖層的厚度，得到準(zhǔn)確的壓力-厚度曲線是解決隧道突水問(wèn)題的重要途徑。

因此，急需一種操作簡(jiǎn)單、組裝靈活方便、記錄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確直觀的用于測(cè)定巖溶隧道巖盤(pán)安全厚度的模型試驗(yàn)裝置，用于預(yù)測(cè)巖溶隧道巖盤(pán)安全厚度，通過(guò)理論模型的建立及預(yù)測(cè)，對(duì)實(shí)際工程提供指導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決這些潛在問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，提供一種巖溶隧道巖盤(pán)安全厚度測(cè)定模型及方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種巖溶隧道巖盤(pán)安全厚度測(cè)定模型，包括：恒壓裝置、測(cè)壓裝置、溶腔隱伏洞模型、巖溶體模型、隧道模型；

所述恒壓裝置通過(guò)第一導(dǎo)水管連接所述測(cè)壓裝置，用于提供恒定的水壓；所述測(cè)壓裝置為一容器，且所述測(cè)壓裝置通過(guò)第二導(dǎo)水管連接所述溶腔隱伏洞模型；

所述溶腔隱伏洞模型位于所述巖溶體模型內(nèi)，且為可漲縮腔體結(jié)構(gòu)，所述溶腔隱伏洞模型還連接第三導(dǎo)水管，所述第三導(dǎo)水管伸出所述巖溶體模型外部；

所述巖溶體模型為上部開(kāi)口的透明箱體結(jié)構(gòu)，所述箱體中裝有巖層相似物質(zhì)，用于模擬巖層，所述箱體內(nèi)側(cè)表面設(shè)置有所述隧道模型，用于模擬經(jīng)過(guò)固定的隧道；

所述第一導(dǎo)水管上設(shè)有第一閥門(mén)，所述第二導(dǎo)水管上設(shè)有第二閥門(mén)。

優(yōu)選的，所述恒壓裝置為恒壓泵，用于向所述測(cè)壓裝置提供恒定的壓力，并向所述測(cè)壓裝置注入一定量的水。

優(yōu)選的，所述測(cè)壓裝置為容量瓶。

優(yōu)選的，所述巖溶體模型為鋼化玻璃箱體。

進(jìn)一步地，所述隧道模型包括隧道壁模型、與所述隧道壁模型匹配的掌子面模型；

所述隧道壁模型為半圓柱形槽體，所述隧道壁模型緊貼并固定于所述巖溶體模型側(cè)壁，并與所述巖溶體模型側(cè)壁、所述掌子面結(jié)合形成所述隧道模型。

進(jìn)一步地，所述掌子面模型一端固定有水平拉桿，所述水平拉桿另一端伸出所述巖溶體模型，所述巖溶體模型外表面還有定位所述水平拉桿的定位裝置，拉動(dòng)所述水平拉桿，模擬隧道開(kāi)挖。

優(yōu)選的，所述掌子面模型為半圓形有機(jī)玻璃。

優(yōu)選的，所述隧道壁模型與所述掌子面模型的半徑均為50mm。

本發(fā)明同時(shí)提供一種巖溶隧道巖盤(pán)安全厚度測(cè)定方法，采用本發(fā)明提供的一種巖溶隧道巖盤(pán)安全厚度測(cè)定裝置，包括以下步驟：

測(cè)定準(zhǔn)備步驟：調(diào)整所述掌子面模型使其位于所述隧道壁模型最里端，向所述巖溶體模型內(nèi)分層覆蓋砂層，并將所述溶腔隱伏洞模型置于所述巖溶體模型內(nèi)，設(shè)定所述恒壓裝置的壓力為一預(yù)先設(shè)定值；

模擬挖掘步驟：通過(guò)所述水平拉桿牽引所述掌子面模型從隧道最里端向隧道外端移動(dòng)一段距離，模擬隧道挖掘過(guò)程；

測(cè)量步驟：關(guān)閉所述第二閥門(mén)，打開(kāi)所述第一閥門(mén)，通過(guò)所述恒壓裝置向所述測(cè)壓裝置注入一定體積的水量；待所述恒壓裝置中水量穩(wěn)定后，關(guān)閉所述第一閥門(mén)，打開(kāi)所述第二閥門(mén)，所述測(cè)壓裝置向所述溶腔隱伏洞模型注水；待所述溶腔隱伏洞模型水量穩(wěn)定后，再打開(kāi)所述第一閥門(mén)；

判斷步驟：判斷所述掌子面模型初始位置處的砂層是否恰好松動(dòng)且有沙土流入隧道中，若是，則記錄此時(shí)所述恒壓裝置的壓力值、當(dāng)前溶腔隱伏洞模型與隧道壁之間的最短距離、當(dāng)前溶腔隱伏洞模型與隧道壁之間的位置，若否，則改變所述恒壓裝置的壓力，依次執(zhí)行所述測(cè)量步驟、所述判斷步驟；

后續(xù)測(cè)量步驟：改變所述溶腔隱伏洞裝置的位置，依次執(zhí)行所述測(cè)量步驟、所述判斷步驟，直到得到足夠多的測(cè)量數(shù)據(jù)，并將所述測(cè)量數(shù)據(jù)制成壓力-安全厚度關(guān)系曲線圖。

進(jìn)一步地，還包括數(shù)據(jù)處理步驟：引入實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)，對(duì)所述壓力-安全厚度關(guān)系曲線圖進(jìn)行修正，得到符合實(shí)際要求的修正圖。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果