[發明專利]一種高地溫圍巖隧道結構模擬試驗裝置

在審

• 申請號: 202010870438.0
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN111983193A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 晏啟祥;孫明輝;何川;李國良
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 李林合

本發明公開了一種高地溫圍巖隧道結構模擬試驗裝置，屬于隧道工程技術領域。一種高地溫圍巖隧道結構模擬試驗裝置，包括：地層模擬系統、隧道結構模擬系統、高地溫模擬系統以及數據采集系統；地層模擬系統與隧道結構模擬系統之間設有圍巖模擬層，高地溫模擬系統向地層模擬系統提供熱量，熱量經過圍巖模擬層傳遞給隧道結構模擬系統，數據采集系統用于采集圍巖模擬層和隧道結構模擬系統中的熱量數據。本發明可以模擬高地溫地層和高地溫隧道，從而可以對高地溫隧道進行圍巖熱力學特性及熱量傳遞試驗，同時通過沙浴加熱方式對圍巖模擬層進行均勻穩定加熱，保證圍巖溫度場嚴格滿足軸對稱條件，提高試驗的精確度和科學性。

技術領域

本發明涉及隧道工程技術領域，具體涉及一種高地溫圍巖隧道結構模擬試驗裝置。

背景技術

西部地區海拔較高，高溫水熱活動帶豐富，地熱異常區也比較多，隨著西部交通工程基礎設施建設的發展尤其是川藏鐵路的建設，穿越高地溫地區的隧道工程必將大量涌現。

高地溫對隧道工程建設的不利影響主要表現在以下幾個方面：(1)影響混凝土力學性能。高溫使混凝土早期強度得到提升，但是會導致內部結構不密實，造成襯砌結構力學性能降低，且圍巖與隧道運營空間的溫度差也會加劇襯砌結構劣化，危害襯砌結構長期使用安全。(2)影響襯砌結構和圍巖的黏結。由于存在溫差，初支噴射混凝土與二襯接觸部位會產生較大的溫度應力，破壞初支和圍巖的黏結。施作二襯時，初支混凝土已經吸收了圍巖傳來的溫度，同樣對初支和二襯的黏結造成影響。(3)影響施工人員健康。氣溫高會導致施工人員流汗量增加，甚至會導致中暑、脫水等情況發生。這對施工人員的身體健康，工作狀態及其不利。(4)影響施工機械性能。高溫環境造成施工機械散熱不理想，影響施工機械的使用性能和壽命。嚴重時會超過機械的極限溫度，損壞機械。

高地溫環境對隧道施工和運營都會帶來極大的不利影響，很可能導致隧道結構破壞，造成生命和財產損失。因此，對高地溫環境下修建隧道的基礎課題，如：地下水運動攜熱和圍巖傳熱特性、隧道隔熱層型式與參數優化、地下水對隧道隔熱的影響，高地溫隧道通風優化等開展系統研究具有十分重大的現實意義與應用價值，這就要求研制一種結構簡單，且能同時模擬高地溫隧道水熱環境的試驗裝置。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高地溫圍巖隧道結構模擬試驗裝置，以模擬高地溫環境來對高地溫隧道進行系統實驗和研究。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

一種高地溫圍巖隧道結構模擬試驗裝置，包括：地層模擬系統、隧道結構模擬系統、高地溫模擬系統以及數據采集系統；

地層模擬系統包括地溫產生筒、以及分別設置在地溫產生筒底端和頂端的隔熱底座和隔熱頂蓋；地溫產生筒設有隔熱外層和導熱內層，隔熱外層和導熱內層之間設有填充層；

隧道結構模擬系統放置在地溫產生筒內，并且隧道結構模擬系統與導熱內層之間設有圍巖模擬層；

高地溫模擬系統包括電源以及與電源電連接的電阻絲格柵，電阻絲格柵埋設在填充層中；

數據采集系統分別與圍巖模擬層以及隧道結構模擬系統連接。

本發明通過電阻絲格柵產生熱量，熱量依次從填充層(由細沙或其它顆粒型材質填充而成)、導熱內層傳遞至圍巖模擬層，用以模擬高地溫地層，熱量從圍巖模擬層傳遞至隧道結構模擬系統中，用以模擬高地溫隧道，從而可以對高地溫隧道進行圍巖熱力學特性及熱量傳遞試驗，填充層中的電阻絲格柵通過沙浴的方式對圍巖模擬層進行加熱，保證圍巖溫度場嚴格滿足軸對稱條件，提高試驗的精確度和科學性。

進一步地，上述隧道結構模擬系統包括從外到內依次設置的初期支護和二次襯砌；隧道結構模擬系統還包括隔熱層，隔熱層設置在初期支護與二次襯砌之間或者設置在二次襯砌的內側。