[發明專利]高寒高海拔地區隧道室內模擬試驗裝置及制作和試驗方法

在審

• 申請號: 202211387383.3
• 申請日: 2022-11-07
• 公開（公告）號: CN115754228A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 劉乃飛;楊銀亮;汪雙杰;陳建兵;金龍;董元宏;彭惠;茹佳琪;張玉偉;劉賡;劉永國;宋戰平;張健;池伽文;夏士豪;高航
• 申請（專利權）人: 中交第一公路勘察設計研究院有限公司;西安建筑科技大學;中鐵建大橋工程局集團第一工程有限公司;中國鐵建大橋工程局集團有限公司
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N1/28;G01D21/02
• 代理公司: 西安研創天下知識產權代理事務所(普通合伙) 61239
• 代理人: 張紅哲

本發明公開了高寒高海拔地區隧道室內模擬試驗裝置及制作和試驗方法，屬于隧道試驗技術領域；所述試驗裝置包括隧道模型與監測系統、環境溫度控制系統，所述試驗裝置還包括交通風控制系統和計算機總控系統，所述隧道模型與監測系統、環境溫度控制系統和交通風控制系統均與所述計算機總控系統通訊連接；所述交通風控制系統包括列車軌道模型和列車模型，所述列車軌道模型貫穿所述隧道模型與監測系統，所述環境溫度控制系統罩設在所述隧道模型與監測系統和交通風控制系統外。本發明的試驗裝置考慮了列車交通風的影響，能夠模擬不同隧道地質條件和不同隧道溫度風力環境下，以及不同斷面隧道在同一擾動下熱力力學響應的區別。

技術領域

本發明涉及隧道試驗技術領域，尤其涉及高寒高海拔地區隧道室內模擬試驗裝置及制作和試驗方法。

背景技術

鑒于高海拔凍土區廣泛存在于我國西部和絲路沿線城市，部分地區地形地質條件異常復雜，過去以工程類比和經驗計算為基礎設計的隧道在高海拔凍土區往往凍害頻發，故對高海拔凍土區長大隧道設計施工進行試驗研究具有重要意義。

當前已有的寒區隧道室內試驗裝置存在一定的局限性，其一是模擬時模型很少考慮大斷面隧道和小斷面隧道在同一擾動下熱力力學響應的區別，少有以隧道斷面尺寸為自變量的模擬試驗；其二是少有同時控制環境溫度與列車交通風兩個變量，而對寒區隧道而言，列車交通風是影響其縱向防凍與洞口保溫深度的一個重要原因；其三是對襯砌與圍巖材料的選擇往往缺少考量，難以同時響應溫度和應力變化。

發明內容

針對上述存在的問題，本發明旨在提供一種高寒高海拔地區隧道室內模擬試驗裝置及制作和試驗方法，以解決上述所述的技術問題。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

高寒高海拔地區隧道室內模擬試驗裝置，包括隧道模型與監測系統、環境溫度控制系統，其特征在于：所述試驗裝置還包括交通風控制系統和計算機總控系統，所述隧道模型與監測系統、環境溫度控制系統和交通風控制系統均與所述計算機總控系統通訊連接；所述交通風控制系統包括列車軌道模型和列車模型，所述列車軌道模型貫穿所述隧道模型與監測系統，所述環境溫度控制系統罩設在所述隧道模型與監測系統和交通風控制系統外。

進一步的，所述隧道模型與監測系統包括隧道襯砌和隧道圍巖，所述隧道襯砌圍成的空間為隧道；所述隧道圍巖的左右兩側和底部均由內向外依次設有模型模板和保溫層，所述隧道的洞口和每個監測截面拱頂處均設有風速風溫監測裝置，所述隧道內每個監測截面的拱頂、一側邊墻和拱底處均設有圍巖熱力力學監測裝置，所述風速風溫監測裝置和圍巖熱力力學監測裝置均與數據采集器通訊連接，所述數據采集器與所述計算機總控系統通訊連接。

進一步的，所述環境溫度控制系統包括鼓風機、通風管、軟管和步入式凍土箱，所述隧道模型與監測系統、交通風控制系統、鼓風機、通風管和軟管均位于所述步入式凍土箱內，所述通風管的一端與所述鼓風機連接，所述通風管的另一端朝向所述隧道的洞口，且所述通風管的中間段為軟管；所述步入式凍土箱和鼓風機均與所述計算機總控系統通訊連接。

進一步的，所述列車軌道模型包括兩個圓弧段和兩個直線段，所述圓弧段和所述直線段首尾相連形成閉環結構，且所述圓弧段和所述直線段的底部均設有高度可調的支撐架，其中一個所述直線段貫穿所述隧道。

進一步的，列車模型包括列車外殼，所述列車外殼的底部設有四個列車導向輪，所述列車導向輪與所述列車軌道模型相匹配，所述列車外殼內設有電池、無線控制器和多級變速裝置，所述無線控制器與所述電池、多級變速裝置和計算機總控系統通訊連接。

進一步的，高寒高海拔地區隧道室內模擬試驗裝置的制作方法，其特征在于，包括以下步驟，

S1：搜集所需模擬的隧道區域工程地質條件和區域氣候資料，確定隧道模型與監測系統的幾何尺寸，并確定監測截面位置；

S2：根據隧道模型與監測系統的尺寸制作底部支撐模板、左側固定模板、右側活動模板和前后固定模板；