穿越采空區的隧道試驗系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種穿越采空區的隧道試驗系統，包括試驗箱體和設置在試驗箱體上方的加載裝置，所述試驗箱體的縱向中部設置有初期支護，所述初期支護外套設有透明薄膜，還包括氣壓控制容器、氣囊、設置在氣囊上的氣壓計、分布在氣囊周圍的多個差動式數顯位移計以及多個與差動式數顯位移計一一對應的應變式土壓力盒，所述氣壓控制容器通過導氣管與氣囊連通，所述導氣管上設置有閥門。該結構的穿越采空區的隧道試驗系統，具有能更加真實地、全面地模擬隧道受力情況的優點。

【技術實現步驟摘要】
穿越采空區的隧道試驗系統
本技術涉及隧道模型試驗設備領域，具體涉及一種穿越采空區的隧道試驗系統。
技術介紹
隨著公路及鐵路隧道的大量興建，隧道不可避免的穿越煤層采空區，我國地形地貌復雜，采空區分布也及其復雜且難以探測，對隧道建設安全造成極大危害，如果隧道在設計與施工中探測不清，處治不當，穿越采空區時必然給施工帶來一定的困難，增加施工風險和處治成本。采空區的存在不僅使得周圍巖土體松散而破碎，還使得圍巖承載力降低，引起隧道不均勻沉降，造成隧道襯砌結構的變形和開裂，同時，采空區中瓦斯的存在也對隧道的施工造成重大的安全隱患。目前主要是通過數值試驗的手段來研究隧道穿采空區的穩定性，而通過室內試驗來研究的較少，因此，深入研究采穿越采空區的隧道實驗系統具有十分重要的意義。通過對現有的技術文獻檢索發現，在僅有的隧道開挖模型試驗中，針對采空區的模擬直接采用空洞模擬，并沒有考慮瓦斯存在的壓力對隧道的影響，或者考慮了氣體壓力，但沒有一種具體控制壓力大小的實驗裝置。此外，針對隧道的模擬時，通常直接將初期支護預埋在圍巖中，然后預留出隧道孔洞，并沒有考慮采空區存在的應力場及隧道開挖支護的過程。
技術實現思路
有鑒于此，本技術的目的是提供一種穿越采空區的隧道試驗系統，使其具有能更加真實地、全面地模擬隧道受力情況的優點。本技術通過以下技術手段解決上述問題：一種穿越采空區的隧道試驗系統，包括試驗箱體和設置在試驗箱體上方的加載裝置，所述試驗箱體的縱向中部設置有初期支護，所述初期支護外套設有透明薄膜，還包括氣壓控制容器、氣囊、設置在氣囊上的氣壓計、分布在氣囊周圍的多個差動式數顯位移計以及多個與差動式數顯位移計一一對應的應變式土壓力盒，所述氣壓控制容器通過導氣管與氣囊連通，所述導氣管上設置有閥門。進一步，所述試驗箱體內側設置有聚四氯乙烯板。進一步，所述氣囊內設置有網架。進一步，所述加載裝置包括反力梁、千斤頂以及傳力鋼板，所述千斤頂處在反力梁與傳力鋼板之間。本技術的有益效果體現在如下方面：1、利用氣囊模擬采空區，通過調節氣壓控制容器向氣囊內充氣的充氣量，達到模擬不同采空區不同氣壓環境的目的，從而使得模擬隧道受力情況更加真實和全面。2、本專利技術創造通過設置初期支護以及在初期支護外套設透明薄膜，可實現初期支護的開挖過程，從而進一步真實全面的模擬了隧道的受力狀態。附圖說明下面結合附圖和實施例對本技術作進一步描述。圖1為本技術的主看結構示意圖；圖2為本技術的側看結構示意圖；圖3為本技術的局部結構示意圖。具體實施方式以下將結合附圖對本技術進行詳細說明，如圖1-3所示：一種穿越采空區的隧道試驗系統，包括試驗箱體1和設置在試驗箱體上方的加載裝置，所述加載裝置包括反力梁13、千斤頂14以及傳力鋼板15，所述千斤頂處在反力梁與傳力鋼板之間，加載裝置可對巖土體縱橫向進行不同力學行為特征的加載，傳力鋼板使力均勻加載到巖土體上，所述試驗箱體的縱向中部設置有初期支護2，所述初期支護外套設有透明薄膜3，初期支護內形成模擬隧道區，還包括氣壓控制容器4、氣囊5、設置在氣囊上的氣壓計6、分布在氣囊周圍的多個差動式數顯位移計7以及多個與差動式數顯位移計一一對應的應變式土壓力盒8，所述氣壓控制容器通過導氣管9與氣囊連通，所述導氣管上設置有閥門10，為增加氣囊的強度，在所述氣囊內設置網架12。進行隧道模擬受力情況分析實驗的步驟如下：第一步，往實驗箱體以及初期支護內填土(圍巖體相似材料)，根據模擬采空區的規格，選定不同尺寸和形狀的氣囊，并在擬定的采空區位置預埋氣囊、擬定的位移及應力測點預埋差動式數顯位移計以及應變式土壓力盒，將氣壓控制容器設置在試驗箱體外側，并安裝好導氣管和氣壓計；第二步，通過氣壓控制容器往氣囊內充氣，調節充氣量，以便模擬不同氣壓環境的采空區，并通過差動式數顯位移計以及應變式土壓力盒采集初始位移以及應力數據；第三步，利用掏槽工具將初期支護內的土掏空，形成模擬隧道結構，第四步，利用刀片等尖銳工具將透明薄膜劃破，取出初期支護，使采空區土體存在實際的臨空面狀態；第五步，通過加裝裝置向巖土體以及隧道結構進行加載；第六步；進行數據的采集。該結構的穿越采空區的隧道試驗系統，一方面，利用氣囊模擬采空區，通過調節氣壓控制容器向氣囊內充氣的充氣量，達到模擬不同采空區不同氣壓環境的目的，從而使得模擬隧道受力情況更加真實和全面；另一方面，通過設置初期支護以及在初期支護外套設透明薄膜，可實現初期支護的開挖過程，從而進一步真實全面的模擬了隧道的受力狀態。作為上述技術方案的進一步改進，所述試驗箱體內側設置有聚四氯乙烯板11，以便減小試驗箱體的邊界摩擦效應。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本技術的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本技術進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本技術的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本技術的權利要求范圍當中。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種穿越采空區的隧道試驗系統，包括試驗箱體和設置在試驗箱體上方的加載裝置，其特征在于：所述試驗箱體的縱向中部設置有初期支護，所述初期支護外套設有透明薄膜，還包括氣壓控制容器、氣囊、設置在氣囊上的氣壓計、分布在氣囊周圍的多個差動式數顯位移計以及多個與差動式數顯位移計一一對應的應變式土壓力盒，所述氣壓控制容器通過導氣管與氣囊連通，所述導氣管上設置有閥門。

【技術特征摘要】
1.一種穿越采空區的隧道試驗系統，包括試驗箱體和設置在試驗箱體上方的加載裝置，其特征在于：所述試驗箱體的縱向中部設置有初期支護，所述初期支護外套設有透明薄膜，還包括氣壓控制容器、氣囊、設置在氣囊上的氣壓計、分布在氣囊周圍的多個差動式數顯位移計以及多個與差動式數顯位移計一一對應的應變式土壓力盒，所述氣壓控制容器通過導氣管與氣囊連通，所述導氣...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李科，吳夢軍，丁浩，蔣德武，方林，
申請(專利權)人：招商局重慶交通科研設計院有限公司，
類型：新型
國別省市：重慶,50