矿山法城市隧道渗流场演变及防排水问题研究结果

施工及运营期矿山法隧道渗流模型试验系统主要包括渗流模型箱、加固区模拟装置、排(涌)水量采集装置、移动式循环水箱装置及数据采集装置,整体尺寸为3 m×3 m×2 m(宽×高×厚),如图4.12所示。

渗流模型箱由10 mm厚加劲钢板组成。其前后壁均设有马蹄形门洞,按照1∶30的几何相似比,隧道洞径宽430 mm,高330mm,距边壁均约4倍洞径,以消除渗流边界影响。门洞上安装有双层法兰盘,双层法兰盘上有内外两圈螺栓,内螺栓用于固定渗流模型箱内的B钢筋笼,B钢筋笼和双层法兰盘的连接口设有可封堵两侧门洞的有机玻璃盖板,有机玻璃盖板下侧设有集水开关,双层法兰盘与渗流模型箱箱壁的接触面和螺栓连接口处均设置密封胶垫。所述渗流模型箱顶部有压力表和进水孔,底部有进水孔和排水孔,如图4.13所示。

图4.12　施工及运营期矿山法隧道渗流模型试验系统

图4.13　隧道渗流模型试验系统结构图

1—加劲钢板;2—马蹄形门洞;3—双层法兰盘;4—内螺栓;5—B钢筋笼;6—有机玻璃盖板;7—集水开关;8—密封胶垫;9—压力表;10—进水孔;11—排水孔;12—外螺栓;13—A钢筋笼;14—焊接钢筋笼;15—隔土层;16—升降式水箱架;17—移动式水箱;18—固定式水箱;19—潜水泵;20—溢流孔;21—手拉葫芦;22—出水孔;23—集线钢板;24—集线孔;25—掌子面隔土板

双层法兰盘外螺栓与渗流模型箱箱壁的连接处设有卡槽,采用直径20 mm的冷拉钢筋焊接出具有足够承载力并可精确固定隧道和注浆圈等结构的A,B钢筋笼,A钢筋笼放置于卡槽上,A,B钢筋笼之间形成加固区模拟装置。反滤层作为隔土透水层,紧贴A钢筋笼外侧有焊接在箱壁两侧的马蹄形钢筋笼,焊接钢筋笼外缠绕塑料滤网和无纺布以形成隔土层,如图4.14所示。

移动式循环水箱装置包括放置于地面的升降式水箱架、上部移动式水箱、下部固定式水箱及置于固定式水箱内的潜水泵。潜水泵用软管连接移动式水箱底端,移动式水箱上侧的溢流孔将溢出水引回固定式水箱中形成循环系统。此外,移动式水箱利用手拉葫芦进行升降,其底部出水孔有软管与渗流模型箱底部进水孔连接,向试验提供作用水头。(www.xing528.com)

图4.14　钢筋笼及反滤层

数据采集装置包括水压力采集装置和排(涌)水量采集装置。渗流模型箱两侧均设有集线钢板,有机玻璃盖板上设有集线孔,供孔隙水压力计出线使用,水压力计外接静态应变测试分析仪读取水压力值(见图4.15)。排(涌)水量采集依靠软管连接集水开关和带刻度的水箱进行,集水开关后方软管引伸至二衬背后拱顶位置采集水量。

图4.15　水压力采集装置图

模型试验系统可由隧道运营期渗流状态转换为隧道施工期渗流状态,利用4块钢支撑板和掌子面隔土板组合拼装,并用螺栓连接临时固结于A钢筋笼中部,掌子面隔土板前方绑扎塑料滤网和无纺布作为反滤层,紧贴反滤层可设置注浆区模拟全断面帷幕注浆效果,再填充围岩相似材料,以此形成隧道施工(非扰动开挖)状态,如图4.16所示。

图4.16　施工期隧道渗流试验布置图

由上述装置共同作用,可形成一套结构齐备、功能完善的矿山法隧道渗流系统,适用于隧道建设(非扰动开挖期)至运营的各个阶段。