CN112053619A - 一种模拟隧道衬砌裂缝有压渗水的装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟隧道衬砌裂缝有压渗水的装置及其使用方法，通过加压装置在裂缝的混凝土背后加压，再通过红外热像仪观察不同时间、不同水压、不同裂缝形态、不同水温下的渗流面积，混凝土内安装预埋构件，不仅可以避免模拟过程中的渗水现象，预埋件扣在混凝土中形成约束，也可以抵挡背后加压装置的压力，这样就无需外部约束，实验地点灵活，且模拟隧道衬砌不同位置，不同条件下的渗水情况，并可观察不同条件下的渗流量及渗流面积，为隧道衬砌渗漏水的快速精确判断与分析提供指导。本发明能模拟隧道衬砌不同位置，不同条件下的渗水情况，并可观察不同条件下的渗流量及渗流面积，为隧道衬砌渗漏水的快速精确判断与分析提供指导，性能稳定可靠。

Description

一种模拟隧道衬砌裂缝有压渗水的装置及其使用方法

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种模拟隧道衬砌裂缝有压渗水的装置及其使用方法。

背景技术

近年来，我国投入建设了大量的公路隧道和铁路隧道，但随着地下空间的不断开发，隧道中的病害也不断暴露出来，其中最常见的衬砌开裂及渗漏水的问题，正危及着隧道的安全。最初的钻孔探测等有损检测手段因为检测精度低、检测速度慢并且会对隧道壁造成直接伤害等原因逐步退出人们的考虑范围内，目前隧道衬砌病害检测的主流是超声波法、地质雷达法、红外热成像等无损检测方法。在检测隧道渗水方面，红外热成像技术具有明显的优势。

CN108663121A公开了一种隧道渗水的在线监控与检测***，此***利用红外摄像头感知物体表面温度的分布，比对隧道表面热像图的发展变化，从而判断该处是否渗水，并制定对应解决措施。然而此方法只能检测出渗水区域，

CN108419045B公开了一种基于红外热成像技术的监控方法及装置，该方法通过对监控区域红外扫描，预设报警规则，从而对异常像素点进行报警，确定出监控区域中触发异常的监控点。

以上两种方法都是利用红外热像仪对温度的测定来达到检测目的。但在实际现场，要解决渗漏水问题，仅靠知道渗水处温度和具***置是不够的。

发明内容

本发明提出了一种模拟隧道衬砌裂缝有压渗水的装置及其使用方法，通过模拟隧道衬砌不同位置，不同条件下的渗水情况，并可观察不同条件下的渗流量及渗流面积，为隧道衬砌渗漏水的快速精确判断与分析提供指导，性能稳定可靠。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种模拟隧道衬砌裂缝有压渗水的装置，其包括衬砌裂缝模拟装置、加压设备的安装及实验模拟装置，所述衬砌裂缝模拟装置包括带有指定的裂缝宽度、长度和深度的混凝土块，所述加压设备的安装及实验模拟装置包括加压设备，所述加压设备包括制作混凝土模具、预埋件、铁盘、密封圈、玻璃管、压力表、水箱和空压机，且远离加压设备的平面内设有红外热像仪和三角支架，所述密封圈设有大密封圈和小密封圈，所述玻璃管上设有刻度线，所述加压设备设置在所述混凝土块的侧面，所述混凝土块设置在空压机的上部一侧，所述混凝土块内部设有模拟裂缝的棉布和预埋件，所述预埋件的一端与所述模拟裂缝的棉布连接，另一端通过大密封圈与水箱连接，所述水箱的侧面设有压力表，所述水箱的端部连接有管道，所述管道通过法兰盘与钢管筒连接，所述钢管筒的顶部与短管相连接，所述短管与空压机连接，所述红外热像仪固定在三角支架上。

在本发明的模拟隧道衬砌裂缝有压渗水的装置中，所述所述混凝土块浇筑前固定好模拟裂缝的棉布，所述模拟裂缝的棉布的尺寸为衬砌裂缝的尺寸。

在本发明的模拟隧道衬砌裂缝有压渗水的装置中，所述加压设备与混凝土块紧密相连，且可以模拟衬砌背后的水压作用，所述混凝土块内部设有钢筋，且所述混凝土块放置在墩台上。

在本发明的模拟隧道衬砌裂缝有压渗水的装置中，所述水箱与空压机相连，并能控制水压值，所述压力表能实时监控水位，所述预埋件的端口处设有铁盘。

在本发明的模拟隧道衬砌裂缝有压渗水的装置及其使用方法中，包括以下步骤：

1）用定制好的模具制作混凝土块，在试块浇筑前套入预埋件，预埋件连接好铁盘，在浇筑时固定住用来模拟裂缝的棉布及钢筋，待浇筑完毕后，确认模拟裂缝的棉布没有移位，24小时候后拆除模板及铁盘，随后养护28天；

2）养护完毕，待混凝土达到规定强度后，将预埋件突出部分连接密封圈及水箱，管道连接套筒，将带刻度的玻璃管嵌入套筒和管道内，然后连接短管，连接部分均为法兰连接；

3）在混凝土块正前方架设好红外热像仪，通过水平仪保证仪器水平放置，测量红外热像仪与试块的距离，随后打开红外热像仪录像功能开始录像；

4）往连接好的水箱中加水，水位加至玻璃管可见的最上方刻度处，同时打开压力表，使用测定水温，记录此时刻度、压力及温度；

5）空压机连接短管后开始加压，每次加压过后都恒压一段时间，每单位时间读一次玻璃管刻度，记录渗流量，直至加至最大压力；

6）整理以上数据，包括试块裂缝宽度、不同水压时的渗流量及红外热像仪显示的渗流面积、温度等，最终得出渗流量、渗流面积、裂缝宽度与水压可能存在的关系。

实施本发明的这种模拟隧道衬砌裂缝有压渗水的装置及其使用方法，具有以下有益效果：本案设置预埋件，不仅可以充分发挥混凝土与钢材的粘结强度，还可以利用混凝土的耐压性，来克服试块背后加压产生的反力，预埋件与水箱连接间隙放入橡胶密封圈，以达到抗渗效果，这就实现了控制不同压力及裂缝宽度，用于观察不同压力及裂缝宽度下的红外热成像及渗流量，使用场地无限制且可以控制变量，这样人为控制模拟隧道衬砌裂缝渗水的问题，装置操作非常简便，非常适合实验室的需要。

附图说明

图1为本发明模拟隧道衬砌裂缝有压渗水的装置的示意图；

图2为本发明中混凝土块制作模具的示意图；

图3为本发明中混凝土块的结构示意图；

图4为本发明加压设备的结构示意图。

图中：混凝土模具1、预埋件2、铁盘3、钢筋4、模拟裂缝的棉布5、混凝土块6、大密封圈7、水箱8、压力表9、管道10、小密封圈11、钢管筒12、短管13、玻璃管14、红外热像仪15、三角支架16、空压机17、墩台18、刻度线19。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1至4所示的本发明的这种模拟隧道衬砌裂缝有压渗水的装置，其包括衬砌裂缝模拟装置、加压设备的安装及实验模拟装置，衬砌裂缝模拟装置包括带有指定的裂缝宽度、长度和深度的混凝土块6，加压设备的安装及实验模拟装置包括加压设备，加压设备包括制作混凝土模具1、预埋件2、铁盘3、密封圈、玻璃管14、压力表9、水箱8和空压机17，且远离空压机17的平面内设有红外热像仪15和三角支架16，红外热像仪15为市场上常见的设备，加压设备可以在有裂缝的混凝土块6背后加载指定水压值，密封圈设有大密封圈7和小密封圈11，玻璃管14上设有刻度线19，加压设备设置在混凝土块6的侧面，混凝土块6设置在空压机17的上部一侧，空压机17为市场上常见的设备，混凝土块1内部设有模拟裂缝的模拟裂缝的棉布5和预埋件2，模拟裂缝的棉布5为化学纤维材料制成，预埋件2的一端与模拟裂缝的棉布5连接，另一端通过大密封圈7与水箱8连接，水箱8的侧面设有压力表9，水箱8的端部连接有管道10，管道10的设置起到了限流的作用，管道10通过法兰盘与钢管筒12连接，钢管筒12的顶部与短管13相连接，红外热像仪15固定在三角支架16上，混凝土块6浇筑前固定好模拟裂缝的棉布5，模拟裂缝的棉布5的尺寸为衬砌裂缝的尺寸，加压设备与混凝土块6紧密相连，且可以模拟衬砌背后的水压作用，混凝土块6内部设有钢筋4，且钢筋4和预埋件2为浇筑混凝土时提前放置在混凝土块2的内部，且混凝土块6放置在墩台18上，水箱8与空压机17相连，并能控制水压值，压力表9能实时监控水位，预埋件2的端口处设有铁盘3，模拟隧道衬砌裂缝有压渗水的装置及其使用方法，包括以下步骤：

1）用定制好的模具制作混凝土块6，在试块浇筑前套入预埋件2，预埋件2连接好铁盘3，在浇筑时固定住用来模拟裂缝的棉布5及钢筋4，待浇筑完毕后，确认模拟裂缝的棉布没有移位，24小时候后拆除模板及铁盘3，随后养护28天；

2）养护完毕，待混凝土达到规定强度后，将预埋件2突出部分连接密封圈及水箱8，管道10连接套筒，将带刻度19的玻璃管14嵌入套筒和管道内，然后连接短管13（玻璃管14同时嵌入管道10、钢管筒12和短管13内），连接部分均为法兰连接；

3）在混凝土块6正前方架设好红外热像仪15，通过水平仪保证仪器水平放置，测量红外热像仪15与混凝土块6的距离，随后打开红外热像仪15录像功能开始录像；

4）往连接好的水箱8中加水，水位加至玻璃管14可见的最上方刻度线19处，同时打开压力表9，使用测定水温，记录此时刻度、压力及温度；

5）空压机17连接短管13后开始加压，每次加压过后都恒压一段时间，每单位时间读一次玻璃管14刻度，记录渗流量，直至加至最大压力；

6）整理以上数据，包括混凝土块6裂缝宽度、不同水压时的渗流量及红外热像仪15显示的渗流面积、温度等（红外热像仪15录像数据可导入电脑，利用低温区像素点个数计算渗流面积），最终得出渗流量、渗流面积、裂缝宽度与水压可能存在的关系。

本发明的工作原理为：衬砌裂缝模拟装置指的是制作带有规定裂缝宽度、长度和深度的混凝土块；加压设备可以在有裂缝的混凝土块背后加载指定水压值，加压设备由预埋件、密封圈和水箱组成；试验模拟方法为通过加压设备在有裂缝的混凝土块背后加压，再通过红外热像仪观察不同时间、不同水压、不同裂缝形态、不同水温下的渗流面积。混凝土内安装预埋构件，不仅可以避免模拟过程中的渗水现象，预埋件扣在混凝土块中形成约束，也可以抵挡背后加压装置的压力，这样就无需外部约束，实验地点灵活，并运用于室内试验可为隧道衬砌渗漏水的快速精确判断与分析提供指导。加压时无需固定试件就可抵抗水压产生的反力，防渗效果好，试验场地无限制，且实验成本低。至此，本发明目的得以完成。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种模拟隧道衬砌裂缝有压渗水的装置，包括衬砌裂缝模拟装置、加压设备的安装及实验模拟装置，其特征在于，所述衬砌裂缝模拟装置包括带有指定的裂缝宽度、长度和深度的混凝土块，所述加压设备的安装及实验模拟装置包括加压设备，所述加压设备包括制作混凝土模具、预埋件、铁盘、密封圈、玻璃管、压力表、水箱和空压机，且远离加压设备的平面内设有红外热像仪和三角支架，所述密封圈设有大密封圈和小密封圈，所述玻璃管上设有刻度线，所述加压设备设置在所述混凝土块的侧面，所述混凝土块设置在空压机的上部一侧，所述混凝土块内部设有模拟裂缝的棉布和预埋件，所述预埋件的一端与所述模拟裂缝的棉布连接，另一端通过大密封圈与水箱连接，所述水箱的侧面设有压力表，所述水箱的端部连接有管道，且管道凸出水箱的端部，所述管道通过法兰盘与钢管筒连接，所述钢管筒的顶部与短管相连接，所述短管与空压机连接，所述红外热像仪固定在三角支架上。

2.根据权利要求1所述的模拟隧道衬砌裂缝有压渗水的装置，其特征在于，所述混凝土块浇筑前固定好模拟裂缝的棉布，所述模拟裂缝的棉布的尺寸与混凝土块裂缝的尺寸相同。

3.根据权利要求1所述的模拟隧道衬砌裂缝有压渗水的装置，其特征在于，所述加压设备与混凝土块紧密相连，且可以模拟衬砌背后的水压作用，所述混凝土块内部设有钢筋，且所述混凝土块放置在墩台上。

4.根据权利要求1所述的模拟隧道衬砌裂缝有压渗水的装置，其特征在于，所述水箱与空压机相连，并能控制水压值，所述压力表能实时监控水位，所述预埋件的端口处设有铁盘。

5.根据权利要求1所述的模拟隧道衬砌裂缝有压渗水的装置及其使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）用定制好的模具制作混凝土块，在试块浇筑前套入预埋件，预埋件连接好铁盘，在浇筑时固定住用来模拟裂缝的棉布及钢筋，待浇筑完毕后，确认模拟裂缝的棉布没有移位，24小时候后拆除模板及铁盘，随后养护28天；

2）养护完毕，待混凝土达到规定强度后，将预埋件突出部分连接大密封圈及水箱，管道连接套筒，将带刻度线的玻璃管嵌入套筒和管道内，然后连接短管，连接部分均为法兰连接；

3）在试块正前方架设好红外热像仪，通过水平仪保证仪器水平放置，测量红外热像仪与试块的距离，随后打开红外热像仪录像功能开始录像；

4）往连接好的水箱中加水，水位加至玻璃管可见的最上方刻度处，同时打开压力表，使用测定水温，记录此时刻度、压力及温度；

5）空压机连接短管后开始加压，每次加压过后都恒压一段时间，每单位时间读一次玻璃管刻度，记录渗流量，直至加至最大压力；

6）整理以上数据，包括试块裂缝宽度、不同水压时的渗流量及红外热像仪显示的渗流面积、温度等，最终得出渗流量、渗流面积、裂缝宽度与水压可能存在的关系。

Images