一种模拟隧道防排水系统结晶及洞内环境测试系统及方法

本发明涉及隧道防排水系统结晶及洞内环境测试，具体涉及一种模拟隧道防排水系统结晶及洞内环境测试系统。

背景技术：

1、结晶是造成隧道防排水系统失效的一种常见的灾害类型。地下水渗透通过初期支护喷射混凝土时，混凝土中的氢氧化钙、铝酸钙等与空气中的co2和地下水反应，生成结晶离子。富含结晶离子的地下水通过环向盲管、纵向盲管、横向盲管过程中，结晶离子相互结合形成结晶体并沉积、附着在盲管内壁。随着时间的增加，盲管内部结晶物逐渐堆积甚至阻塞造成隧道防排水系统失效，引起衬砌外侧水压力的增加，衬砌结构存在开裂的风险。

2、川藏铁路隧道采用防排水板、纵向盲管、横向盲管作为防排水系统的主要组成部分。而现有研究隧道防排水系统结晶的试验装置主要由环向盲管、纵向盲管、横向盲管三部分组成，无法探明防排水板结晶情况。此外，川藏铁路沿线高地温区段分布广泛，热泉出露较多，地下热水渗流路径复杂多变。隧道前方揭露地下热水时，热水渗出形式、位置不明，隧道防排水系统结晶速率及堵塞风险位置不清，无法指导隧道防排水系统的优化设计。热水渗出后经过隧道防排水系统并流入水沟中，水沟中热水蒸发会迅速改变隧道的温湿度环境。

3、如何模拟不同水压作用下地下热水渗透通过初期支护喷射混凝土后，含结晶离子的热水在防排水板、纵向盲管、横向盲管上结晶速率的变化规律、分析结晶堵塞风险位置，进一步揭示热水流入水沟后蒸发引起洞内温湿度的变化规律是目前高地温热水隧道结晶处治亟待解决的关键问题。

4、

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种模拟隧道防排水系统结晶及洞内环境测试系统及方法，以解决上述问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种模拟隧道防排水系统结晶及洞内环境测试系统，包括：

3、隧道模型；

4、防排水系统模型，安装在所述隧道模型内；

5、加压渗水装置，包括：外壳、活塞和驱动机构；所述外壳罩设在隧道模型外侧；所述活塞滑动安装在隧道模型与外壳之间，且所述隧道模型、外壳和活塞围成一个密闭的加压腔体；所述驱动机构可驱动所述活塞在隧道模型的长度方向上滑动；

6、稳压装置，可稳定所述加压腔体内的压力；及

7、供水装置，可朝向加压腔体内供水。

8、优选的，所述驱动机构包括：底座、导杆和驱动电机；所述驱动电机固定安装在底座上，所述导杆沿活塞的滑动方向安装在活塞上，所述驱动电机可驱动所述导杆沿活塞的滑动方向移动。

9、优选的，所述稳压装置包括：储液箱、密封挡板、驱动件和单向阀；所述密封挡板滑动安装在储液箱内，且所述密封挡板与储液箱配合设置，所述驱动件可推动所述密封挡板滑动，所述储液箱通过单向阀与加压腔体连通。

10、优选的，所述稳压装置还包括：抽水泵和进水管；所述进水管的一端与储液箱连通，所述抽水泵安装在进水管上。

11、优选的，所述供水装置包括：溶液箱、高压管、增压泵和加热器；所述高压管的一端与溶液箱连通，所述高压管的另一端与加压腔体连通；所述增压泵安装在高压管上；所述加热器安装在溶液箱内。

12、优选的，还包括负压组件，所述负压组件固定安装在外壳上，且所述负压组件与加压腔体连通。

13、优选的，所述隧道模型包括：支撑架、初期支护模型、二次衬砌模型、支护挡板和掌子面挡板；所述二次衬砌模型套设在初期支护模型外侧，且所述初期支护模型和二次衬砌模型均安装在支撑架上；所述初期支护模型与二次衬砌模型前后两端分别安装有支护挡板和掌子面挡板。

14、优选的，所述防排水系统模型包括：防排水板、纵向盲管、横向盲管和水沟；所述防排水板安装于初期支护模型和二次衬砌模型之间；所述纵向盲管安装在防排水板的下端，所述纵向盲管的一端封闭，另一端与横向盲管连接；所述水沟位于横向盲管的下方。

15、优选的，还包括：温湿度监测组件和通风组件；所述温湿度监测组件和通风组件安装在隧道模型洞内。

16、一种模拟隧道防排水系统结晶及洞内环境测试方法，采用上述任一项所述的一种模拟隧道防排水系统结晶及洞内环境测试系统，包括以下步骤：

17、对防排水系统模型进行称重记录并对整体的测试系统进行组装；

18、控制驱动机构驱动活塞移动，以使加压腔体内形成负压；

19、控制供水装置在负压的双重作用下朝向加压腔体内供入热水；

20、再次控制驱动机构驱动活塞移动对加压腔体内的热水挤压，以达到设定的衬砌外水压力值；

21、通过稳压装置稳定加压腔体内的压力，并监测隧道模型内温湿度变化规律；

22、在压力的作用下，热水渗透隧道模型，并在防排水系统模型上逐渐析出结晶物；

23、测得防排水系统模型各部分上结晶物的质量，提出结晶物堵塞风险位置。

24、相对于现有技术，本发明至少具有如下优点：

25、1.本发明中，驱动机构带动活塞滑动，活塞对加压腔体内的热水施加一个压力；使得热水在设定的衬砌外水压力作用下渗透隧道模型，随着高温结晶离子水溶液的不断渗出，加压腔体内的热水压力逐渐下降，通过稳压装置使加压腔体内热水的压力保持在设定的衬砌外水压力值；使得防排水系统模型上逐渐出现结晶物析出并沉积、附着在其表面；如此即可对不同渗水压力下防排水系统模型的结晶速率变化规律、结晶堵塞风险位置进行分析。

26、2.本发明中，驱动机构驱动活塞移动，排出加压腔体内的空气，随后开启负压组件，同时，驱动机构驱动活塞反向移动，通过负压组件和活塞反向移动的配合使得加压腔体内形成负压，如此，再通过供水装置朝向加压腔体注水时，溶液箱内的高温热水在负压吸入与增压泵的正压压入双重作用下通过高压管快速进入加压腔体内。

1.一种模拟隧道防排水系统结晶及洞内环境测试系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种模拟隧道防排水系统结晶及洞内环境测试系统，其特征在于，所述驱动机构包括：底座、导杆和驱动电机；所述驱动电机固定安装在底座上，所述导杆沿活塞的滑动方向安装在活塞上，所述驱动电机可驱动所述导杆沿活塞的滑动方向移动。

3.根据权利要求1所述的一种模拟隧道防排水系统结晶及洞内环境测试系统，其特征在于，所述稳压装置包括：储液箱、密封挡板、驱动件和单向阀；所述密封挡板滑动安装在储液箱内，且所述密封挡板与储液箱配合设置，所述驱动件可推动所述密封挡板滑动，所述储液箱通过单向阀与加压腔体连通。

4.根据权利要求3所述的一种模拟隧道防排水系统结晶及洞内环境测试系统，其特征在于，所述稳压装置还包括：抽水泵和进水管；所述进水管的一端与储液箱连通，所述抽水泵安装在进水管上。

5.根据权利要求1所述的一种模拟隧道防排水系统结晶及洞内环境测试系统，其特征在于，所述供水装置包括：溶液箱、高压管、增压泵和加热器；所述高压管的一端与溶液箱连通，所述高压管的另一端与加压腔体连通；所述增压泵安装在高压管上；所述加热器安装在溶液箱内。

6.根据权利要求5所述的一种模拟隧道防排水系统结晶及洞内环境测试系统，其特征在于，还包括负压组件，所述负压组件固定安装在外壳上，且所述负压组件与加压腔体连通。

7.根据权利要求1所述的一种模拟隧道防排水系统结晶及洞内环境测试系统，其特征在于，所述隧道模型包括：支撑架、初期支护模型、二次衬砌模型、支护挡板和掌子面挡板；所述二次衬砌模型套设在初期支护模型外侧，且所述初期支护模型和二次衬砌模型均安装在支撑架上；所述初期支护模型与二次衬砌模型前后两端分别安装有支护挡板和掌子面挡板。

8.根据权利要求7所述的一种模拟隧道防排水系统结晶及洞内环境测试系统，其特征在于，所述防排水系统模型包括：防排水板、纵向盲管、横向盲管和水沟；所述防排水板安装于初期支护模型和二次衬砌模型之间；所述纵向盲管安装在防排水板的下端，所述纵向盲管的一端封闭，另一端与横向盲管连接；所述水沟位于横向盲管的下方。

9.根据权利要求1所述的一种模拟隧道防排水系统结晶及洞内环境测试系统，其特征在于，还包括：温湿度监测组件和通风组件；所述温湿度监测组件和通风组件安装在隧道模型洞内。

10.一种模拟隧道防排水系统结晶及洞内环境测试方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的一种模拟隧道防排水系统结晶及洞内环境测试系统，包括以下步骤：