【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道工程模拟试验，具体涉及一种模拟地下热水渗出隧道温湿度场演化的试验装置及方法。
技术介绍
1、在地形起伏大、地质构造复杂、高地温问题突出的地区，隧道工程面临严峻的高温环境考验。在沿线高地温区段分布广泛的地区，还伴有较多热泉出露，地下热水渗流路径也复杂多变。隧道施工揭露地下热水时，渗水位置处围岩温度会受高温热水影响而出现一个异常高温区，进而改变隧道洞内温度场分布。此外，渗入隧道洞内的高温热水不断蒸发，进一步引发洞内温湿度场的演化。埋深较大的区域，隧道洞身岩体温度可能超过50℃，超前探孔内最高地温可能达到80℃以上。
2、然而，隧道施工作业要求环境温度不超过28℃，相对湿度不超过80％。对于高地温隧道而言，热水渗出后洞内温湿度环境急剧恶化。如何模拟热水渗出引起的围岩异常高温区，探究不同渗水位置处洞内温湿度场的演化、分布特征，进一步优化通风参数设计，确保环境温度不超过28℃、相对湿度不超过80％是目前高地温热水隧道亟待解决的关键问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种模拟地下热水渗出隧道温湿度场演化的试验装置及方法，以模拟热水渗出引起的围岩异常高温区，探究不同渗水位置处热水蒸发引起的洞内温湿度场的演化、分布特征，为隧道现场施工提出针对性的通风参数。
2、为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
3、模拟地下热水渗出隧道温湿度场演化的试验装置，所述试验装置包括隧道模型、分区加热装置、热水渗出模拟装置、温湿度监测装置和通
4、所述分区加热装置覆盖在所述隧道模型的外壁，用于模拟高温围岩；
5、所述热水渗出模拟装置位于所述隧道模型的内侧，喷洒热水至所述隧道模型内表面，用于模拟衬砌内表面热水渗出；所述热水渗出模拟装置具有热成像仪和激光测温仪，用于获得所述隧道模型的内壁温度场分布；
6、所述温湿度监测装置设置在所述隧道模型内，用于测量所述隧道模型内的温湿度场；
7、所述通风装置位于所述隧道模型内的顶部。
8、进一步地，所述热水渗出模拟装置包括环向驱动组件、纵向驱动组件和热水喷出组件；
9、所述环向驱动组件呈拱形并位于所述隧道模型内的纵向两侧；
10、所述纵向驱动组件连接在两侧所述环向驱动组件顶部之间；
11、所述热水喷出组件安装在所述纵向驱动组件上并能沿所述纵向驱动组件纵向移动，所述纵向驱动组件能沿所述环向驱动组件环向平移。
12、进一步地，所述环向驱动组件包括环向导杆、环向滑块、牵拉绳索、卷扬机和纵向连接杆；
13、所述环向滑块套设于所述环向导杆上，受所述牵拉绳索及所述卷扬机牵引，能沿所述环向导杆环向移动；
14、所述纵向连接杆两端与两侧的所述环向滑块连接，随所述环向滑块移动。
15、进一步地，所述纵向驱动组件包括滚轮、皮带和连接件；
16、所述皮带套设在所述滚轮外表面并随所述滚轮转动而运动；
17、所述连接件的底端与所述滚轮的轴承连接，顶端与所述环向滑块的下端连接，使所述纵向驱动组件随所述环向滑块共同运动。
18、进一步地，所述热水喷出组件包括纵向滑块、喷头、所述热成像仪和所述激光测温仪；
19、所述纵向滑块上设置有纵向通孔，所述纵向连接杆穿过所述纵向滑块的纵向通孔，所述纵向滑块的底部与所述皮带连接，能随所述皮带在所述纵向连接杆上移动；
20、所述喷头、所述热成像仪和所述激光测温仪固定在所述纵向滑块的顶部。
21、进一步地，所述隧道模型的纵向一侧设置有热水箱，从所述热水箱接出的进水管连接到所述喷头。
22、进一步地，所述隧道模型内的底部两侧设置有纵向布置的水沟，所述水沟的一端接入所述热水箱。
23、进一步地，所述分区加热装置包括多个纵向、环向分割的弧片状加热单元，各个所述加热单元独立控制加热温度。
24、另一方面，提供模拟地下热水渗出隧道温湿度场演化的试验方法，所述方法基于所述的试验装置实施，包括：
25、s1：组装试验装置；
26、s2：打开分区加热装置，调控各加热单元至预定的围岩温度，打开温湿度监测装置及通风装置，通过温湿度监测装置测量洞内初始温湿度场；
27、s3：利用环向驱动组件和纵向驱动组件将纵向滑块沿隧道衬砌内表面移动，热成像仪和激光测温仪对衬砌内壁的温度进行测试，并得到初始的衬砌内表面温度场分布；
28、s4：改变分区加热装置预定位置处的加热单元至预定的热水温度值，随后重复s3，得到高温热水作用下衬砌内表面温度场演化特征，分析热水引起的衬砌结构异常高温区分布范围；
29、s5：利用环向驱动组件及纵向驱动组件将纵向滑块移动至衬砌结构异常高温区附近，打开喷头，通过进水管抽取热水箱内的高温热水，将热水喷洒至衬砌内表面模拟热水渗出；
30、s6：此时通过温湿度监测装置测量热水渗入隧道后由于蒸发所引起的洞内温湿度场演化特征。
31、进一步地，所述方法还包括：
32、s7：判断隧道内环境温度是否超过28℃，相对湿度是否超过80％，若洞内环境温湿度不满足要求，则不断改变通风装置的通风参数，重复s2-s6直至得到最优的通风参数，指导现场隧道施工。
33、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
34、本专利技术提供了一种模拟地下热水渗出隧道温湿度场演化的试验装置及方法，可以真实模拟高温地下水排放型隧道，配置加热组件、喷水组件等模拟隧道高温和渗水，所获得的温湿度场演化规律可靠、准确。另外，本专利技术可以根据隧道内温湿度场演化规律，及时调整通风装置的通风参数，有效解决热水渗出引发隧道洞内温湿度环境恶化难题，为隧道施工提供支撑。
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1.模拟地下热水渗出隧道温湿度场演化的试验装置，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的模拟地下热水渗出隧道温湿度场演化的试验装置，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的模拟地下热水渗出隧道温湿度场演化的试验装置，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的模拟地下热水渗出隧道温湿度场演化的试验装置，其特征在于：
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6.根据权利要求5所述的模拟地下热水渗出隧道温湿度场演化的试验装置，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的模拟地下热水渗出隧道温湿度场演化的试验装置，其特征在于：
8.根据权利要求7所述的模拟地下热水渗出隧道温湿度场演化的试验装置，其特征在于：
9.模拟地下热水渗出隧道温湿度场演化的试验方法，其特征在于：
10.根据权利要求9所述的模拟地下热水渗出隧道温湿度场演化的试验方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.模拟地下热水渗出隧道温湿度场演化的试验装置，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的模拟地下热水渗出隧道温湿度场演化的试验装置，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的模拟地下热水渗出隧道温湿度场演化的试验装置，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的模拟地下热水渗出隧道温湿度场演化的试验装置，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的模拟地下热水渗出隧道温湿度场演化的试验装置，其特征在于：
...【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，李国良，刘建红，王煦霖，王新东，杜孔泽，
申请(专利权)人：中铁第一勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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