[发明专利]一种模型隧道开挖引起空间土拱的测量系统和测量方法

权利要求书

1.一种模型隧道开挖引起空间土拱的测量系统，其特征在于，包括：

箱体、隧道模型、支承装置和三维扫描仪；

所述箱体的底部设有矩形开槽；

所述隧道模型封堵在所述矩形开槽处，且底部与所述支承装置相抵，所述隧道模型与所述箱体构成承载土体的空间；

移动所述隧道模型时，所述土体由所述矩形开槽处塌落；

所述支承装置在所述隧道模型的下方与所述隧道模型相抵，用于支撑所述隧道模型；

所述三维扫描仪位于所述箱体的下方，用于测量模拟盾构隧道施工后形成的拱轴线。

2.根据权利要求1所述的模型隧道开挖引起空间土拱的测量系统，其特征在于：

所述支承装置包括底座和滚轴；

所述滚轴安装在底座上，所述滚轴与所述底座可转动的连接；

优选地，所述滚轴为多个，沿所述矩形开槽的长度方向均匀分布，所述滚轴的轴线与所述矩形开槽的长度方向呈垂直设置；

优选地，所述滚轴的圆周面上设有橡胶层。

3.根据权利要求1所述的模型隧道开挖引起空间土拱的测量系统，其特征在于，还包括：

拉拽装置，所述拉拽装置与所述隧道模型相连，用于拉拽所述隧道模型；

优选地，所述拉拽装置为液压缸、气缸、直线电机、丝杠传动装置、绳索、手柄的任一种；

优选地，所述拉拽装置包括连轴、连杆、拉杆和扳杆；所述连轴位于所述隧道模型内，并与所述隧道模型固定连接；所述连杆位于所述隧道模型内，一端并与所述连轴固定连接；所述拉杆位于所述隧道模型外侧，所述拉杆的一端并与所述连杆的另一端相连，所述拉杆的另一端与所述扳杆相连。

4.根据权利要求1所述的模型隧道开挖引起空间土拱的测量系统，其特征在于：

所述箱体包括依次相连的前板、左板、后板、右板，以及分别与所述前板、所述左板、所述后板、所述右板相连的底板，所述矩形开槽位于所述底板的中部；

优选地，所述箱体的材质为透明有机玻璃；

优选地，所述底板包括第一底板和第二底板，所述第一底板和/或所述第二底板可滑动的设置在所述前板、所述左板、所述后板、所述右板的下方。

5.根据权利要求4所述的模型隧道开挖引起空间土拱的测量系统，其特征在于：

所述隧道模型的轴线与所述底板的上表面位于同一平面；

优选地，所述隧道模型的材质为光滑亚克力材质。

6.根据权利要求1所述的模型隧道开挖引起空间土拱的测量系统，其特征在于：

所述三维扫描仪的镜头位于所述矩形开槽的对称中心的正下方；

优选地，所述三维扫描仪为激光三维扫描仪。

7.一种模型隧道开挖引起空间土拱的测量方法，所述模型隧道开挖引起空间土拱的测量方法基于权利要求1至6任一项所述的模型隧道开挖引起空间土拱的测量系统实现，其特征在于，包括：

步骤一：将所述隧道模型置于所述矩形开槽处，并采用所述支承装置在所述隧道模型的底部支撑所述隧道模型，使所述隧道模型完全封堵所述矩形开槽；

步骤二：向所述箱体与所述隧道模型构成的承载土体的空间内填充土体，完成土体填充后静置；

步骤三：打开所述三维扫描仪，使所述隧道模型缓慢脱离所述箱体，直至所述隧道模型与所述箱体完全脱离；

步骤四：将所述三维扫描仪的测量结果输出为CAD图，得到不同试验阶段空间土拱效应的拱轴线。

8.根据权利要求7所述的模型隧道开挖引起空间土拱的测量方法，其特征在于：

在所述步骤一中，放置所述隧道模型时，使所述隧道模型的轴线与所述箱体的底板上表面位于同一平面。

9.根据权利要求7所述的模型隧道开挖引起空间土拱的测量方法，其特征在于：

在所述步骤二中，分层填充不同种类不同参数的土体，每填充完一层后整平，静置不小于1小时后再填充下一层，完成所有土体填充后静置24小时至36小时。

10.根据权利要求7所述的模型隧道开挖引起空间土拱的测量方法，其特征在于：

在所述步骤三中，所述隧道模型缓慢脱离所述箱体时，若土体不稳定则需停止所述隧道模型的移动，直至土体稳定时再次移动所述隧道模型。