[发明专利]一种近接地铁支护模拟装置及使用方法

摘要

本发明公布了一种近接地铁支护模拟装置及使用方法，通过地基模拟系统、支护模拟系统、接收井模拟系统、地铁开挖模拟系统、控制系统的高效配合，可模拟在建地铁施工过程中对在役地铁已有支护的影响，观察原支护结构破坏位置及形态，监测其破坏过程中的应力分布及变化，获得地铁近接工程施工中对支护结构的破坏情况，为增添合理的支护结构以防止产生破坏提供有力的依据。

主权项

1.一种近接地铁支护模拟装置，其特征在于：所述近接地铁支护模拟装置包括：地基模拟系统：包括地基挡板、地基砂土、位移监测器、压力传感器，所述的地基挡板为4块大型铁板，用于围成放置所述地基砂土的立方体，其底面为面积为4m²的近水平地表，形成独立空间用于模拟自然地壳情况，其中左右两侧地基挡板中心处开设直径为20cm的圆孔，并具有相应的门栓结构，用于对其进行封闭工作；所述的地基砂土共有5种砂土，分别为细砂、粗砂、砂卵石、粉细砂以及黏土每层砂土厚40cm，层层铺设用于更加真实地模拟现实地层；所述的位移监测器放置于右侧地基挡板上，用于监测在地铁开挖之时监测地层的位移变化量，位移监测器与控制系统中的计算机建立电线连接；所述的压力传感器，放置于四块地基挡板所构成的立体空间底面中心两侧，共放置4个压力传感器，用于监测所模拟的地基在地铁开挖与支护期间形成的压力变化，压力传感器与控制机构计算机通过电线连接。支护模拟系统：包括支护笼、水泥、钻孔器、应变片。所述支护笼采用事先建成的木质拱形笼，形成可以分段相互拼凑而成的长直木质支护笼，用于在已经挖好的模拟地铁巷道内对其进行一定的支护，并使用薄塑料纸对其下部进行封闭，防止水泥浇筑时漏入运行空间内；所述水泥用于对已经进行了一部分支护工作的巷道进行水泥浇筑，并在巷道底部形成水平结构；所述的钻孔器用于进行钻孔工作，形成水泥浇筑的通道，钻孔从所模拟地层表面开始进行钻孔，最终形成联通木质支护笼的通道；所述的应变片分别贴在支护拱形结构上下两侧，用于监测近接在建地铁施工对已建成地铁巷道支护结构所造成的影响，并与控制系统中的应变器进行信号连接，信号通过应变器记录最终传递到控制系统中的计算机中。接收井模拟系统：包括开挖井、接收井、推进器，所述开挖井处于整个模拟装置左侧，开挖井左侧与左侧地基挡板相连接，且于左侧地基挡板的洞口相吻合，用于将开挖推进装置从挡板洞口处送入，并向接收井推进，用于模拟地铁巷道开挖工作，开挖井右侧为地铁巷道起点，同时为支护模拟系统中所述的支护笼入口，用于在地铁模拟巷道形成以后，将支护笼通过开挖井右侧相对应洞口推入，最终形成完整的整条巷道的支护笼结构；所述的接收井处于整个模拟装置的右侧，用于接收由于地铁模拟巷道开挖所排出的土方，接收井右侧与右侧地基挡板相连接，且与右侧地基挡板的洞口相吻合，接收井同时用于开挖推进装置的接收以及高速摄像机的放置；所述的推进器为特制木质结构，整体呈现“L”状，其末端放置吻合于一段支护笼结构的夹子，用于将已经制备好的木质支护笼中的一部分放置于已经挖掘完成的地铁模拟巷道中，其顶端安装控制末端夹子的按钮，用于控制末端夹子的闭合，且其闭合力度可由操作人员控制，并将放置于地铁模拟巷道中的木质支护笼向前推进，最终形成完整的木质支护笼结构。地铁开挖模拟系统：包括开挖推进装置、电机、高速摄像机。所述的开挖模拟装置为一长杆结构，其右端为掘进钻头，用于在所模拟的地层中进行地铁巷道的掘进工作，其左端与电机连接，推进装置总体长度大于整个模拟装置长；所述的电机与所述的开挖推进装置进行连接，通过控制电机的转动促使开挖推进装置向前推进，进行地铁巷道的开挖工作，电机与控制系统中控制面板通过电线进行连接；所述的高速摄像机放置于上述接收井内，用于监测开挖推进装置在推进过程中的偏移情况以及推进过程中地层的偏移情况，以及其破坏情况，高速摄像机同时可用于在巷道的支护过程中监测支护情况以及另一巷道在挖掘的过程中，对该已建成巷道产生的破坏情况。控制系统：包括掘进控制开关、摄像机显示器、应变监视器、压力显示器、位移显示器、警报灯、计算机。所述的掘进控制开关用于控制电机的启动，并对其转动速率进行控制，与电机通过电线连接；所述的摄像机显示器与上述高速摄像机相连接，用于接收高速摄像机所监测的相关情况；所述的应变监视器与上述应变片相连接，用于监测在巷道掘进时所受的扰动力度大小，并将所接受的数据通过电线传输至所述的计算机中；所述的压力显示器用于显示压力传感器所接收的压力大小，同时于计算及建立信号连接，将所获得的压力数据传输至计算机中；所述的位移显示器用于监测在地铁开挖过程中整个地层所发生的位移变化，通过与位移监测器建立信号连接，从而接收位移变化数据，并与计算机进行数据连接，将所获得的位移变化数据传输至计算机中；所述的警报灯与应变监视器相连接，可显示红色与绿色两种情况，其中红色表示应力数据异常则巷道支护结构处于较危险状态，绿色则出于安全状态；所述的计算机为整个装置相应数据的接收终端，并为下一步进行数据分析做好工作，放置于模拟装置的外侧，并对整个装置的运行进行控制。