[實用新型]模型試驗中地下工程掘進控制系統

有效

• 申請號: 201120286831.1
• 申請日: 2011-08-09
• 公開（公告）號: CN202187766U
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 李利平;宋曙光;許振浩;李術才;周毅;馮現大
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄧建國

技術領域

本實用新型涉及一種試驗模型領域，尤其是一種模型試驗中地下工程掘進控制系統。

背景技術

21世紀是人類開發利用地下空間的世紀。隨著我國國民經濟的快速發展，許多在建和即將新建的地下工程不斷走向深部。目前深部巖體工程問題已成為巖石力學與工程領域研究的熱點問題。針對深部巖體復雜的力學變形特性，需要借助模型試驗進行研究。

模型試驗是根據一定的相似原理對特定工程地質問題進行縮尺研究的一種方法，主要用于研究大型地下洞室群結構圍巖穩定和支護系統優化設計、驗證數值模擬結果及合理施工方案的重要手段。物理模型是真實的物理實體，能同時考慮多種因素，能模擬多種復雜的邊界條件，在基本滿足相似原理的條件下，它能更真實地反映地質構造和工程結構的空間、時間關系，能更準確地模擬施工過程影響，且模型從彈性到塑性變形以至最終的破壞，其過程和結果都具有直觀性，能給人以直接的感受。另外，我們還可以通過物理模型試驗，對各種數值分析的結果進行校核和驗證，充分發揮各種科學手段的優越性。

由于模型采用相似比尺縮放，模型掘進尺寸較小，掘進工序的施工空間有限，因此在模型掘進過程中如何控制掘進進尺和防止超欠挖是進行模型試驗的一個難點，對實驗數據的準確性和試驗成功與否有重要的影響。

發明內容

本實用新型的目的是為了克服上述現有技術的不足，提供一種模型試驗中地下工程掘進控制系統，其結構簡單，易于實現，可指導模型試驗掘進過程，精確控制掘進進尺和減少超欠挖情況。

為實現上述目的，本實用新型采用下述技術方案：

一種模型試驗中地下工程掘進控制系統，包括驅動裝置和光發射定位裝置，光發射定位裝置設置在驅動裝置上且與計算機相連；所述驅動裝置包括互相契合在一起的豎向平臺和水平平臺，豎向平臺上設有用于驅動豎向平臺的步進電機I，水平平臺上設有用于驅動水平平臺的步進電機II，步進電機I和步進電機II均與所述單片機相連，單片機與所述計算機相連；水平平臺上還設有試驗平臺，試驗平臺上設有光發射定位裝置。

所述豎向平臺和水平平臺之間及試驗平臺與水平平臺之間均通過楔形滑動槽相互契合。

所述試驗平臺上還設有調平水準泡。

所述光發射定位裝置由控制系統、顯示系統、激光發射系統、光電接收系統、光反射結構和后處理系統組成，所述控制系統、顯示系統、激光發射系統和光電接收系統均與后處理系統相連。所述控制系統還與所述計算機相連。

所述的后處理系統包括相連的計數器和數字信號處理器，數字信號處理器與所述控制系統和顯示系統相連；所述的激光發射系統包括相連的驅動電路和激光發射器，所述驅動電路與數字信號處理器相連；所述光電接收系統包括相連的光電轉換器和門電路，所述門電路與計數器相連。

激光發射器為半導體激光器。

所述激光發射器發射的激光通過光反射結構進入光電轉換器。

所述光反射結構包括置于掘進器材上的反射鏡、反射鏡與激光發射器間的分光鏡、與分光鏡呈固定高度的固定反射鏡，激光經分光鏡分成反射光和透射光，反射光射到固定反射鏡并反射，透射光透射到掘進器材上的反射鏡并反射，兩者在分光鏡匯合成相干光束射到光電轉換器。

本實用新型研究了模型試驗中地下工程掘進控制系統，解決了掘進過程中掘進進尺精確控制和超欠挖控制的問題。與前人研究相比，可以顯著降低隧道掘進過程中掘進進尺和超欠挖問題對試驗的影響；驅動裝置使用單片機操作兩個步進電機，可以精確控制系統的位置，模擬不同的掘進輪廓，從而滿足各種模型試驗掘進尺寸要求；光發射定位裝置由激光發射系統、光電接收系統和后處理系統組成，不僅可以指導掘進方向，還可以精確顯示掘進進尺，從而實現掘進進尺精確控制和超欠挖控制。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例的結構框圖；

其中：1.驅動裝置；2.光發射定位裝置；3.單片機，4.計算機。

圖2為模型試驗中地下工程掘進控制系統驅動裝置；

其中：2.光發射定位裝置，11.豎向平臺，12.楔形滑動槽，13.水平平臺，14.步進電機I，15.試驗平臺，16.步進電機II，17.調平水準泡。

圖3為模型試驗中地下工程掘進控制用光發射定位裝置；

其中：21.控制系統、22.數字信號處理器、23.計數器，24.驅動電路，25.激光發射器，26.光反射結構，27.光電轉換器，28.門電路，29.顯示系統，30.激光發射系統，31.光電接收系統，32.后處理系統。