[發明專利]一種近接地鐵支護模擬裝置及使用方法

在審

• 申請號: 201910051015.3
• 申請日: 2019-01-18
• 公開（公告）號: CN109827788A
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 郝憲杰;張謙;孫卓文
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種近接地鐵支護模擬裝置，其特征在于：所述近接地鐵支護模擬裝置包括：

地基模擬系統：包括地基擋板、地基砂土、位移監測器、壓力傳感器，所述的地基擋板為4塊大型鐵板，用于圍成放置所述地基砂土的立方體，其底面為面積為4m²的近水平地表，形成獨立空間用于模擬自然地殼情況，其中左右兩側地基擋板中心處開設直徑為20cm的圓孔，并具有相應的門栓結構，用于對其進行封閉工作；所述的地基砂土共有5種砂土，分別為細砂、粗砂、砂卵石、粉細砂以及黏土，每層砂土厚40cm，層層鋪設用于更加真實地模擬現實地層；所述的位移監測器放置于右側地基擋板上，用于監測在地鐵開挖之時監測地層的位移變化量，位移監測器與控制系統中的計算機建立電線連接；所述的壓力傳感器，放置于四塊地基擋板所構成的立體空間底面中心兩側，共放置4個壓力傳感器，用于監測所模擬的地基在地鐵開挖與支護期間形成的壓力變化，壓力傳感器與控制機構計算機通過電線連接；

支護模擬系統：包括支護籠、水泥、鉆孔器、應變片；所述支護籠采用事先建成的木質拱形籠，形成可以分段相互拼湊而成的長直木質支護籠，用于在已經挖好的模擬地鐵巷道內對其進行一定的支護，并使用薄塑料紙對其下部進行封閉，防止水泥澆筑時漏入運行空間內；所述水泥用于對已經進行了一部分支護工作的巷道進行水泥澆筑，并在巷道底部形成水平結構；所述的鉆孔器用于進行鉆孔工作，形成水泥澆筑的通道，鉆孔從所模擬地層表面開始進行鉆孔，最終形成聯通木質支護籠的通道；所述的應變片分別貼在支護拱形結構上下兩側，用于監測近接在建地鐵施工對已建成地鐵巷道支護結構所造成的影響，并與控制系統中的應變片進行信號連接，信號通過應變片記錄最終傳遞到控制系統中的計算機中；

接收井模擬系統：包括開挖井、接收井、推進器，所述開挖井處于整個模擬裝置左側，開挖井左側與左側地基擋板相連接，且于左側地基擋板的洞口相吻合，用于將開挖推進裝置從擋板洞口處送入，并向接收井推進，用于模擬地鐵巷道開挖工作，開挖井右側為地鐵巷道起點，同時為支護模擬系統中所述的支護籠入口，用于在地鐵模擬巷道形成以后，將支護籠通過開挖井右側相對應洞口推入，最終形成完整的整條巷道的支護籠結構；所述的接收井處于整個模擬裝置的右側，用于接收由于地鐵模擬巷道開挖所排出的土方，接收井右側與右側地基擋板相連接，且與右側地基擋板的洞口相吻合，接收井同時用于開挖推進裝置的接收以及高速攝像機的放置；所述的推進器為特制木質結構，整體呈現“L”狀，其末端放置吻合于一段支護籠結構的夾子，用于將已經制備好的木質支護籠中的一部分放置于已經挖掘完成的地鐵模擬巷道中，其頂端安裝控制末端夾子的按鈕，用于控制末端夾子的閉合，且其閉合力度可由操作人員控制，并將放置于地鐵模擬巷道中的木質支護籠向前推進，最終形成完整的木質支護籠結構；

地鐵開挖模擬系統：包括開挖推進裝置、電機、高速攝像機；所述的開挖模擬裝置為一長桿結構，其右端為掘進鉆頭，用于在所模擬的地層中進行地鐵巷道的掘進工作，其左端與電機連接，推進裝置總體長度大于整個模擬裝置長度；所述的電機與所述的開挖推進裝置進行連接，通過控制電機的轉動促使開挖推進裝置向前推進，進行地鐵巷道的開挖工作，電機與控制系統中控制面板通過電線進行連接；所述的高速攝像機放置于上述接收井內，用于監測開挖推進裝置在推進過程中的偏移情況以及推進過程中地層的偏移情況，以及其破壞情況，高速攝像機同時可用于在巷道的支護過程中監測支護情況以及另一巷道在挖掘的過程中，對該已建成巷道產生的破壞情況；

控制系統：包括掘進控制開關、攝像機顯示器、應變監視器、壓力顯示器、位移顯示器、警報燈、計算機；所述的掘進控制開關用于控制電機的啟動，并對其轉動速率進行控制，與電機通過電線連接；所述的攝像機顯示器與上述高速攝像機相連接，用于接收高速攝像機所監測的相關情況；所述的應變監視器與上述應變片相連接，用于監測在巷道掘進時所受的擾動力度大小，并將所接受的數據通過電線傳輸至所述的計算機中；所述的壓力顯示器用于顯示壓力傳感器所接收的壓力大小，同時于計算及建立信號連接，將所獲得的壓力數據傳輸至計算機中；所述的位移顯示器用于監測在地鐵開挖過程中整個地層所發生的位移變化，通過與位移監測器建立信號連接，從而接收位移變化數據，并與計算機進行數據連接，將所獲得的位移變化數據傳輸至計算機中；所述的警報燈與應變監視器相連接，可顯示紅色與綠色兩種情況，其中紅色表示應力數據異常則巷道支護結構處于較危險狀態，綠色則處于安全狀態；所述的計算機為整個裝置相應數據的接收終端，并為下一步進行數據分析做好工作，放置于模擬裝置的外側，并對整個裝置的運行進行控制。