CN107991465A - 用于模拟地下工程施工的试验模型 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于模拟地下工程施工的试验模型，包括中空的系统框架、用于监测开挖结构的洞口及岩土体应力的电子监测模块、用于模拟城市地下实际岩土条件的岩土体模型、用于用于对岩土体施加压力的加载模块和用于模拟隧道和/或地下管廊开挖的开挖模块，岩土体模型设于系统框架的底部一侧，开挖模块设于系统框架上，开挖模块的钻头设于岩土体模型的相对侧；对岩土体模型施压的加载模块设于系统框架的顶部及其两侧。本发明具有模块化、机械化程度高的优点，能够灵活运用、重复利用，可以实现模拟城市综合地下管廊及地铁隧道同时或交叉开挖施工，能完成对沿途影响、相互影响等特性进行实际检验的多种实验内容。
Description
技术领域
本发明属于工程施工实验装置技术领域，更具体地说，是涉及一种用于模拟地下工程施工的试验模型。
背景技术
随着我国城市化进程不断加快，国家的综合实力不断增强，城市地下空间技术的进步和利用情况也在持续快速发展。为统筹各类市政规划，采用地下综合管廊与城市地铁的同步建设的方法，能够避免路面反复开挖阻碍交通，大大提高了施工效率，减少了资源的浪费，同时也尽可能的减少了对市民生活的影响。
目前，对综合管廊以及地铁隧道单一的研究都有较为完备的理论体系，但是对两种地下工程的相互影响的研究还很少。现行的综合管廊及地铁隧道的施工规范也未给出对地铁隧道以及综合管廊施工相互影响范围的详细语句。在施工设计中主要依靠强制性标准以及设计人员的个人经验确定其距离，具有较强的不确定性与空间浪费的特点，难以保证两种工程在同时施工时既满足相互的安全条件又能够满足经济条件。同时在隧道与地下综合管廊同时施工的过程中又存在许多难以解决的问题，相互影响的情况反应不明显；实验材料难以重复使用造成浪费；试验装置的机械化自动化程度低使试验精度不够高、过程不够精炼。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于模拟地下工程施工的试验模型，以解决现有技术中存在的因无隧道与地下综合管廊施工相互影响的相关试验装置，难以保证两种工程施工时相互间的安全条件及经济条件，试验所用材料难以重复利用、机械化程度低、试验精度低的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种用于模拟地下工程施工的试验模型，包括中空的系统框架、用于监测开挖结构的洞口及岩土体应力的电子监测模块、用于模拟城市地下实际岩土条件的岩土体模型、用于用于对岩土体施加压力的加载模块和用于模拟隧道和/或地下管廊开挖的开挖模块，所述岩土体模型设置于所述系统框架的底部一侧，所述开挖模块设置于所述系统框架上，所述开挖模块的钻头设置于所述岩土体模型的相对侧；所述加载模块设置于所述岩土体模型与所述系统框架之间，所述加载模块设置于所述系统框架的顶部及其两侧。
进一步地，所述电子监测模块包括摄像机和用于监测隧道及地下管廊开挖之间的相互应力影响的土压力盒，所述摄像机设置于所述岩土体模型相对侧的系统框架上，所述摄像机设置于所述系统框架的内侧面的滑轨上；所述土压力盒预埋于所述岩土体模型的内部。
进一步地，所述摄像机为高速摄像机。
进一步地，所述加载模块包括若干个千斤顶和岩土体阻隔板，所述岩土体阻隔板设置于所述岩土体模型的顶部及其两侧面，所述千斤顶的一端设置于底座上，若干个所述底座设置于所述系统框架的顶部及其两侧面的内侧，所述千斤顶的另一端与所述岩土体阻隔板接触。
进一步地，所述底座设置在所述系统框架里侧的滑轨上。
进一步地，所述千斤顶为油压千斤顶。
进一步地，所述开挖模块包括机械臂和钻杆，所述机械臂的一端设置于所述系统框架顶部的轨道上，所述钻杆水平设置、且与所述机械臂的另一端相连，所述钻杆端部的钻头相对岩土体模型设置。
进一步地，所述机械臂包括若干段伸缩臂，相邻的两个所述伸缩臂通过旋转轴相连。
本发明提供的用于模拟地下工程施工的试验模型的有益效果在于：与现有技术相比，本发明用于模拟地下工程施工的试验模型具有模块化、机械化程度高的优点，能够灵活运用、重复利用，可以实现模拟城市综合地下管廊及地铁隧道同时或交叉开挖施工，能完成对沿途影响、相互影响等特性进行实际检验的多种实验内容。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的用于模拟地下工程施工的试验模型的结构示意图；
其中，图中各附图标记：
1-系统框架，2-摄像机，3-旋转轴，4-轨道，5-钻头，6-千斤顶，7-岩土体模型，8-机械臂，9-底座。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，在本发明的描述中，“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请一并参阅图1，现对本发明提供的用于模拟地下工程施工的试验模型进行说明。所述用于模拟地下工程施工的试验模型，包括中空的系统框架1、用于监测开挖结构的洞口及岩土体应力的电子监测模块、用于模拟城市地下实际岩土条件的岩土体模型7、用于用于对岩土体施加压力的加载模块和用于模拟隧道和/或地下管廊开挖的开挖模块，所述岩土体模型设置于所述系统框架1的底部一侧，所述开挖模块设置于所述系统框架1上，所述开挖模块的钻头5设置于所述岩土体模型7的相对侧；所述加载模块设置于所述岩土体模型7与所述系统框架1之间，所述加载模块设置于所述系统框架1的顶部及其两侧。其中，岩土体模型由根据实际工程现场情况所采集构筑的路基、岩土体组成，其周围的系统框架构成滑动约束，用于模拟实际工程情况下的地质条件。
本发明提供的用于模拟地下工程施工的试验模型，与现有技术相比，具有结构紧凑、高效便捷、可拆卸的优点，模块化、机械化程度高，能够灵活运用、重复利用，通过加载模块为岩土体模型提供模拟压力，开挖模块隧道及地下管廊开挖的实际情况，通过电子监测模块对岩土体模型上开挖洞口情况及隧道周围情况进行事实监控，保证模拟岩土体结构的高度真实性，具有极高的使用价值。利用本发明实现模拟城市综合地下管廊及地铁隧道同时或交叉开挖施工，能完成对沿途影响、相互影响等特性进行实际检验的多种实验内容。
在本发明的岩土体模型中，也可以预先模拟出既有建好的隧道和地下管廊中的一个工程，利用本发明来模拟另一个工程施工；也可以是隧道和地下管廊两个工种同时施工。
进一步地，作为本发明提供的用于模拟地下工程施工的试验模型的一种具体实施方式，所述电子监测模块包括摄像机2和用于监测隧道及地下管廊开挖之间的相互应力影响的土压力盒，所述摄像机2设置于所述岩土体模型7相对侧的系统框架1上，所述摄像机2设置于所述系统框架1的内侧面的滑轨上；所述土压力盒预埋于所述岩土体模型7的内部。利用摄像机对岩土体模型上开挖地下管廊的洞口情况及隧道周围情况进行实时监控，同时利用土压力盒监测隧道及地下管廊开挖之间的相互应力影响，具有极高的使用价值。
为了实时监测岩土体模型上隧道及地下管廊的开挖过程，所述摄像机2采用高速摄像机。
进一步地，作为本发明提供的用于模拟地下工程施工的试验模型的一种具体实施方式，所述加载模块包括若干个千斤顶6和岩土体阻隔板，所述岩土体阻隔板设置于所述岩土体模型7的顶部及其两侧面，所述千斤顶6的一端设置于底座9上，若干个所述底座9设置于所述系统框架1的顶部及其两侧面的内侧，所述千斤顶6的另一端与所述岩土体阻隔板接触。千斤顶通过岩土体阻隔板对岩土体模型施压，能够保证其受力的均匀性。通过千斤顶对岩土体模型施加压力，来模拟岩土体受力情况。
进一步地，作为本发明提供的用于模拟地下工程施工的试验模型的一种具体实施方式，所述底座设置在所述系统框架1里侧的滑轨上。借助滑轨能够调节底座位置，进而根据需要调整千斤顶的施压位置，起到均布压力以及固定岩土体模型内岩土体的作用，使用更灵活方便。
其中，所述千斤顶9为油压千斤顶，通过控制系统控制油压千斤顶。油压千斤顶固定在底座的反力板上，反力板固定在系统框架上组成三相约束，模拟岩土体所受的压力。
进一步地，作为本发明提供的用于模拟地下工程施工的试验模型的一种具体实施方式，所述开挖模块包括机械臂8和钻杆，所述机械臂8的上端设置于所述系统框架1顶部的轨道4上，所述钻杆水平设置、且与所述机械臂8的下端相连，所述钻杆端部的钻头相对岩土体模型设置。机械臂可在系统框架顶部的轨道中水平移动，通过机械臂调整钻杆确定开挖位置，启动钻杆在岩土体模型上模拟开挖隧道及地下管廊。
进一步地，作为本发明提供的用于模拟地下工程施工的试验模型的一种具体实施方式，所述机械臂8包括若干段伸缩臂，相邻的两个所述伸缩臂通过旋转轴3相连。开挖钻头链接可伸缩的机械臂，用于模拟隧道、管廊的开挖施工。通过若干段伸缩臂组成的机械臂可以自行调节开挖的位置与开挖的速度，360°旋转轴调节钻头的位置与角度，起自动、精准调节开挖位置的作用，实现不同位置、不同角度的隧道及管廊开挖情况。
本发明的具体操作过程如下：
A.拼装系统框架，在系统框架上安装加载模块及轨道，安装高速摄像机、隧道及管廊开挖模块。
B.根据工程实际情况，构筑岩土体模型，同时预埋土压力盒，完成人工岩土体模拟。
C.启动电子检测模块，通过调节全自动机械臂确定隧道及管廊的开挖位置，调节高速摄像机位置及角度，可用于模拟并观察不同情况的隧道及管廊开挖。
D.根据工程试验需要，启动油压千斤顶，对岩土体模型施加压力。
E.灵活设计岩土体模型，可用于不同工程条件下的隧道及管廊开挖的特性研究模拟。
F.灵活控制隧道及管廊开挖模块，可用于研究不同开挖距离、开挖角度、开挖进度等因素两种工程形式之间的相互影响特性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.用于模拟地下工程施工的试验模型，其特征在于：包括中空的系统框架、用于监测开挖结构的洞口及岩土体应力的电子监测模块、用于模拟城市地下实际岩土条件的岩土体模型、用于用于对岩土体施加压力的加载模块和用于模拟隧道和/或地下管廊开挖的开挖模块，所述岩土体模型设置于所述系统框架的底部一侧，所述开挖模块设置于所述系统框架上，所述开挖模块的钻头设置于所述岩土体模型的相对侧；所述加载模块设置于所述岩土体模型与所述系统框架之间，所述加载模块设置于所述系统框架的顶部及其两侧。
2.如权利要求1所述的用于模拟地下工程施工的试验模型，其特征在于：所述电子监测模块包括摄像机和用于监测隧道及地下管廊开挖之间的相互应力影响的土压力盒，所述摄像机设置于所述岩土体模型相对侧的系统框架上，所述摄像机设置于所述系统框架的内侧面的滑轨上；所述土压力盒预埋于所述岩土体模型的内部。
3.如权利要求2所述的用于模拟地下工程施工的试验模型，其特征在于：所述摄像机为高速摄像机。
4.如权利要求1所述的用于模拟地下工程施工的试验模型，其特征在于：所述加载模块包括若干个千斤顶和岩土体阻隔板，所述岩土体阻隔板设置于所述岩土体模型的顶部及其两侧面，所述千斤顶的一端设置于底座上，若干个所述底座设置于所述系统框架的顶部及其两侧面的内侧，所述千斤顶的另一端与所述岩土体阻隔板接触。
5.如权利要求4所述的用于模拟地下工程施工的试验模型，其特征在于：所述底座设置在所述系统框架里侧的滑轨上。
6.如权利要求4所述的用于模拟地下工程施工的试验模型，其特征在于：所述千斤顶为油压千斤顶。
7.如权利要求1-6任一项所述的用于模拟地下工程施工的试验模型，其特征在于：所述开挖模块包括机械臂和钻杆，所述机械臂的一端设置于所述系统框架顶部的轨道上，所述钻杆水平设置、且与所述机械臂的另一端相连，所述钻杆端部的钻头相对岩土体模型设置。
8.如权利要求7所述的用于模拟地下工程施工的试验模型，其特征在于：所述机械臂包括若干段伸缩臂，相邻的两个所述伸缩臂通过旋转轴相连。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180504 |