CN109827788B - 一种近接地铁支护模拟装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种近接地铁支护模拟装置及使用方法

所属技术领域

本发明属于地下工程领域，提出了一种通过物理模型试验来模拟研究地铁接近施工中的支护方案，此研究国内尚无先例，可填补相关领域的空白，对相关科研具有重要引领指导作用。

背景技术

随着社会的高速发展和城市化进程的不断推进，地上交通的压力不断增大，发展地下交通是当务之急也是大势所趋，而逐渐复杂的地铁网络将产生大量的节点换乘车站和区间隧道穿越，使得在建与在役地铁近接工程成为不可避免的问题。在建与在役地铁近接交互作用不但表现于在在建地铁的开挖及施工中，会影响在役地铁原始稳定的应力结构，导致在役地铁的变形，影响在役地铁运营；而且在役地铁在运行过程中因车载作用会对在建地铁产生动载影响，影响在建地铁施工，甚至导致施工误差，并且两者间相互影响甚至会降低地铁寿命。要解决此类问题，提供稳定的支护结构是最为有效的措施。而以往有关该问题成果多集中在施工控制技术或单个典型案例分析，对通过物理模拟分析预测其影响的研究较少。

目前，在近接地铁支护研究方面，王昌洪研究发明了一种地铁施工支护装置，用于现场直接拼接支护；吕连勋研究发明了一种地铁隧道高强度支护结构；陈艳香研究发明了在软土环境下的地铁隧道支护装置；宋玉蓉研究发明了一种地铁复合网络模型的构建方法；朱瑶宏研究发明了一种地铁盾构施工扰动模型试验装置及其试验方法。综上可以看出，虽然目前国内有很多人针对地铁模型建立以及支护措施进行了大量的研究，但是尚无针对分析近接地铁施工过程中对支护影响的研究，也无相近实验模型可用，现有的物理模型无法对近接工程施工过程中对支护造成的影响进行研究与分析。

因此有必要设计一种模拟地铁施工过程并监测过程中对支护影响的物理模型装置，目的是为近接地铁工程施工支护研究、相关施工单位提供准确可靠的技术支持与理论依据，这对于在建与在役地铁近接工程中支护的研究具有重要参考价值。

基于以上思想，设计了一种近接地铁支护模拟装置，并提出了相应的试验方法。该模型和方法填补了当前物理模型模拟近接地铁施工支护研究方面的不足，在相关领域处于领先地位，在未来实际工程中的应用具有广阔的前景和重要意义。

发明目的

本发明的目的在于提出一种近接地铁工程影响支护的试验平台，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。

一种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。

优选地，一种近接地铁支护模拟装置通过模拟地铁支护技术对地铁模型进行支护并研究地铁近接时的相互作用。

优选地，所述的4块地基挡板正反两侧挡板其尺寸长×宽×高为500cm×15cm×150cm，左、右两侧挡板长×宽×高为15cm×150cm×150cm，左右两侧挡板中心处各有直径为25cm的门栓结构圆形洞口；所述的5种地基砂土分别为细砂、粉细砂、黏土、粗砂以及砂卵石，其含水率大致接近取样地含水率；所述的位移监测器采用SONY位移传感器，能准确记录地层位移变化情况；所述的压力传感器采用NPC-1210-005A-3S/3L压力传感器，精确感应地层压力变化情况。

优选地，所述的支护笼为木质拱形结构，其底端宽为15cm，两侧高10cm，每段支护笼长30cm，最终可形成长为400cm的支护笼结构，每段支护笼内侧有密闭性高的胶纸完全密闭，放置水泥注入时发生泄漏；所述的水泥采用C15型配比，水泥强度32.5MPa，水灰比0.58，属于强度较低的水泥；所述的钻孔器采用钻头长度为100cm的超长螺旋钻孔器，其直径为10mm，所形成的的钻孔可使水泥浆稳定流入支护结构中；所述的应变片采用BF350带线式高灵敏度应变片，可精确探测支护结构所受应力以及发生的应变大小。

优选地，所述的开挖井尺寸长×宽×高为50cm×30cm×130cm，用作地铁巷道的开挖起点，同时也是支护工作的工作点；所述的接收井尺寸长×宽×高为50cm×30cm×130cm，用于接收开挖排出的土方；所述的推进器为“L”型木质装置，用于将已经制作完成的支护笼送入已经掘进完成的巷道中，模拟地铁工程中的支护作用。

优选地，所述的开挖推进装置为杆状，其右侧端头掘进钻头采用外排式旋转掘进头，杆身为长520cm的铁质圆形杆，可挖掘直径为20cm的圆形巷道，推进装置左侧为与电机相连的结构；所述的电机采用普田小型振动电机震动马达，可提供推进装置所需动力；所述高速摄像机采用AcutEye高速摄像仪，可清晰拍摄巷道内部支护结构的破坏情况。

优选地，所述的掘进控制开关放置于控制面板左侧；所述的摄像机显示器放置于控制面板右侧上方；所述的应变监视器放置于摄像机显示器下方；所述的压力显示器放置于应变监视器下方；所述的警报灯放置于掘进控制开关下方；所述的位移显示器放置于警报灯下方；所述计算机采用华硕M32CD型办公台式电脑。

本发明还提出了一种近接地铁支护模拟装置的使用方法，应用上述的模拟装置，具体步骤如下：

S101：搭建地基模拟系统，首先将4块地基挡板围成长方体结构，放置压力传感器，将已经准备好的地基砂土样品按照砂卵石、粉细砂、粗砂、细砂、黏土的顺序构建模拟地层(可根据需要更换顺序)，每层30cm厚。打开压力显示器。

S102：挖掘接收井以及开挖井，并用水泥将其外漏表面覆盖，放置高速摄像机以及位移监测器。打开位移监测仪。

S103：打开左右两侧挡板所预留的门栓型洞口，将开挖推进装置贴近地层，打开掘进控制开关，开始进行巷道挖掘工作，待巷道打通以后，关闭电机，将开挖推进装置由右侧洞口拆卸，并将所排出的土方处理掉。

S104：在每段支护笼内侧粘贴应变片，拱槽内部，以及前后内壁各一片应变片，利用推进器将每段木质支护笼放入已经挖掘完成的巷道中，最终形成完整的支护笼结构，打开钻孔器，由地层表面往下打孔直至与支护笼所在空间联通。

S105：将已经配置好的水泥浆通过打好的孔往下注浆，直到填满整个支护笼，并形成地铁所具有的拱状结构，将应变显示器数据清零，待支护结构稳定后，开始监测应变值，并保证警报灯处于绿色状态，整个过程中记录位移监测仪所得数据并将其传输至计算机内并保存。若警报灯处于红色状态则重复S103～S105步骤。

S106：将开挖推进装置贴近已建成巷道上方10cm处，重复步骤S103，监测该巷道在开挖过程中所产生的压力变化、位移变化以，支护结构的受力情况以及其支护结构的破坏情况并记录。

相比目前的地铁模型，本发明述及的近接地铁支护模拟装置考虑了更加贴近于现实的支护方式进行模拟，将实际的地铁施工步骤模拟至该装置，同时还考虑其材料的准确性以及支护结构的合理性采用不同的方法对地层进行模拟，并设置相适应的监测装置以及掘进装置来辅助对地铁支护模拟的研究。

附图说明：

图1为本发明中近接地铁支护模拟装置示意图；

图2为本发明中支护笼主视图；

图3为本发明中推进器主视图；

图4为本发明中钻孔器主视图；

图5为本发明中控制面板主视图。

具体实施方式：

结合图1、2、3、4所示，地基模拟系统中，所述的地基挡板1为4块大型铁板，用于围成放置所述地基砂土2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1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2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3放置于右侧地基挡板1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3与控制系统中的计算机21建立电线连接；所述的压力传感器4，放置于四块地基挡板1所构成的立体空间底面中心两侧，共放置4个压力传感器4，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4与控制机构计算机21通过电线连接。

支护模拟系统中，所述支护笼5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5，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6浇筑时漏入运行空间内；所述水泥6用于对已经进行了一部分支护工作的巷道进行水泥6浇筑，并在巷道底部形成水平结构；所述的钻孔器7用于进行钻孔工作，形成水泥6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5的通道；所述的应变片8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21中。

接收井10模拟系统中，所述开挖井9处于整个模拟装置左侧，开挖井9左侧与左侧地基挡板1相连接，且于左侧地基挡板1的洞口相吻合，用于将开挖推进装置12从挡板洞口处送入，并向接收井10推进，用于模拟地铁巷道开挖工作，开挖井9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5入口，用于在地铁模拟巷道形成以后，将支护笼5通过开挖井9右侧相对应洞口推入，最终形成完整的整条巷道的支护笼5结构；所述的接收井10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10右侧与右侧地基挡板1相连接，且与右侧地基挡板1的洞口相吻合，接收井10同时用于开挖推进装置12的接收以及高速摄像机14的放置；所述的推进器11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5结构的夹子，用于将已经制备好的木质支护笼5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5向前推进，最终形成完整的木质支护笼5结构。

地铁开挖模拟系统中，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13连接，推进装置总体长度大于整个模拟装置长；所述的电机13与所述的开挖推进装置12进行连接，通过控制电机13的转动促使开挖推进装置12向前推进，进行地铁巷道的开挖工作，电机13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14放置于上述接收井10内，用于监测开挖推进装置12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14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。

控制系统中，所述的掘进控制开关15用于控制电机13的启动，并对其转动速率进行控制，与电机13通过电线连接；所述的摄像机显示器16与上述高速摄像机14相连接，用于接收高速摄像机14所监测的相关情况；所述的应变监视器17与上述应变片8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21中；所述的压力显示器18用于显示压力传感器4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21中；所述的位移显示器19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3建立信号连接，从而接收位移变化数据，并与计算机21进行数据连接，将所获得的位移变化数据传输至计算机21中；所述的警报灯20与应变监视器17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21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。

S101：搭建地基模拟系统，首先将4块地基挡板1围成长方体结构，放置压力传感器4，将已经准备好的地基砂土2样品按照砂卵石、粉细砂、粗砂、细砂、黏土的顺序构建模拟地层(可根据需要更换顺序)，每层30cm厚。打开压力显示器18。

S102：挖掘接收井10以及开挖井9，并用水泥6将其外漏表面覆盖，放置高速摄像机14以及位移监测器3。打开位移监测器3。

S103：打开左右两侧挡板所预留的门栓型洞口，将开挖推进装12置贴近地层，打开掘进控制开关15，开始进行巷道挖掘工作，待巷道打通以后，关闭电机13，将开挖推进装置12由右侧洞口拆卸，并将所排出的土方处理掉。

S104：在每段支护笼5内侧粘贴应变片8，拱槽内部，以及前后内壁各一片应变片8，利用推进器11将每段木质支护笼5放入已经挖掘完成的巷道中，最终形成完整的支护笼5结构，打开钻孔器7，由地层表面往下打孔直至与支护笼5所在空间联通。

S105：将已经配置好的水泥6浆通过打好的孔往下注浆，直到填满整个支护笼5，并形成地铁所具有的拱状结构，将应变显示器17数据清零，待支护结构稳定后，开始监测应变值，并保证警报灯20处于绿色状态，整个过程中记录位移监测仪19所得数据并将其传输至计算机21内并保存。若警报灯20处于红色状态则重复S103～S105步骤。

S106：将开挖推进装置12贴近已建成巷道上方10cm处，重复步骤S103，监测该巷道在开挖过程中所产生的压力变化、位移变化以，支护结构的受力情况以及其支护结构的破坏情况并记录。

1—地基挡板、2—地基砂土、3—位移监测器、4—压力传感器，5—支护笼、6—水泥、7—钻孔器、8—应变片、9—开挖井、10—接收井、11—推进器、12—开挖推进装置、13—电机、14—高速摄像机。15—掘进控制开关、16—摄像机显示器、17—应变监视器、18—压力显示器、19—位移显示器、20—警报灯、21—计算机。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替换、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (7)

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片进行信号连接，信号通过应变片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度；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，绿色则处于安全状态；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。

2.根据权利要求1所述的近接地铁支护模拟装置，其特征在于：通过模拟地铁支护技术对地铁模型进行支护并研究地铁近接时的相互作用。

3.根据权利要求1所述的近接地铁支护模拟装置，其特征在于：所述的支护笼为木质拱形结构，其底端宽为15cm，两侧高10cm，每段支护笼长30cm，最终可形成长为400cm的支护笼结构，每段支护笼内侧有密闭性高的胶纸完全密闭，防止水泥注入时发生泄漏；所述的水泥采用C15型配比，水泥强度32.5MPa，水灰比0.58，属于强度较低的水泥；所述的钻孔器采用钻头长度为100cm的超长螺旋钻孔器，其直径为10mm，所形成的钻孔可使水泥浆稳定流入支护结构中；所述的应变片采用BF350带线式高灵敏度应变片，可精确探测支护结构所受应力以及发生的应变大小。

4.根据权利要求1所述的近接地铁支护模拟装置，其特征在于：所述的开挖井尺寸长×宽×高为50cm×30cm×130cm，用作地铁巷道的开挖起点，同时也是支护工作的工作点；所述的接收井尺寸长×宽×高为50cm×30cm×130cm，用于接收开挖排出的土方；所述的推进器为“L”型木质装置，用于将已经制作完成的支护笼送入已经掘进完成的巷道中，模拟地铁工程中的支护作用。

5.根据权利要求1所述的近接地铁支护模拟装置，其特征在于：所述的开挖推进装置为杆状，其右侧端头掘进钻头采用外排式旋转掘进头，杆身为长520cm的铁质圆形杆，可挖掘直径为20cm的圆形巷道，推进装置左侧为与电机相连的结构；所述的电机采用普田小型振动电机震动马达，可提供推进装置所需动力；所述高速摄像机采用AcutEye高速摄像仪，可清晰拍摄巷道内部支护结构的破坏情况。

6.根据权利要求1所述的近接地铁支护模拟装置，其特征在于所述的掘进控制开关放置于控制面板左侧；所述的摄像机显示器放置于控制面板右侧上方；所述的应变监视器放置于摄像机显示器下方；所述的压力显示器放置于应变监视器下方；所述的警报灯放置于掘进控制开关下方；所述的位移显示器放置于警报灯下方；所述计算机采用华硕M32CD型办公台式电脑。

7.一种近接地铁支护模拟装置的使用方法，其特征在于：采用如权利要求1至6项中任意一项所述的近接地铁支护模拟装置，包括如下步骤：

S101：搭建地基模拟系统，首先将4块地基挡板围成长方体结构，放置压力传感器，将已经准备好的地基砂土样品按照砂卵石、粉细砂、粗砂、细砂、黏土的顺序构建模拟地层，每层30cm厚，打开压力显示器；

S102：挖掘接收井以及开挖井，并用水泥将其外漏表面覆盖，放置高速摄像机以及位移监测器，打开位移监测器；

S103：打开左右两侧挡板所预留的门栓型洞口，将开挖推进装置贴近地层，打开掘进控制开关，开始进行巷道挖掘工作，待巷道打通以后，关闭电机，将开挖推进装置由右侧洞口拆卸，并将所排出的土方处理掉；

S104：在每段支护笼内侧粘贴应变片，拱槽内部，以及前后内壁各一片应变片，利用推进器将每段木质支护笼放入已经挖掘完成的巷道中，最终形成完整的支护笼结构，打开钻孔器，由地层表面往下打孔直至与支护笼所在空间联通；

S105：将已经配置好的水泥浆通过打好的孔往下注浆，直到填满整个支护笼，并形成地铁所具有的拱状结构，将应变显示器数据清零，待支护结构稳定后，开始监测应变值，并保证警报灯处于绿色状态，整个过程中记录位移监测器所得数据并将其传输至计算机内并保存，若警报灯处于红色状态则重复S103～S105步骤；

S106：将开挖推进装置贴近已建成巷道上方10cm处，重复步骤S103，监测该巷道在开挖过程中所产生的压力变化、位移变化、支护结构的受力情况以及其支护结构的破坏情况并记录。

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