CN111764888B - 模拟隧道开挖的可视化装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于隧道工程技术领域，公开了一种模拟隧道开挖的可视化装置，旨在解决模拟试验中不能实现隧道开挖真实模拟及受力变形状态可视化检测的问题。其中，可视化装置包括高能加速器CT扫描系统、转台系统、隧道模型系统、开挖系统和震动系统；震动系统设置于隧道模型系统上侧，用于模拟隧道围岩所受的施工爆破或地震环境；通过开挖系统中设置的钻孔装置模拟隧道钻孔，通过其中设置的移动装置控制钻孔装置的推进运动；高能加速器CT扫描系统和转台系统配合实现隧道围岩的受力变形的可视化检测。通过本发明提供的开挖系统与震动系统可真实模拟隧道开挖以及围岩的受力变形，通过扫描系统、转台系统获取可视化的受力变形状态。

Description

模拟隧道开挖的可视化装置

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种模拟隧道开挖的可视化装置。

背景技术

近年来，随着我国公路、铁路、地铁大规模的发展，隧道在线路中的占比越来越高，尤其是开建的川藏铁路，隧道比例达到了百分之八十以上，隧道施工过程中的各种问题随之而来。隧道施工过程中掘进机(盾构机)刀盘与岩土的相互作用、刀盘转速与推进速度以及刀盘扭矩的关系、隧道开挖面的稳定性、开挖过程中(爆破过程中以及地震时)围岩受力变形破坏均是工程师们重点关注的问题。

模型试验技术是研究岩土体中大型隧道工程问题的重要手段，可以定性或定量地研究隧道工程中围岩以及隧道结构的受力变形特性，试验结果能较好地反映真实的工程情况且具有广泛的适用性，能为数值计算模型的建立提供合理的参数以及为数值模拟的结果提供可靠对比及参考依据。目前隧道施工模型试验主要通过两种方法来进行：其一是通过超载即“先开洞，后加载”的方法，其二是先加载，然后按照设计好的几何边界采用人工的方式掏挖土体。方法一试验操作方便，但不能反映隧道围岩的真实受力状况；方法二能模拟隧道真实受力状况，但用工具掏挖土体易导致开挖隧道周边土体的坍塌，造成开挖边界与预设的几何边界不相符；同时，现有的试验模拟方法均不能实现对开挖面受力和变形情况的真实模拟以及可视化检测，得到的模拟试验数据缺乏科学性和准确性。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决试验中不能实现隧道开挖真实模拟及受力变形状态可视化检测的问题，本发明提供了一种模拟隧道开挖的可视化装置，包括高能加速器CT扫描系统、转台系统和隧道模型系统，其特征在于，还包括开挖系统和震动系统，所述开挖系统用于模拟隧道钻孔；所述开挖系统包括钻孔装置、移动装置和支撑装置，所述钻孔装置与所述支撑装置通过导轨滑块连接；所述移动装置设置于所述支撑装置，用于带动所述钻孔装置靠近或远离所述隧道模型系统；

所述震动系统包括震动装置和升降驱动装置，所述升降驱动装置通过丝杆驱动所述震动装置上升或下降，以模拟隧道围岩所受的施工爆破或者地震环境；

所述转台系统设置于所述隧道模型系统下方，用于带动隧道模型旋转；

所述高能加速器CT扫描系统包括射线源装置和探测器装置，所述射线源装置和所述探测器装置分别设置于所述隧道模型系统的两侧，用于检测隧道围岩的受力变形状态。

在一些优选实施例中，所述钻孔装置包括钻孔驱动装置、钻进刀盘、钻孔装置外仓、螺旋输送轴和压力传感器；所述钻进刀盘、所述钻孔装置外仓依次套设于所述螺旋输送轴外侧；所述压力传感器设置于所述螺旋输送轴远离所述钻孔驱动装置的一端，以实时监测钻孔推进力；所述钻孔驱动装置的动力输出端与所述螺旋输送轴固定连接，以控制钻孔进程。

在一些优选实例中，所述移动装置包括移动驱动装置、传动装置和传动丝杠；所述移动驱动装置的动力输出端与所述传动装置的动力输入端固定连接；所述传动丝杠的动力输入端与所述传动装置的动力输出端固定连接；所述传动丝杠远离所述移动驱动装置的一端通过丝杆支撑结构设置于所述支撑装置；

所述移动装置通过传动丝杠驱动所述钻孔装置的前进或后退。

在一些优选实例中，所述传动装置包括第一带轮和第二带轮，所述第一带轮固设于所述移动驱动装置的动力输入端；所述第二带轮固设于所述传动丝杠远离所述隧道模型系统的一端；所述第一带轮和所述第二带轮通过皮带形成同步带传动。

在一些优选实例中，所述传动装置包括第一带轮和第二带轮，所述第一带轮固设于所述移动驱动装置的动力输入端；所述第二带轮固设于所述传动丝杠远离所述隧道模型系统的一端；所述第一带轮和所述第二带轮通过皮带形成同步带传动。

在一些优选实例中，所述震动装置包括震动结构、震动传输杆和震动头，所述震动头通过所述震动传输杆固设于所述震动结构；所述震动结构的侧面设置有用于丝杆贯穿的螺纹孔。

在一些优选实例中，所述震动结构为激振器。

在一些优选实例中，所述升降驱动装置为步进丝杆电机。

在一些优选实例中，所述隧道模型系统包括模型箱体和法向加载装置，所述法向加载装置固设于所述模型箱体上的反力架，用于进行隧道模型的加载以模拟上覆层压力；所述模型箱体的两侧设置有与所述钻孔装置相适配的通孔，用于所述钻孔装置的钻进。

在一些优选实例中，所述法向加载装置为法向油缸。

本发明的有益效果为：

1)通过本发明提供的高能加速器CT探测系统、转台系统、隧道模型系统开挖系统，可实现对隧道模型开挖过程中隧道围岩受力破坏的三维监测，实时得到对应开挖参数施工中的受力变形状态；通过开挖系统，可灵活设置对应的刀盘转速、推进力、推进速度以及刀盘扭矩等参数，实现开挖模拟试验的多参数控制试验，得到准确开挖模拟参数数据，为隧道实际开挖施工提供真实、准确的参数，保障隧道安全、高效的施工。

2)通过本发明提供的高能加速器CT探测系统来进行开挖过程中隧道围岩受力变形的检测，无需采用透明模拟箱、透明土，降低试验成本，同时成像效率高；此外，通过设置的转台系统带动隧道模型系统旋转，进一步提高对隧道围岩受力变形检测的全面性。

3)通过本发明提供的震动系统在开挖过程中模拟隧道围岩所受的施工爆破或者地震环境，进一步提高隧道开挖模拟的真实性，同时可通过设置的开挖系统与震动系统的操作配合，得到初始状态下、钻孔未贯通状态下、钻孔完成状态下施工爆破或者地震环境对隧道孔工程的影响以及隧道围岩的受力变形状态，通过高能加速器CT探测系统的实时扫描检测，得到围岩裂缝的发育和扩展的三维可视化过程，同时通过记录的对应状态的参数为实际施工提供可靠参数数据。

4)本发明中的可视化系统结构简单、新颖，成本低，便于推广。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明中的模拟隧道开挖的可视化装置的一种实施例的立体结构示意图；

图2是图1中的开挖系统的一种实施例的立体结构示意图；

图3是图2中钻孔装置A-A处的剖视图；

图4是图1中的隧道模型系统与震动系统的一种实施例的立体结构示意图；

图5是图1中的高能加速器CT扫描系统和转台系统的一种实施例的立体结构示意图。

附图标记说明：100、隧道模型系统，110、模型箱体，120、加载油缸，130、反力架；200、开挖系统，210、钻孔装置，211、钻孔伺服电机，212、钻孔装置外仓，213、钻进刀盘，214、钻进压力传感器，215、螺旋输送轴；221、移动伺服电机，222、传动丝杠，223、推进导轨，224、承载装置，225、传动装置；230、支撑装置；300、高能加速器CT扫描系统，310、射线源，311、射线源机架，312、射线源导轨；320、探测器，321、探测器支架，322、探测器导轨，323、探测器丝杠，324、探测器升降电机；400、震动系统，410、震动装置，420、震动器升降导轨，430、震动器升降电机；500、转台系统，510、旋转装置，520、转台底座，530、试验系统底座。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

本发明提供了一种模拟隧道开挖的可视化装置，包括高能加速器CT扫描系统、转台系统、隧道模型系统、开挖系统和震动系统；其中，转台系统用于承载隧道模型系统，并可带动隧道模型进行旋转；高能加速器CT扫描系统结合旋转的转台系统可进行隧道模型的全面三维扫描，获取更精准的隧道模型内部变化的三维形状；开挖系统设置于隧道模型系统不同于高能加速器CT扫描系统设置的侧边，用于模拟真实情况下的开挖过程，具体地可模拟刀盘转速、推进力、推进速度以及刀盘扭矩的关系，更加真实的得到开挖施工中围岩的破坏情况，为隧道实际作业提供真实、准确的参数；震动系统设置于隧道模型系统上侧，用于模拟隧道围岩在施工爆破或者地震坏境下的变形破坏状态，以获得更加可靠的开挖参数，更符合实际作业真实情况。

进一步地，开挖系统包括钻孔装置、移动装置和支撑装置，钻孔装置与支撑装置通过导轨滑块连接；移动装置设置于支撑装置，用于控制钻孔装置靠近或远离隧道模型系统；震动系统包括震动装置和升降驱动装置，升降驱动装置通过丝杆控制震动装置的升降运动；高能加速器CT扫描系统包括射线源装置和探测器装置，射线源装置和探测器装置分别设置于隧道模型系统的两侧，用于扫描隧道围岩在模拟钻孔、爆破情况下的三维变形；转台系统设置于隧道模型系统下方，用于控制其旋转以配合高能加速器CT扫描系统的可视化检测。

以下参照附图结合具体实施例进一步说明本发明。

参照附图1，图示是本发明中的模拟隧道开挖的可视化装置的一种实施例的立体结构示意图；该可视化装置包括隧道模型系统100、开挖系统200、高能加速器CT扫描系统300、震动系统400和转台系统500；高能加速器CT扫描系统300、开挖系统200分别设置于隧道模型系统100的不同侧边，转台系统500设置于隧道模型系统的下方，用于承载并可带动隧道模型转动以配合高能加速器CT扫描系统的检测扫描，获得更加全面的隧道模型内部的受力变形情况；震动系统400设置于隧道模型上的反力架上，用于模拟隧道围岩所受的施工爆破或者地震环境；通过开挖系统与震动系统的设置，更加真实的模拟实际隧道作业情况，得到更加可靠、具有参考价值的试验数据。

进一步地，隧道模型系统100的箱体侧壁设置有与开挖系统的钻进装置相适配的通孔，用于该钻进装置的钻进，使其真实的模拟与模型箱体中的隧道围岩施工的情况。

进一步地，参照附图2，图示是图1中的开挖系统的一种具体实施例的立体结构示意图；开挖系统包括钻孔装置210、移动伺服电机221、传动丝杠222、推进导轨223、承载装置224、传动装置225和支撑装置230，其中，移动伺服电机221、传动丝杠22、推进导轨223和传动装置225组成移动装置，用于控制钻孔装置210靠近或者远离隧道模型系统，进行对应的钻孔操作，移动装置的动力驱动为设置于支撑装置远离隧道模型一侧的移动伺服电机221，其动力输出端与传动装置225的动力输入端固定连接；传动丝杠222的动力输入端与传动装置225的动力输出端固定连接；通过移动伺服电机的正反转控制钻孔装置210的推进或后退；传动丝杠222远离移动驱动装置的一端通过丝杆支撑结构设置于支撑装置，用于与传送装置配合承载传动丝杠，传动丝杠的方向设置与钻孔装置的钻进方向一致。

进一步地，还可在传动丝杠靠近传动装置的一端再增设一个丝杆支撑结构，通过传动丝杠两端设置的两个丝杆支撑结构承载该传动丝杠，并且进一步保证该传动丝杠的水平度，保证对钻进装置的钻进导向。

需要说明的是，传动丝杠的数量以及具体位置设置可根据具体试验要求灵活选择设置，只要能满足对钻孔装置的移动控制皆可，本实施例的设置并不限制本发明的保护范围。

进一步地，传动装置包括第一带轮和第二带轮，第一带轮固设于移动伺服电机221的动力输入端；第二带轮固设于传动丝杠222远离隧道模型系统的一端；第一带轮和第二带轮通过皮带形成同步带传动，进一步地，第一带轮、第二带轮和皮带的外侧还设置有传送带罩子，用于保护该同步带装置；此外，第一带轮、第二带轮的尺寸可根据具体要求灵活设置，借以调整对钻进装置的推进速度；通过同步带的设置，传动比准确，结构紧凑，同时维修保养方便，可灵活更换对应尺寸的大、小带轮。

进一步地，传动装置还可为齿轮组，具体包括主动齿轮、第一从动齿轮和第二从动齿轮，第一从动齿轮和第二从动齿轮分别与主动齿轮啮合传动；主动齿轮固设于移动伺服电机的动力输出端；传动丝杠包括第一传动丝杠和第二传动丝杠；第一从动齿轮固设于第一传动丝杠远离隧道模型系统的一端；第二从动齿轮固设于第二传动丝杠远离隧道模型系统的一端，即在本实施例中，移动伺服电机通过主动齿轮同时控制对应的两个传动丝杆进行钻孔装置的推进运动。

进一步地，钻孔装置210固定设置于承载装置224，并通过导轨滑块与支撑装置连接，保证移动伺服电机221对该钻孔装置的控制；支撑装置230为立体框架结构，在满足承载的要求下，框架结构的设置实现该装置的轻量化；该支撑装置靠近隧道模型的一端还设置有承载连接结构，该承载连接结构的一侧与支撑装置连接，另一侧与转台系统连接，用于承载支撑装置与隧道模型之间的导轨段，便于钻孔装置的钻进，保证对隧道模型的钻通。

进一步地，该开挖装置还设置有渣土仓，渣土仓设置在钻孔装置的下方，用于容纳钻孔装置中钻出的渣土。

进一步地，承载装置可为移动小车，该移动小车可在支撑装置上预设的轨道移动。

参照附图2的同时参照附图3，图示是图2中钻孔装置A-A处的剖视图；钻孔装置包括钻孔伺服电机211、螺旋输送轴215和钻进刀盘213；钻进刀盘213设置于螺旋输送轴215的端部，用于进行隧道模型的钻孔；在钻进刀盘213与螺旋输送轴215之间还设置有钻进压力传感器214，用于检测该钻孔装置作业时的推进力；螺旋输送轴215的外侧设置有钻孔装置外仓212，在钻孔时，仓内充满钻进刀盘开挖下来的渣土，通过螺旋输送轴215的螺旋设计传送渣土至外侧的渣土仓，保障钻孔的正常的作业。

进一步地，钻进刀盘优选盾构机类模拟刀盘。

在本实施例中，选用电驱动模拟开挖，成本低，同时，便于钻进装置的使用和保养，更换刀具时,刀盘转动可随时停止在指定的角度,也非常方便地通过改变相序，来改变刀盘转动方向。

进一步地，钻进装置还包括温度传感器、磨损量传感器、转速传感器，温度传感器用于采集钻进刀盘的温度信息，磨损量传感器用于采集刀盘上滚刀的磨损量信息，转速传感器用于采集滚刀的转速信息，进一步真实地模拟实际施工作业，使得到的试验数据更加可靠。

参照附图1的同时参照附图4，图示是图1中的隧道模型系统与震动系统的一种具体实施例的立体结构示意图；隧道模型系统包括模型箱体110、加载油缸120和反力架130，反力架130固定设置于模型箱体110的上侧，用于承载震动系统和法向加载装置；加载油缸120作为法向加载装置固设于反力架130，用于向模型箱体中的隧道模型施加法向载荷，以模拟上覆层压力；加载油缸通过隧道模型上设置的承压板进行载荷的施加，保证法向载荷的施加均匀；模型箱体110为敞口设置的立方箱体结构，沿着钻孔方向的侧壁设置有与钻孔装置相适配的通孔，用于钻孔装置在隧道模型箱内部对隧道模型的开挖模拟，模型箱体的通过连接板固定设置于转台系统。

震动系统包括震动装置410、震动器升降导轨420和震动器升降电机430，震动器升降电机430通过丝杆控制震动装置410的升降运动，震动装置410与震动器升降导轨420通过导轨滑块连接。

进一步地，震动装置410包括震动结构、震动传输杆和震动头，震动头通过震动传输杆固设于震动结构；震动结构的侧面设置有用于丝杆贯穿的螺纹孔；通过震动结构可实现不同震动频率、震动幅度的震动模拟，得到不同震动状态下隧道围岩的受力变形破坏状态。

进一步地，震动结构为激振器。

进一步，作为控制震动装置实现升降的装置为步进丝杆电机。

进一步地，法向油缸位置以及数量的设置可根据具体试验情况而定，本实施例的设置并不限制本发明的保护范围；优选地，法向油缸为液压缸。

参照附图1的同时参照附图5，图示是图1中的高能加速器CT扫描系统和转台系统的一种具体实施例的立体结构示意图；高能加速器CT扫描系统包括分别设置于隧道模型箱系统两侧的CT射线源系统和CT探测系统，用于检测开挖过程中隧道模型箱内部的隧道模型的受力破坏变化状态；CT射线源系统包括射线源310、射线源机架311和射线源导轨312；射线源导轨312固设于射线源机架311内侧；射线源310通过导轨滑块设置于射线源导轨312，并可在射线源升降电机的控制下进行升降调整；CT探测系统包括探测器320、探测器支架321、探测器导轨322、探测器丝杠323和探测器升降电机324，探测器320通过导轨滑块设置于探测器导轨322上；固设于探测器支架321上的探测器升降电机324通过探测器丝杠323控制探测器320的升降运动。

在本实施例中，通过对应升降电机的控制调整射线源、探测器相对于隧道模型的不同高度，可进行针对性的局部探测。

进一步地，除了本实施例中设置的面阵探测器，还可同时在探测器导轨上设置线阵探测器，两种探测器可针对不同需求进行切换，保证最佳扫描质量。线阵探测器具有更高的成像精度，用于对试验模型的某一区域进行精细扫描，获得试验模型结构特征的尺寸信息；面阵探测器具有更大的视野，可以对试验样品进行大范围的成像，获得试验样品中裂纹在三维空间中的分布信息。

进一步地，转台系统包括旋转装置510和转台底座520，转台底座520、射线源机架311、探测器支架321均固定设置于试验系统底座530；旋转装置510设置于转台底座520的上侧，用于承载隧道模型系统，并配合高能加速器CT扫描系统进行隧道模型的全面三维扫描，获取更精准的隧道模型内部变化的三维形状。

优选地，旋转装置为旋转平台；中空旋转平台通过电机驱动，实现角度调整自动化，具有角度调整范围广、精密高、承载大的特点；步进电机与传动件通过进口高品质弹性联轴器连接，排除空间和加工形位误差，旋转台面外圈刻度直观，标准接口，方便信号传输，手动手轮配置，电控手动均可；可选装伺服电机或步进电机，实现对模型箱以及其上固定设置的震动系统的旋转控制。

进一步地，模拟隧道开挖的可视化装置中的隧道围岩受力变形的获取方法包括以下操作步骤：

步骤S100，将制作好的隧道模型系统固定至转台系统上；预设隧道模型的法向加载值，开挖的钻孔转速以及钻孔装置的移动速度；

步骤S200，法向加载装置施加法向加载值于隧道模型，以模拟隧道模型所受的真实上覆层压力；

步骤S300，移动装置根据预设移动速度正转，带动钻孔装置根据预设的钻孔速度穿过隧道模型箱上的预设通孔进行隧道模型的钻孔；

步骤S400，当钻孔至设定深度时，移动装置停止，通过钻孔装置内部设置的钻进压力传感器实时记录施工过程中的推进力；然后根据预设移动速度进行反转，带动钻孔装置退出隧道模型；

步骤S500，启动高能加速器CT扫描系统扫描隧道模型，同时通过转台系统带动隧道模型系统的旋转配合其扫描，获取隧道模型内部围压在初始开挖过程中的受力变形破坏状态，同时记录对应的受力状态对应的开挖参数；

步骤S600，循环执行步骤300至步骤500直至隧道模型钻通，通过每一阶段的CT扫描数据，进行三维重构，获取隧道模型内部围压受力变形的三维模型。

进一步地，在钻孔完成后，开挖系统退出，启动震动系统，结合预设的震动频率和震动幅度，模拟爆破或地震对隧道模型围压的影响，每震动一个阶段，通过高能加速器CT扫描系统进行一次扫描，获取对应的隧道模型围岩的受力变形状态，记录下对应震动参数下隧道模型围岩的变形破坏状态。

通过开挖系统对隧道模型的钻孔操作，以及震动系统对隧道模型的震动操作，可获得对应预设参数下的隧道模型围岩的受力变形状态，即通过震动系统可模拟得到隧道围岩从初始状态到破坏状态下围岩裂缝的发育和扩展过程，同时通过记录的对应状态的参数为实际施工提供可靠参数数据。

进一步地，该可视化系统还可在钻通过程中不同阶段进行开挖参数对应设置的模拟试验，通过设置的不同阶段对应的开挖参数，例如钻进刀盘的旋转速度，移动装置对钻孔装置的推进速度，得到对应的开挖过程中隧道围岩的受力变形状态，为实际操作提供可靠开挖试验数据。

进一步地，该可视化系统还设置有中央处理器，高能加速器CT探测系统、转台系统、震动系统、开挖系统均与中央处理器信号连接，中央处理器基于实时检测的隧道模型的内部受力破坏三维状态，获得对应围岩受力破坏状态下的开挖参数，以及震动状态下对围岩的破坏状态，得到可靠试验参数值。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来；本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种模拟隧道开挖的可视化装置，包括高能加速器CT扫描系统、转台系统和隧道模型系统，其特征在于，还包括开挖系统和震动系统，所述开挖系统用于模拟隧道钻孔；所述开挖系统包括钻孔装置、移动装置和支撑装置，所述钻孔装置与所述支撑装置通过导轨滑块连接，所述钻孔装置包括钻孔驱动装置、钻进刀盘、钻孔装置外仓、螺旋输送轴和压力传感器，所述钻进刀盘、所述钻孔装置外仓依次套设于所述螺旋输送轴外侧；所述压力传感器设置于所述螺旋输送轴远离所述钻孔驱动装置的一端，以实时监测钻孔推进力；所述钻孔驱动装置的动力输出端与所述螺旋输送轴固定连接，以控制钻孔进程；所述钻孔装置外仓设置于所述螺旋输送轴的外侧，在钻孔时，所述钻孔装置外仓设容纳所述钻进刀盘开挖下来的渣土，并通过所述螺旋输送轴的螺旋设计传送渣土至外侧的渣土仓；所述移动装置设置于所述支撑装置，用于带动所述钻孔装置靠近或远离所述隧道模型系统；所述移动装置包括移动驱动装置、传动丝杠、推进导轨和传动装置，所述传动丝杠的动力输入端与所述传动装置的动力输出端固定连接，通过所述移动驱动装置的正反转控制所述钻孔装置的推进或后退；所述传动丝杠远离所述移动驱动装置的一端通过丝杆支撑结构设置于所述支撑装置，用于与所述传动装置配合承载所述传动丝杠，所述传动丝杠的方向设置与所述钻孔装置的钻进方向一致；

所述震动系统包括震动装置和升降驱动装置，所述升降驱动装置通过丝杆驱动所述震动装置上升或下降，以模拟隧道围岩所受的施工爆破或者地震环境；所述震动装置包括震动结构、震动传输杆和震动头，所述震动头通过所述震动传输杆固设于所述震动结构；所述震动结构的侧面设置有用于丝杆贯穿的螺纹孔，通过所述震动结构可实现不同震动频率、震动幅度的震动模拟，得到不同震动状态下隧道围岩的受力变形破坏状态；

所述转台系统设置于所述隧道模型系统下方，用于带动隧道模型旋转；

所述高能加速器CT扫描系统包括射线源装置和探测器装置，所述射线源装置和所述探测器装置分别相对设置于所述隧道模型系统的两侧，用于检测隧道围岩的受力变形状态，所述射线源装置与所述探测器装置的检测视野覆盖所述隧道模型系统。

2.根据权利要求1所述的模拟隧道开挖的可视化装置，其特征在于，所述传动装置包括第一带轮和第二带轮，所述第一带轮固设于所述移动驱动装置的动力输入端；所述第二带轮固设于所述传动丝杠远离所述隧道模型系统的一端；所述第一带轮和所述第二带轮通过皮带形成同步带传动。

3.根据权利要求1所述的模拟隧道开挖的可视化装置，其特征在于，所述传动装置包括主动齿轮、第一从动齿轮和第二从动齿轮，所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮分别与所述主动齿轮啮合传动；所述主动齿轮固设于所述移动驱动装置的动力输出端；

所述传动丝杠包括第一传动丝杠和第二传动丝杠；

所述第一从动齿轮固设于所述第一传动丝杠远离所述隧道模型系统的一端；所述第二从动齿轮固设于所述第二传动丝杠远离所述隧道模型系统的一端。

4.根据权利要求1所述的模拟隧道开挖的可视化装置，其特征在于，所述震动装置包括震动结构、震动传输杆和震动头，所述震动头通过所述震动传输杆固设于所述震动结构；所述震动结构的侧面设置有用于丝杆贯穿的螺纹孔。

5.根据权利要求4所述的模拟隧道开挖的可视化装置，其特征在于，所述震动结构为激振器。

6.根据权利要求1所述的模拟隧道开挖的可视化装置，其特征在于，所述升降驱动装置为步进丝杆电机。

7.根据权利要求1所述的模拟隧道开挖的可视化装置，其特征在于，所述隧道模型系统包括模型箱体和法向加载装置，所述法向加载装置固设于所述模型箱体上的反力架，用于进行隧道模型的加载以模拟上覆层压力；所述模型箱体的两侧设置有与所述钻孔装置相适配的通孔，用于所述钻孔装置的钻进。

8.根据权利要求7所述的模拟隧道开挖的可视化装置，其特征在于，所述法向加载装置为液压缸。

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