CN112050998A - 一种隧道施工模型试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隧道施工领域，具体涉及一种隧道施工模型试验装置,包括水压力传感器，水压力传感器包括扩散硅芯片、防冲击机构、安装筒、透明水位计；安装筒竖直设置且内部中空，上下两端设置有开口，其侧壁设置有第一通孔；透明水位计竖直设置且下端与第一通孔连通；防冲击机构设置于安装筒内，且侧壁设置有与第一通孔对应的排水孔，中心位置设置有沿竖直方向延伸的压力通道；防冲击机构配置成在遭遇水流瞬时压力增大的冲击时，封堵压力通道，打开排水孔，使瞬时冲击的水流部分进入透明水位计；扩散硅芯片设置于防冲击机构上方。通过封堵压力通道隔绝水流瞬时冲击，并通过收集从排水孔流入透明水位计的水流量化水流的瞬时冲击。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，具体涉及一种隧道施工模型试验装置。
背景技术
实际隧道施工过程中，掘进隧道的涌水灾害已成为隧道施工过程中的主要地质灾害之一，采用试验模型研究隧道施工时的渗流涌水情况具有重要的理论意义和实用价值，现有技术中，采用多种方式模拟施工时的涌水情况，并利用压力传感器检测涌水压力，但大多传感器无法防止水流的瞬时冲击，且对单位时间内压力水流的瞬时冲击能量总和不可知。
因此，亟需一种能够既能防止传感器遭受水流瞬时冲击又能量化压力水流瞬时冲击能量的隧道施工模型试验装置。
发明内容
本发明提供一种隧道施工模型试验装置，以解决现有技术中的传感器无法防冲击及量化压力水流的瞬时冲击的问题。
本发明的一种隧道施工模型试验装置采用如下技术方案：
一种隧道施工模型试验装置，包括水压力传感器，水压力传感器包括扩散硅芯片、防冲击机构、安装筒、透明水位计；安装筒竖直设置且内部中空，下端设置有进水通道，其侧壁设置有第一通孔；透明水位计下端与第一通孔连通；扩散硅芯片设置于安装筒内；防冲击机构包括安装块、反应触头、推杆、弹簧，安装块设置于安装筒内且位于扩散硅芯片下方，安装块上设置有连通进水通道和扩散硅芯片的压力通道，安装块侧面设置有连通第一通孔和进水通道的水位通道；推杆可滑动地设置于安装块内，且在滑动行程上具有压力通道打开且水位通道关闭的压力位置和压力通道关闭且水位通道打开的水位位置；反应触头可上下滑动地设置于安装块内，且下表面为承压面，能够在水流瞬时冲击下驱动推杆从压力位置移动到水位位置，进而使水流通过水位通道进入透明水位计；弹簧设置于安装块内，配置成在瞬时压力消除时，驱动推杆从水位位置复位到压力位置。
可选地，反应触头上设置有供推杆滑动穿过的避让平槽，且所述反应触头上设置有抵推斜面，所述推杆上设置有与抵推斜面相作用的抵推凸起，以使反应触头在水流瞬时冲击下通过抵推斜面推动推杆从压力位置移动到水位位置。
可选地，安装块下表面开有盲孔，盲孔侧壁设置有与安装块外圆周连通的排水孔；反应触头安装于盲孔内，反应触头外圆周对应排水孔的一侧设置有上下贯通的进水槽；进水槽与排水孔共同构成水位通道；反应触头上端与盲孔内壁设置有让位空间，以在正常水流通过水位通道进入让位空间时，使反应触头两端受到水流压力平衡而保持静止。
可选地，盲孔有多个，沿安装块周向均匀分布，对应排水孔、反应触头、水位通道有多个，所述安装块外圆周侧壁对应排水孔处设置有环形的连通槽，用以连通多个排水孔和第一通孔。
可选地，推杆有多个，且一端设置有第一密封头，第一密封头的端面为锥形面，以在推杆处于水位位置时，多个第一密封头的锥形面接触完全封堵压力通道；另一端设置有第二密封头，第二密封头的端面设置为锥面，以在推杆处于压力位置时，封堵排水孔。
可选地，推杆包括滑杆和与滑杆一端连接的连接杆，且连接杆直径小于滑杆直径，以在滑杆与连接杆连接处行成抵推凸起；所述反应触头上端呈锥形，以形成抵推斜面。
可选地，安装块内部设置有水平方向延伸的第二通孔，第二通孔有多个，每个第二通孔一端均与压力通道连通，另一端分别与一个盲孔连通，且每个第二通孔均与相应的排水孔同轴；所述滑杆一一对应安装于第二通孔，且滑杆外圆周面设置有避让环槽；第二通孔内壁对应避让环槽处设置有挡止凸起；弹簧设置于滑杆外圆周，且沿滑杆的长度方向延伸，位于避让环槽外端壁和挡止凸起之间，以在水流瞬时压力消除后，推动滑杆向排水孔方向移动，并通过滑杆与反应触头的锥形面的相对滑动，驱动推杆从水位位置复位到压力位置，并促使反应触头向下移动复位。
可选地，避让平槽上端设置有限位凸起，且限位凸起处于连接杆的上方，阻碍连接杆脱离避让平槽，并避免反应触头掉落。
可选地，安装块外圆周壁设置有密封圈，密封圈位于连通槽下方，以防止水流沿安装块与安装筒的缝隙进入连通槽。
可选地，安装筒下端外圆周设置有固定螺纹，以使水压力传感器可拆卸地安装于被测物体；安装筒外圆周固定螺纹上方设置有拧转部，拧转部截面呈多边形，便于夹紧拆卸，拧转部对应第一通孔位置设置有与第一通孔连通的第三通孔，透明水位计安装于拧转部并与第三通孔连通。本发明的有益效果是：本发明的一种隧道施工模型试验装置，具体涉及一种水压力传感器，可在遭受水流瞬时冲击时关闭压力通道，防止扩散硅芯片受损；同时打开水位通道，利用透明水位计收集压力水流，量化压力水流的冲击能量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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为本发明的一种隧道施工模型试验装置的实施例中水压力传感器外部示意图；
图2为本发明的一种隧道施工模型试验装置的实施例中水压力传感器剖视图；
图3为本发明的一种隧道施工模型试验装置的实施例中水压力传感器的防冲击机构示意图；
图4为本发明的一种隧道施工模型试验装置的实施例中水压力传感器的防冲击机构仰视图；
图5为本发明的一种隧道施工模型试验装置的实施例中水压力传感器的防冲击机构半剖图；
图中：1、水压力传感器；2、固定螺纹；3、拧转部；4、连接螺纹；5、端盖；6、透明水位计；7、扩散硅芯片；8、防冲击机构；9、安装块；10、连通槽；11、密封圈；12、反应触头；13、进水槽；14、压力通道；15、排水孔；16、第一密封头；17、第二密封头；18、连接杆；19、限位凸起；20、避让平槽；21、弹簧；22、挡止凸起；23、避让环槽；24、锥形面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的一种隧道施工模型试验装置的实施例，如图1至图5所示，包括水压力传感器1，水压力传感器1包括扩散硅芯片7、防冲击机构8、安装筒、透明水位计6。安装筒竖直设置且内部中空，下端设置有进水通道，其侧壁设置有第一通孔。透明水位计6竖直设置且下端与第一通孔连通。扩散硅芯片7设置于安装筒内。防冲击机构8包括安装块9、反应触头12、推杆、弹簧21，安装块9设置于安装筒内且位于扩散硅芯片7下方，安装块9上设置有连通进水通道和扩散硅芯片7的压力通道14，安装块9侧面设置有连通第一通孔和进水通道的水位通道；推杆可滑动地设置于安装块9内，且在滑动行程上具有压力通道14打开且水位通道关闭的压力位置和压力通道14关闭且水位通道打开的水位位置；反应触头12可上下滑动地设置于安装块9内，且下表面为承压面，能够在水流瞬时冲击下驱动推杆从压力位置移动到水位位置，进而使压力水流通过水位通道进入透明水位计6；弹簧21设置于安装块9内，配置成在瞬时压力消除时，驱动推杆从水位位置复位到压力位置。
在本实施例中，安装块9下表面开有盲孔，盲孔侧壁与安装块9外圆周连通的排水孔15；反应触头12安装于盲孔内，反应触头12外圆周对应排水孔15的一侧设置有上下贯通的进水槽13；进水槽13与排水孔15共同构成水位通道；反应触头12上端与盲孔内壁设置有让位空间，以使正常水流通过水位通道进入让位空间，使反应触头12两端受到水流压力平衡而保持静止。
在本实施例中，盲孔有多个，沿安装块9周向均匀分布，对应排水孔15、反应触头12、水位通道有多个，安装块9外圆周侧壁对应排水孔15处设置有环形的连通槽10，用以连通多个排水孔15和第一通孔。
在本实施例中，推杆有多个，且一端设置有第一密封头16，第一密封头16的端面为锥形面24，以在推杆处于水位位置时，使多个第一密封头16的锥形面24接触完全封堵压力通道14；另一端设置有第二密封头17，第二密封头17的端面设置为锥面，以在推杆处于压力位置时，封堵排水孔15。
在本实施例中，推杆包括滑杆和与滑杆一端连接的连接杆18，且连接杆18直径小于滑杆直径，以在滑杆与连接杆18连接处行成抵推凸起；所述反应触头12上端呈锥形，以形成抵推斜面。
在本实施例中，安装块9内部设置有水平方向延伸的第二通孔，第二通孔有多个，每个第二通孔一端均与压力通道14连通，另一端分别与一个盲孔连通，且每个第二通孔均与相应的排水孔15同轴；滑杆一一对应安装于第二通孔，且滑杆外圆周面设置有避让环槽23；第二通孔内壁对应避让环槽23处设置有挡止凸起22；弹簧21设置于滑杆外圆周，且沿滑杆的长度方向延伸，位于避让环槽23外端壁和挡止凸起22之间，以在水流瞬时压力消除后，推动滑杆向排水孔15方向移动，并通过滑杆与反应触头12的锥形面24的相对滑动，驱动推杆从水位位置复位到压力位置，同时促使反应触头12向下移动复位。
在本实施例中，避让平槽20上端设置有限位凸起19，且限位凸起19处于连接杆18的上方，以阻碍连接杆18脱离避让平槽20，并避免反应触头12掉落。
在本实施例中，安装筒下端外圆周设置有固定螺纹2，以使水压力传感器1可拆卸地安装于被测物体；安装筒上端外圆周设置有连接螺纹4，安装筒上端设置有端盖5，且端盖5通过连接螺纹4安装于安装筒上端；安装筒外圆周固定螺纹2与连接螺纹4之间设置有拧转部3，拧转部3截面呈多边形，便于夹紧拆卸，拧转部3对应第一通孔位置设置有与第一通孔连通的第三通孔，透明水位计6安装于拧转部3并与第三通孔连通。优选地，透明水位计6与拧转部3可转动地安装。
在本实施例中，安装块9外圆周壁设置有密封圈11，密封圈11位于连通槽10下方，以防止水流沿安装块9与安装筒的缝隙进入连通槽10。
在本实施例中，水压力传感器1沿水流方向安装于被测物体，当水流压力呈稳定时，压力水流通过压力通道14与扩散硅芯片7接触，直接测得该压力水流的压力值，此时，反应触头12两端受到的水流的压力相平衡，反应触头12保持静止。若出现水流瞬时压力增大，因为反应触头12上表面的面积较压力通道14的截面积大，反应触头12在水流冲击作用下向扩散硅芯片7方向运动，并推动滑杆向内侧移动，使第一密封头16封堵压力通道14，防止扩散硅芯片7损坏；同时滑杆带动连接杆18向内侧移动，使第二密封头17打开排水孔15，水流经水位通道进入透明水位计6。水流瞬时压力消失后，滑杆在弹簧21作用下向外侧移动，使第一密封头16打开压力通道14，同时滑杆推动连接杆18向外侧移动，使第二密封头17封堵排水孔15。压力水流的每一次瞬时冲击，均会有水流经水位通道进入透明水位计6，即可以根据压力水流在透明水位计6内的水量来量化隧道施工模型中压力水流的瞬时冲击总能量。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种隧道施工模型试验装置，其特征在于：包括水压力传感器，水压力传感器包括扩散硅芯片、防冲击机构、安装筒、透明水位计；安装筒竖直设置且内部中空，下端设置有进水通道，其侧壁设置有第一通孔；透明水位计下端与第一通孔连通；扩散硅芯片设置于安装筒内；防冲击机构包括安装块、反应触头、推杆、弹簧，安装块设置于安装筒内且位于扩散硅芯片下方，安装块上设置有连通进水通道和扩散硅芯片的压力通道，安装块侧面设置有连通第一通孔和进水通道的水位通道；推杆可滑动地设置于安装块内，且在滑动行程上具有压力通道打开且水位通道关闭的压力位置和压力通道关闭且水位通道打开的水位位置；反应触头可上下滑动地设置于安装块内，且下表面为承压面，能够在水流瞬时冲击下驱动推杆从压力位置移动到水位位置，进而使水流通过水位通道进入透明水位计；弹簧设置于安装块内，配置成在瞬时压力消除时，驱动推杆从水位位置复位到压力位置。
2.根据权利要求1所述的一种隧道施工模型试验装置，其特征在于：所述反应触头上设置有供推杆滑动穿过的避让平槽，且所述反应触头上设置有抵推斜面，所述推杆上设置有与抵推斜面相作用的抵推凸起，以使反应触头在水流瞬时冲击下通过抵推斜面推动推杆从压力位置移动到水位位置。
3.根据权利要求2所述的一种隧道施工模型试验装置，其特征在于：所述安装块下表面开有盲孔，盲孔侧壁设置有与安装块外圆周连通的排水孔；反应触头安装于盲孔内，反应触头外圆周对应排水孔的一侧设置有上下贯通的进水槽；进水槽与排水孔共同构成水位通道；反应触头上端与盲孔内壁设置有让位空间，以在正常水流通过水位通道进入让位空间时，使反应触头两端受到水流压力平衡而保持静止。
4.根据权利要求3所述的一种隧道施工模型试验装置，其特征在于：所述盲孔有多个，沿安装块周向均匀分布，对应排水孔、反应触头、水位通道有多个，所述安装块外圆周侧壁对应排水孔处设置有环形的连通槽，用以连通多个排水孔和第一通孔。
5.根据权利要求4所述的一种隧道施工模型试验装置，其特征在于：所述推杆有多个，且一端设置有第一密封头，第一密封头的端面为锥形面，以在推杆处于水位位置时，多个第一密封头的锥形面接触完全封堵压力通道；另一端设置有第二密封头，第二密封头的端面设置为锥面，以在推杆处于压力位置时，封堵排水孔。
6.根据权利要求5所述的一种隧道施工模型试验装置，其特征在于：所述推杆包括滑杆和与滑杆一端连接的连接杆，且连接杆直径小于滑杆直径，以在滑杆与连接杆连接处行成抵推凸起；所述反应触头上端呈锥形，以形成抵推斜面。
7.根据权利要求6所述的一种隧道施工模型试验装置，其特征在于：所述安装块内部设置有水平方向延伸的第二通孔，第二通孔有多个，每个第二通孔一端均与压力通道连通，另一端分别与一个盲孔连通，且每个第二通孔均与相应的排水孔同轴；所述滑杆一一对应安装于第二通孔，且滑杆外圆周面设置有避让环槽；第二通孔内壁对应避让环槽处设置有挡止凸起；弹簧设置于滑杆外圆周，且沿滑杆的长度方向延伸，位于避让环槽外端壁和挡止凸起之间，以在水流瞬时压力消除后，推动滑杆向排水孔方向移动，并通过滑杆与反应触头的锥形面的相对滑动，驱动推杆从水位位置复位到压力位置，并促使反应触头向下移动复位。
8.根据权利要求7所述的一种隧道施工模型试验装置，其特征在于：所述避让平槽上端设置有限位凸起，且限位凸起处于连接杆的上方，阻碍连接杆脱离避让平槽，并避免反应触头掉落。
9.根据权利要求8所述的一种隧道施工模型试验装置，其特征在于：所述安装块外圆周壁设置有密封圈，密封圈位于连通槽下方，以防止水流沿安装块与安装筒的缝隙进入连通槽。
10.根据权利要求9所述的一种隧道施工模型试验装置，其特征在于：所述安装筒下端外圆周设置有固定螺纹，以使水压力传感器可拆卸地安装于被测物体；安装筒外圆周固定螺纹上方设置有拧转部，拧转部截面呈多边形，便于夹紧拆卸，拧转部对应第一通孔位置设置有与第一通孔连通的第三通孔，透明水位计安装于拧转部并与第三通孔连通。
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