[发明专利]一种隧道爆破开挖模型试验系统及方法

说明书

本发明涉及一种隧道爆破开挖模型试验系统及方法，包括：模型箱：用于放置相似材料，顶部敞口设置，相对的两个第一箱壁设置有水平加载件，用于向相似材料施加水平载荷，顶部敞口位置处能够设置箱盖，箱盖底面设置有竖向加载件，用于向相似材料施加竖向载荷，另外两个相对的第二箱壁设置有开孔；监测元件：用于埋设在模型箱内的相似材料内部；开挖件：包括电火花爆破件及开挖工具；喷射件：用于向开挖的隧道模型内壁喷射支护材料，本发明的试验系统能够模拟真实的隧道爆破施工环境，对研究爆破施工对周围建筑物影响具有参考意义。

技术领域

本发明涉及地下岩体施工技术领域，具体涉及一种隧道爆破开挖模型试验系统及方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

随着经济迅速发展，车流量剧增，城市轨道交通的不断扩展，超大断面小净距隧道的数量逐年上升，且受线路和埋深等的限制，相邻隧道断面越来越大，距离越来越近，而围岩等级越来越差，给现场施工带来极大的施工难度和安全风险。由于工程条件的限制，这些隧道有很大一部分需要采用爆破方法进行开挖，爆破产生的震动效应有可能危及到周围建筑物的安全。发明人发现，如何预测和控制爆破震动效应以保障建筑物的安全，已成为当前隧道工程和爆破工程界亟待解决的一项重要课题。因此,研究隧道爆破对地表建筑物的影响是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种隧道爆破开挖模型试验系统，能够有效研究隧道爆破及开挖对岩体的影响，为保证建筑物的安全具有参考作用，

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供了一种隧道爆破开挖模型试验系统，包括：

模型箱：用于放置相似材料，顶部敞口设置，相对的两个第一箱壁设置有水平加载件，用于向相似材料施加水平载荷，顶部敞口位置处能够设置箱盖，箱盖底面设置有竖向加载件，用于向相似材料施加竖向载荷，另外两个相对的第二箱壁设置有开孔，用于对模型箱内部的相似材料进行开挖；

监测元件：用于埋设在模型箱内的相似材料内部，用于检测相似材料的位移、应力、应变、压力信息；

开挖件：用于开挖隧道模型，包括电火花爆破件及开挖工具，电火花爆破件用于对相似材料进行爆破破碎，开挖工具用于挖出破碎的相似材料；

喷射件：用于向开挖的隧道模型内壁喷射支护材料。

第二方面，本发明的实施例提供了一种超大断面小净距爆破开挖模型试验系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：在模型箱内分层铺设相似材料，相似材料铺设过程中，在设定位置埋设监测元件，相似材料铺设完成后，利用水平加载件和竖向加载件对相似材料施加设定的水平载荷和竖向载荷；

步骤2：通过模型箱第二箱壁的开口及透明亚克力板的通孔，在相似材料中开挖两条条隧道模型，两条隧道模型同步开挖，开挖过程中，采用分步开挖，每步开挖首先利用电火花爆破件对相似材料进行破碎，然后利用开挖工具挖出破碎的相似材料，形成隧道模型，最后在隧道内搭建拱架并利用喷射件在隧道模型内壁喷射支护材料，拱架对隧道模型内壁进行支撑，隧道模型开挖过程中，利用监测元件实时监测相似材料的位移、应力、应变及压力信息。

本发明的有益效果：

本发明的模型试验系统，能够通过电火花爆破件、开挖工具及喷射件有效模拟隧道的开挖及支护的施工过程，利用水平加载件和竖向加载件模拟围岩所受的外部载荷，真实的模拟的隧道的现场施工环境，同时利用监测元件能够实时采集隧道模型开挖过程中相似材料的位移、应变、应力等信息，为研究隧道开挖对建筑物的影响提供了参考数据，弥补了隧道爆破开挖模型试验领域的不足。

附图说明