[发明专利]模拟隧道开挖的可视化装置

说明书

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。

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。