一种隧道模型试验用开挖支护机构及试验装置

本发明涉及岩土工程试验，具体涉及一种隧道模型试验用开挖支护机构及试验装置。

背景技术：

1、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。

2、目前的地下空间隧道或巷道需要利用支护机构进行支护，在专利cn202010274746.7(对应的公布号cn 111425216 a，公告号cn 111425216 b)中就公开了一种复合式支护结构，用于对巷道或隧道进行支护，目前模型试验是研究隧道开挖、支护机理的主要方法之一。

3、目前隧道模型试验开挖主要通过两种方法进行。方法一：在试验箱填土完成后采用人工或小型机械进行开挖和支护；方法二：将隧道支护的衬砌预先埋置在土体中，将隧道开挖的部分制作为带把手的磨具，模拟开挖的过程直接将磨具拨出。

4、发明人发现，在隧道模型试验开挖支护方面还存在以下难题：

5、(1)方法一在土体相对松软时，开挖周边的土体容易发生坍塌，造成试验失败，而且对试验人员造成了一定的危险。

6、(2)方法一在土体相对坚硬时，开挖费事费力，并且开挖后的轮廓参差不齐，衬砌安装后与土体接触不紧密。

7、(3)方法二在实际操作过程中由于磨具与围岩的摩擦力，往往很难顺利地通过预制把手将模具抽出，容易造成模型体坍塌。

8、(4)方法二一般将预埋的磨具一次性抽出，未能实现隧道开挖循序渐进的过程模拟。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种隧道模型试验用开挖支护机构，操作方便，避免了模型体坍塌对试验人员造成的安全性威胁。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明的实施例提供了一种隧道模型试验用开挖支护机构，包括用于沿隧道纵向依次设置的多榀支撑拱架，支撑拱架的形状与隧道的截面轮廓相匹配，相邻支撑拱架之间设有伸缩驱动件，支撑拱架在隧道边墙及拱顶对应位置处均设置有多个支撑驱动件，支撑驱动件的轴线方向垂直于支撑拱架的外轮廓面，支撑驱动件的运动部分与用于与围岩模型接触的支撑板连接。

4、可选的，所述伸缩驱动件采用伸缩液压缸，相邻两个支撑拱架中，其中一个支撑拱架与伸缩液压缸的缸体固定，伸缩液压缸的活塞杆与另一个支撑拱架连接以使得伸缩液压缸的活塞杆伸出时，能够使得相邻两个支撑拱架做远离运动。

5、可选的，沿支撑拱架的轮廓线，所述伸缩驱动件设置有多个。

6、可选的，所述支撑驱动件采用支撑液压缸，支撑液压缸的缸体固定在支撑拱架的内侧面，其活塞杆穿过支撑拱架后与支撑板连接。

7、可选的，所述支撑板上设置有第一锚孔，所述支撑拱架上设有与第一锚孔相匹配的第二锚孔。

8、可选的，沿支撑拱架的环向，所述支撑板的两侧设置有柔性密封胶条。

9、可选的，所述多榀支撑拱架形成的整体结构内部空间内还设置有透明保护罩，透明保护罩的形状与支撑拱架的内轮廓线相匹配，透明保护罩与行走机构连接以实现沿多榀支撑拱架形成的整体结构的纵向方向行走。

10、可选的，所述行走机构采用电动行走车，透明保护罩的两端均设置有电动行走车，电动行走车与支撑拱架拱底部分配合。

11、可选的，所述透明保护罩上设置有第三锚孔。

12、第二方面，本发明的实施例提供了一种隧道模型试验装置，设置有第一方面所述的隧道模型试验用开挖支护机构。

13、本发明的有益效果如下：

14、1.本发明的开挖支护机构，支撑拱架设由支撑驱动件，支撑驱动件连接有用于与围岩模型接触的支撑板，当需要模拟开挖过程时，通过支撑驱动件将支撑板缩回，支撑板与围岩脱离接触，通过伸缩驱动件带动支撑桁架运动，模拟开挖过程，由于支撑板与围岩模型脱离，因此与围岩之间不存在摩擦力，支撑拱架的运动更加顺畅，不容易造成围岩模型的坍塌。

15、2.本发明的开挖支护结构，相邻支撑拱架之间均设置有伸缩驱动件，试验时可以根据实际需要控制伸缩驱动件工作，使得设定的支撑拱架运动，模拟隧道的开挖过程，而不是一次性将全部支撑拱架抽出，实现隧道开挖循序渐进的过程模拟，而且通过伸缩驱动件带动支撑拱架运动来模拟开挖，开挖省时省力，开挖轮廓面一致性好。

16、3.本发明的开挖支护结构，设有透明保护罩，透明保护罩与行走机构连接，模拟开挖前，透明保护罩能够通过行走机构运动至开挖部分对应的支撑拱架和非开挖部分对应的支撑拱架的交界位置，防止开挖后开挖位置的裸露围岩模型坍塌对试验人员造成的危险。

技术特征：

1.一种隧道模型试验用开挖支护机构，其特征在于，包括用于沿隧道纵向依次设置的多榀支撑拱架，支撑拱架的形状与隧道的截面轮廓相匹配，相邻支撑拱架之间设有伸缩驱动件，支撑拱架在隧道边墙及拱顶对应位置处均设置有多个支撑驱动件，支撑驱动件的轴线方向垂直于支撑拱架的外轮廓面，支撑驱动件的运动部分与用于与围岩模型接触的支撑板连接。

2.如权利要求1所述的一种隧道模型试验用开挖支护机构，其特征在于，所述伸缩驱动件采用伸缩液压缸，相邻两个支撑拱架中，其中一个支撑拱架与伸缩液压缸的缸体固定，伸缩液压缸的活塞杆与另一个支撑拱架连接以使得伸缩液压缸的活塞杆伸出时，能够使得相邻两个支撑拱架做远离运动。

3.如权利要求1所述的一种隧道模型试验用开挖支护机构，其特征在于，沿支撑拱架的轮廓线，所述伸缩驱动件设置有多个。

4.如权利要求1所述的一种隧道模型试验用开挖支护机构，其特征在于，所述支撑驱动件采用支撑液压缸，支撑液压缸的缸体固定在支撑拱架的内侧面，其活塞杆穿过支撑拱架后与支撑板连接。

5.如权利要求1所述的一种隧道模型试验用开挖支护机构，其特征在于，所述支撑板上设置有第一锚孔，所述支撑拱架上设有与第一锚孔相匹配的第二锚孔。

6.如权利要求1所述的一种隧道模型试验用开挖支护机构，其特征在于，沿支撑拱架的环向，所述支撑板的两侧设置有柔性密封胶条。

7.如权利要求1所述的一种隧道模型试验用开挖支护机构，其特征在于，所述多榀支撑拱架形成的整体结构内部空间内还设置有透明保护罩，透明保护罩的形状与支撑拱架的内轮廓线相匹配，透明保护罩与行走机构连接以实现沿多榀支撑拱架形成的整体结构的纵向方向行走。

8.如权利要求7所述的一种隧道模型试验用开挖支护机构，其特征在于，所述行走机构采用电动行走车，透明保护罩的两端均设置有电动行走车，电动行走车与支撑拱架拱底部分配合。

9.如权利要求7所述的一种隧道模型试验用开挖支护机构，其特征在于，所述透明保护罩上设置有第三锚孔。

10.一种隧道模型试验装置，其特征在于，设置有权利要求1-9任一项所述的隧道模型试验用开挖支护机构。

技术总结本发明涉及一种隧道模型试验用开挖支护机构及试验装置，包括用于沿隧道纵向依次设置的多榀支撑拱架，支撑拱架的形状与隧道的截面轮廓相匹配，相邻支撑拱架之间设有伸缩驱动件，支撑拱架在隧道边墙及拱顶对应位置处均设置有多个支撑驱动件，支撑驱动件的轴线方向垂直于支撑拱架的外轮廓面，支撑驱动件的运动部分与用于与围岩模型接触的支撑板连接，采用本发明的开挖支护机构开挖顺畅，避免了围岩模型的坍塌，同时提高了试验人员的安全性。技术研发人员：刘洪亮,高鑫,范宏运,李利平,姜新波,陈雨雪,郭睿,李旭安,范佳滢受保护的技术使用者：山东大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18