隧道環(huán)境量化模擬系統(tǒng)及方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種隧道環(huán)境量化模擬系統(tǒng)及其使用方法，該試驗(yàn)系統(tǒng)主要包括控制裝置、攝像掃描試驗(yàn)平臺(tái)、環(huán)境調(diào)節(jié)裝置、環(huán)境調(diào)節(jié)裝置包括亮度調(diào)節(jié)單元、濕度調(diào)節(jié)單元和粉塵調(diào)節(jié)單元。本發(fā)明專利技術(shù)開發(fā)了掌子面信息采集設(shè)備對(duì)隧道內(nèi)環(huán)境因素敏感度的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過模擬隧道真實(shí)環(huán)境特征，改變影響設(shè)備工作的光照強(qiáng)度、粉塵濃度、水汽濕度等主要因素，試驗(yàn)設(shè)備對(duì)各影響因素的敏感性，從而指導(dǎo)隧道結(jié)構(gòu)面采集設(shè)備配件選型及相關(guān)參數(shù)調(diào)整，以提高研發(fā)設(shè)備的可靠性及實(shí)用性。本發(fā)明專利技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，提高工作效率。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及隧道模擬試驗(yàn)，尤其涉及隧道環(huán)境量化模擬系統(tǒng)及方法。
技術(shù)介紹
隨著國家加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度，規(guī)模不斷增大，建設(shè)難度也不斷加大，很多地方由于地理位置的原因，隧道建設(shè)占有很大比重。同時(shí)我國地下空間開發(fā)利用正在向現(xiàn)代化、科學(xué)化的方向發(fā)展。在隧道實(shí)際建設(shè)過程中，需要對(duì)隧道掌子面的結(jié)構(gòu)面及前方地質(zhì)結(jié)構(gòu)作出預(yù)測(cè)，人工預(yù)測(cè)會(huì)浪費(fèi)大量的人力、財(cái)力、物力，這就需要進(jìn)一步對(duì)掌子面攝像掃描設(shè)備進(jìn)行研發(fā)改進(jìn)。同時(shí)掌子面攝像掃描設(shè)備對(duì)隧道環(huán)境因素敏感性較大，通過測(cè)試攝像掃描設(shè)備對(duì)環(huán)境因素敏感程度，有利于改進(jìn)設(shè)備性能及實(shí)用性，解放人力物力，隧道內(nèi)施工工序緊密，不利于進(jìn)行長時(shí)間測(cè)試。所以構(gòu)建隧道環(huán)境量化模擬系統(tǒng)是十分必要的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本專利技術(shù)提供了一種隧道環(huán)境量化模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)便于模擬隧道內(nèi)環(huán)境特征，獲取攝像、掃描設(shè)備敏感性參數(shù)，從而指導(dǎo)隧道結(jié)構(gòu)面采集設(shè)備配件選型及相關(guān)參數(shù)調(diào)整，以提高研發(fā)設(shè)備的可靠性及實(shí)用性。掌子面的便于更替可實(shí)現(xiàn)模擬隧道開挖、探測(cè)等，滿足更多模擬隧道內(nèi)實(shí)驗(yàn)需求，并可節(jié)約占用實(shí)際隧道現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間。還提供了隧道環(huán)境量化模擬系統(tǒng)的使用方法，通過對(duì)隧道環(huán)境的模擬，得出攝像掃描試驗(yàn)裝置與隧道內(nèi)試驗(yàn)環(huán)境的關(guān)系。為了達(dá)成上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：隧道環(huán)境量化模擬系統(tǒng)，包括：模擬隧道，模擬隧道內(nèi)一側(cè)設(shè)置掌子面模擬面，該掌子面模擬面可更換；用于獲取隧道掌子面模擬面圖像的攝像掃描試驗(yàn)裝置，設(shè)于模擬隧道內(nèi)；攝像掃描試驗(yàn)裝置固定于一個(gè)攝像掃描試驗(yàn)平臺(tái)，攝像掃描試驗(yàn)裝置為數(shù)碼相機(jī)或者成像儀或者激光掃描儀，這些裝置應(yīng)調(diào)整選型及相關(guān)參數(shù)，以更加適合隧道環(huán)境應(yīng)用，攝像掃描試驗(yàn)裝置對(duì)掌子面的原始地質(zhì)信息進(jìn)行保存，以便后期對(duì)隧道掌子面圍巖結(jié)構(gòu)面信息進(jìn)行分析處理；用于模擬并可調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)的環(huán)境調(diào)節(jié)裝置，該裝置設(shè)于模擬隧道內(nèi)；控制裝置，設(shè)于模擬隧道內(nèi)，該裝置與所述的攝像掃描試驗(yàn)裝置和環(huán)境調(diào)節(jié)裝置分別單獨(dú)連接，控制裝置為可編程控制器。進(jìn)一步地，還包括用于采集環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集裝置，通過數(shù)據(jù)采集裝置采集的數(shù)據(jù)向控制裝置傳送這些數(shù)據(jù)，以便控制裝置控制環(huán)境調(diào)節(jié)裝置的動(dòng)作，數(shù)據(jù)采集裝置包括水汽濕度檢測(cè)儀器以及粉塵濃度傳感器以檢測(cè)模擬隧道內(nèi)的濕度與粉塵的濃度，所述環(huán)境調(diào)節(jié)裝置包括亮度調(diào)節(jié)單元、濕度調(diào)節(jié)單元和粉塵調(diào)節(jié)單元。粉塵調(diào)節(jié)單元，包括裝載平臺(tái)，裝載平臺(tái)表面上設(shè)有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，粉塵噴射器，粉塵噴射器的高度可調(diào)；粉塵噴射器包括粉塵罩，粉塵罩的入口通過輸粉管與供粉機(jī)構(gòu)連接，供粉機(jī)構(gòu)與壓縮空氣動(dòng)力源連接，在粉塵罩出口處設(shè)有抽吸部，粉塵罩通過固定架固定于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)置可調(diào)節(jié)固定架轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，從而控制吹動(dòng)的方向。為了更好模擬隧道工程中實(shí)際情況，采用本專利技術(shù)的隧道粉塵模擬系統(tǒng)，使得粉塵罩噴射面朝向隧道的作業(yè)面，作業(yè)面為開挖隧道不斷向前推進(jìn)的工作面，包括有邊墻面、拱頂面和掌子面，可以調(diào)整粉塵噴射方向，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境，從而控制粉塵流動(dòng)路徑，更加符合隧道噴錨支護(hù)工序，使隧道粉塵模擬更加真實(shí)效果。進(jìn)一步地，為了更好的噴射，所述粉塵罩呈錐形，粉塵罩一端部尺寸大于另一端部的尺寸。進(jìn)一步地，所述抽吸部為設(shè)于粉塵罩尺寸大的端部的導(dǎo)流葉輪，并布設(shè)鋼絲罩覆蓋粉塵出口處，導(dǎo)流葉輪的葉片可雙向轉(zhuǎn)動(dòng)，并能調(diào)節(jié)導(dǎo)流葉輪的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)不同濃度的粉塵噴射，轉(zhuǎn)速快的情況下可快速實(shí)現(xiàn)粉塵濃度迅速達(dá)到某個(gè)值，可根據(jù)實(shí)際爆破能達(dá)到的粉塵效果，來選擇導(dǎo)流葉輪的速度大小。導(dǎo)流葉輪只需簡單動(dòng)力系統(tǒng)，如電機(jī)啟動(dòng)，基本原理與風(fēng)扇葉旋轉(zhuǎn)相同，控制器與旋轉(zhuǎn)電機(jī)連接，控制器控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)導(dǎo)流葉輪的旋轉(zhuǎn)。雙向轉(zhuǎn)動(dòng)是根據(jù)隧道實(shí)際情況，隧道內(nèi)實(shí)際控制粉塵的產(chǎn)生可能是因?yàn)楸频人淼纼?nèi)內(nèi)部環(huán)境產(chǎn)生，另外有可能是從隧道外側(cè)進(jìn)入到內(nèi)部的，為了更真實(shí)的實(shí)現(xiàn)模擬，導(dǎo)流葉輪最好是可雙向轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)即可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流葉輪向相反方向旋轉(zhuǎn)。進(jìn)一步地，所述粉塵噴射器一端通過所述的固定架固定于所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，另一端與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)之間設(shè)置千斤頂實(shí)現(xiàn)粉塵噴射器噴射高度可調(diào)。進(jìn)一步地，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為外殼包覆而設(shè)置在所述裝載平臺(tái)上的軸承。進(jìn)一步地，所述供粉機(jī)構(gòu)內(nèi)裝有人工粉塵，人工粉塵包括礦物性粉塵、游離二氧化硅粉塵和水泥，礦物性粉塵用來模擬隧道掌子面爆破產(chǎn)生的粉塵，游離二氧化硅粉塵、水泥用來模擬噴射混凝土工序產(chǎn)生的粉塵。隧道粉塵來源也包括原始粉塵，及在開采前因地質(zhì)作用和地質(zhì)變化等原因而生成的粉塵，存在于巖體的層理、節(jié)理和裂隙中；除此之外，工藝粉塵亦是隧道粉塵的主要來源之一，即巖體在鉆孔、棄碴裝運(yùn)、排險(xiǎn)過程中受摩擦、碰撞、擠壓等作用而產(chǎn)生的粉塵；在噴射混凝土施工中，高壓氣流吹出水泥和細(xì)沙也會(huì)產(chǎn)生大量粉塵；本專利技術(shù)中基于真實(shí)環(huán)境及以上粉塵產(chǎn)生的機(jī)理，選擇合適的人工粉塵，更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道工程中的粉塵模擬。進(jìn)一步地，在所述裝載平臺(tái)的底部設(shè)置移動(dòng)機(jī)構(gòu)，裝載平臺(tái)帶有四個(gè)車輪，保證運(yùn)輸過程中的平衡，實(shí)現(xiàn)粉塵噴射的自由移動(dòng)，提高其靈活性。進(jìn)一步地，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為旋轉(zhuǎn)電機(jī)，隧道粉塵模擬系統(tǒng)還包括控制器，控制器與旋轉(zhuǎn)電機(jī)、抽吸部分別單獨(dú)連接，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能夠水平360度旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)導(dǎo)流葉輪水平面上轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，從而控制粉塵模擬系統(tǒng)吹動(dòng)的方向和面積大小。進(jìn)一步地，在所述的粉塵罩內(nèi)設(shè)有噴嘴，噴嘴與所述的輸粉管連接。進(jìn)一步地，所述亮度調(diào)節(jié)單元包括發(fā)光部件，發(fā)光部件與功率開關(guān)連接。進(jìn)一步地，所述濕度調(diào)節(jié)單元包括加濕器裝置和與加濕器裝置連接的可調(diào)節(jié)大小的濕度調(diào)節(jié)器。隧道環(huán)境量化模擬系統(tǒng)的使用方法，具體步驟如下：1)在模擬隧道開挖、探測(cè)試驗(yàn)時(shí)，更換具有不同地質(zhì)特征的掌子面模擬面；2)數(shù)據(jù)采集裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)獲取環(huán)境特征參數(shù)并反饋給控制裝置，在無數(shù)據(jù)采集裝置的情況下，由人工通過控制裝置調(diào)節(jié)環(huán)境調(diào)節(jié)裝置；3)控制裝置通過環(huán)境調(diào)節(jié)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬隧道內(nèi)環(huán)境特征參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到模擬真實(shí)隧道不同施工階段的環(huán)境效果；4)控制裝置控制圖像采集裝置采集掌子面的特征數(shù)據(jù)，并通過分析測(cè)試設(shè)備分析攝像掃描試驗(yàn)裝置對(duì)隧道內(nèi)不同環(huán)境特征參數(shù)的敏感度。采用上述的方法，數(shù)據(jù)采集裝置將采集的相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給控制裝置，在此過程中分析攝像掃描試驗(yàn)裝置對(duì)不同環(huán)境的敏感度，從而在后續(xù)的實(shí)際工程中，根據(jù)水汽濃度、粉塵濃度等具體環(huán)境選擇合適的攝影設(shè)備(配件選型及參數(shù)選擇)，同時(shí)，粉塵的模擬環(huán)境進(jìn)一步使得上述的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步符合實(shí)際工程，提高了攝像掃描試驗(yàn)裝置對(duì)復(fù)雜環(huán)境敏感度測(cè)量的準(zhǔn)確性。本專利技術(shù)的有益效果是：1.通過模擬隧道真實(shí)環(huán)境特征，并通過各裝置實(shí)現(xiàn)在隧道施工時(shí)，各環(huán)境參數(shù)的模擬，可獲取數(shù)碼相機(jī)、成像儀和激光掃描儀等對(duì)隧道內(nèi)不同環(huán)境特征參數(shù)的敏感度，對(duì)提高實(shí)際施工環(huán)境中設(shè)備的可靠性具有指導(dǎo)意義；2.掌子面模擬面可更換，實(shí)現(xiàn)不同地質(zhì)隧道開挖與探測(cè)的模擬，滿足更多模擬隧道內(nèi)實(shí)驗(yàn)需求，節(jié)約占用實(shí)際隧道現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間，從而節(jié)約隧道施工過程中的財(cái)力物力資源；3.本專利技術(shù)根據(jù)隧道內(nèi)真實(shí)環(huán)境及粉塵產(chǎn)生機(jī)理，人工模擬隧道粉塵，能夠配制粉塵級(jí)配和粉塵粒徑，并方便實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道內(nèi)粉塵濃度的調(diào)節(jié)。4.本專利技術(shù)通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及千斤頂?shù)脑O(shè)置，可以水平360度調(diào)節(jié)粉塵噴射方向，豎直仰角最大可到某一角度，適應(yīng)性強(qiáng)。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本專利技術(shù)粉塵調(diào)節(jié)單元示意圖；圖中1.控制裝置；2.本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
隧道環(huán)境量化模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括：模擬隧道，模擬隧道內(nèi)一側(cè)設(shè)置掌子面模擬面；用于獲取隧道掌子面模擬面圖像的攝像掃描試驗(yàn)裝置，設(shè)于模擬隧道內(nèi)；用于模擬并可調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)的環(huán)境調(diào)節(jié)裝置，該裝置設(shè)于模擬隧道內(nèi)；控制裝置，設(shè)于模擬隧道內(nèi)，該裝置與所述的攝像掃描試驗(yàn)裝置和環(huán)境調(diào)節(jié)裝置分別單獨(dú)連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.隧道環(huán)境量化模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括：模擬隧道，模擬隧道內(nèi)一側(cè)設(shè)置掌子面模擬面；用于獲取隧道掌子面模擬面圖像的攝像掃描試驗(yàn)裝置，設(shè)于模擬隧道內(nèi)；用于模擬并可調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)的環(huán)境調(diào)節(jié)裝置，該裝置設(shè)于模擬隧道內(nèi)；控制裝置，設(shè)于模擬隧道內(nèi)，該裝置與所述的攝像掃描試驗(yàn)裝置和環(huán)境調(diào)節(jié)裝置分別單獨(dú)連接。2.如權(quán)利要求1所述的隧道環(huán)境量化模擬系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于采集環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集裝置，所述環(huán)境調(diào)節(jié)裝置包括亮度調(diào)節(jié)單元、濕度調(diào)節(jié)單元和粉塵調(diào)節(jié)單元。3.如權(quán)利要求2所述的隧道環(huán)境量化模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述粉塵調(diào)節(jié)單元包括裝載平臺(tái)，裝載平臺(tái)表面上設(shè)有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，粉塵噴射器，粉塵噴射器的高度可調(diào)；粉塵噴射器包括粉塵罩，粉塵罩的入口通過輸粉管與供粉機(jī)構(gòu)連接，供粉機(jī)構(gòu)與壓縮空氣動(dòng)力源連接，在粉塵罩出口處設(shè)有抽吸部，粉塵罩通過固定架固定于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上。4.如權(quán)利要求3所述的隧道環(huán)境量化模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述粉塵噴射器一端通過所述的固定架固定于所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，另一端與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)之間設(shè)置千斤頂實(shí)現(xiàn)粉塵噴射器噴射高度可調(diào)。5.如權(quán)利要求3所述的隧道環(huán)境量化模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述供粉機(jī)構(gòu)內(nèi)裝有人工粉塵，人工粉塵包括礦物性粉塵、游離二氧化硅粉塵和水泥，礦物性粉塵用來模擬隧道掌子面...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李利平，張延歡，石少帥，劉洪亮，孫尚渠，賀鵬，胡杰，張?jiān)迄i，劉振華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：山東大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：山東;37