本发明专利技术涉及一种隧道环境量化模拟系统及其使用方法,该试验系统主要包括控制装置、摄像扫描试验平台、环境调节装置、环境调节装置包括亮度调节单元、湿度调节单元和粉尘调节单元。本发明专利技术开发了掌子面信息采集设备对隧道内环境因素敏感度的实验系统,实验系统通过模拟隧道真实环境特征,改变影响设备工作的光照强度、粉尘浓度、水汽湿度等主要因素,试验设备对各影响因素的敏感性,从而指导隧道结构面采集设备配件选型及相关参数调整,以提高研发设备的可靠性及实用性。本发明专利技术结构简单,操作简便,提高工作效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道模拟试验,尤其涉及隧道环境量化模拟系统及方法。
技术介绍
随着国家加大基础设施建设力度,规模不断增大,建设难度也不断加大,很多地方由于地理位置的原因,隧道建设占有很大比重。同时我国地下空间开发利用正在向现代化、科学化的方向发展。在隧道实际建设过程中,需要对隧道掌子面的结构面及前方地质结构作出预测,人工预测会浪费大量的人力、财力、物力,这就需要进一步对掌子面摄像扫描设备进行研发改进。同时掌子面摄像扫描设备对隧道环境因素敏感性较大,通过测试摄像扫描设备对环境因素敏感程度,有利于改进设备性能及实用性,解放人力物力,隧道内施工工序紧密,不利于进行长时间测试。所以构建隧道环境量化模拟系统是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术存在的上述不足,本专利技术提供了一种隧道环境量化模拟系统,该系统便于模拟隧道内环境特征,获取摄像、扫描设备敏感性参数,从而指导隧道结构面采集设备配件选型及相关参数调整,以提高研发设备的可靠性及实用性。掌子面的便于更替可实现模拟隧道开挖、探测等,满足更多模拟隧道内实验需求,并可节约占用实际隧道现场施工时间。还提供了隧道环境量化模拟系统的使用方法,通过对隧道环境的模拟,得出摄像扫描试验装置与隧道内试验环境的关系。为了达成上述目的,本专利技术采用如下技术方案:隧道环境量化模拟系统,包括:模拟隧道,模拟隧道内一侧设置掌子面模拟面,该掌子面模拟面可更换;用于获取隧道掌子面模拟面图像的摄像扫描试验装置,设于模拟隧道内;摄像扫描试验装置固定于一个摄像扫描试验平台,摄像扫描试验装置为数码相机或者成像仪或者激光扫描仪,这些装置应调整选型及相关参数,以更加适合隧道环境应用,摄像扫描试验装置对掌子面的原始地质信息进行保存,以便后期对隧道掌子面围岩结构面信息进行分析处理;用于模拟并可调节环境参数的环境调节装置,该装置设于模拟隧道内;控制装置,设于模拟隧道内,该装置与所述的摄像扫描试验装置和环境调节装置分别单独连接,控制装置为可编程控制器。进一步地,还包括用于采集环境参数数据的数据采集装置,通过数据采集装置采集的数据向控制装置传送这些数据,以便控制装置控制环境调节装置的动作,数据采集装置包括水汽湿度检测仪器以及粉尘浓度传感器以检测模拟隧道内的湿度与粉尘的浓度,所述环境调节装置包括亮度调节单元、湿度调节单元和粉尘调节单元。粉尘调节单元,包括装载平台,装载平台表面上设有旋转机构,粉尘喷射器,粉尘喷射器的高度可调;粉尘喷射器包括粉尘罩,粉尘罩的入口通过输粉管与供粉机构连接,供粉机构与压缩空气动力源连接,在粉尘罩出口处设有抽吸部,粉尘罩通过固定架固定于旋转机构上,旋转机构的设置可调节固定架转动的角度,从而控制吹动的方向。为了更好模拟隧道工程中实际情况,采用本专利技术的隧道粉尘模拟系统,使得粉尘罩喷射面朝向隧道的作业面,作业面为开挖隧道不断向前推进的工作面,包括有边墙面、拱顶面和掌子面,可以调整粉尘喷射方向,满足现场施工环境,从而控制粉尘流动路径,更加符合隧道喷锚支护工序,使隧道粉尘模拟更加真实效果。进一步地,为了更好的喷射,所述粉尘罩呈锥形,粉尘罩一端部尺寸大于另一端部的尺寸。进一步地,所述抽吸部为设于粉尘罩尺寸大的端部的导流叶轮,并布设钢丝罩覆盖粉尘出口处,导流叶轮的叶片可双向转动,并能调节导流叶轮的转速实现不同浓度的粉尘喷射,转速快的情况下可快速实现粉尘浓度迅速达到某个值,可根据实际爆破能达到的粉尘效果,来选择导流叶轮的速度大小。导流叶轮只需简单动力系统,如电机启动,基本原理与风扇叶旋转相同,控制器与旋转电机连接,控制器控制旋转电机的旋转,进而带动导流叶轮的旋转。双向转动是根据隧道实际情况,隧道内实际控制粉尘的产生可能是因为爆破等隧道内内部环境产生,另外有可能是从隧道外侧进入到内部的,为了更真实的实现模拟,导流叶轮最好是可双向转动,旋转电机反转即可实现导流叶轮向相反方向旋转。进一步地,所述粉尘喷射器一端通过所述的固定架固定于所述的旋转机构,另一端与旋转机构之间设置千斤顶实现粉尘喷射器喷射高度可调。进一步地,所述旋转机构为外壳包覆而设置在所述装载平台上的轴承。进一步地,所述供粉机构内装有人工粉尘,人工粉尘包括矿物性粉尘、游离二氧化硅粉尘和水泥,矿物性粉尘用来模拟隧道掌子面爆破产生的粉尘,游离二氧化硅粉尘、水泥用来模拟喷射混凝土工序产生的粉尘。隧道粉尘来源也包括原始粉尘,及在开采前因地质作用和地质变化等原因而生成的粉尘,存在于岩体的层理、节理和裂隙中;除此之外,工艺粉尘亦是隧道粉尘的主要来源之一,即岩体在钻孔、弃碴装运、排险过程中受摩擦、碰撞、挤压等作用而产生的粉尘;在喷射混凝土施工中,高压气流吹出水泥和细沙也会产生大量粉尘;本专利技术中基于真实环境及以上粉尘产生的机理,选择合适的人工粉尘,更好的实现对隧道工程中的粉尘模拟。进一步地,在所述装载平台的底部设置移动机构,装载平台带有四个车轮,保证运输过程中的平衡,实现粉尘喷射的自由移动,提高其灵活性。进一步地,所述旋转机构为旋转电机,隧道粉尘模拟系统还包括控制器,控制器与旋转电机、抽吸部分别单独连接,旋转机构能够水平360度旋转,调节导流叶轮水平面上转动的角度,从而控制粉尘模拟系统吹动的方向和面积大小。进一步地,在所述的粉尘罩内设有喷嘴,喷嘴与所述的输粉管连接。进一步地,所述亮度调节单元包括发光部件,发光部件与功率开关连接。进一步地,所述湿度调节单元包括加湿器装置和与加湿器装置连接的可调节大小的湿度调节器。隧道环境量化模拟系统的使用方法,具体步骤如下:1)在模拟隧道开挖、探测试验时,更换具有不同地质特征的掌子面模拟面;2)数据采集装置实时监测获取环境特征参数并反馈给控制装置,在无数据采集装置的情况下,由人工通过控制装置调节环境调节装置;3)控制装置通过环境调节装置实现对模拟隧道内环境特征参数进行调节,达到模拟真实隧道不同施工阶段的环境效果;4)控制装置控制图像采集装置采集掌子面的特征数据,并通过分析测试设备分析摄像扫描试验装置对隧道内不同环境特征参数的敏感度。采用上述的方法,数据采集装置将采集的相关数据发送给控制装置,在此过程中分析摄像扫描试验装置对不同环境的敏感度,从而在后续的实际工程中,根据水汽浓度、粉尘浓度等具体环境选择合适的摄影设备(配件选型及参数选择),同时,粉尘的模拟环境进一步使得上述的试验结果进一步符合实际工程,提高了摄像扫描试验装置对复杂环境敏感度测量的准确性。本专利技术的有益效果是:1.通过模拟隧道真实环境特征,并通过各装置实现在隧道施工时,各环境参数的模拟,可获取数码相机、成像仪和激光扫描仪等对隧道内不同环境特征参数的敏感度,对提高实际施工环境中设备的可靠性具有指导意义;2.掌子面模拟面可更换,实现不同地质隧道开挖与探测的模拟,满足更多模拟隧道内实验需求,节约占用实际隧道现场施工时间,从而节约隧道施工过程中的财力物力资源;3.本专利技术根据隧道内真实环境及粉尘产生机理,人工模拟隧道粉尘,能够配制粉尘级配和粉尘粒径,并方便实现对隧道内粉尘浓度的调节。4.本专利技术通过旋转机构以及千斤顶的设置,可以水平360度调节粉尘喷射方向,竖直仰角最大可到某一角度,适应性强。附图说明图1为本专利技术的结构示意图;图2为本专利技术粉尘调节单元示意图;图中1.控制装置;2.本文档来自技高网...
【技术保护点】
隧道环境量化模拟系统,其特征在于,包括:模拟隧道,模拟隧道内一侧设置掌子面模拟面;用于获取隧道掌子面模拟面图像的摄像扫描试验装置,设于模拟隧道内;用于模拟并可调节环境参数的环境调节装置,该装置设于模拟隧道内;控制装置,设于模拟隧道内,该装置与所述的摄像扫描试验装置和环境调节装置分别单独连接。
【技术特征摘要】
1.隧道环境量化模拟系统,其特征在于,包括:模拟隧道,模拟隧道内一侧设置掌子面模拟面;用于获取隧道掌子面模拟面图像的摄像扫描试验装置,设于模拟隧道内;用于模拟并可调节环境参数的环境调节装置,该装置设于模拟隧道内;控制装置,设于模拟隧道内,该装置与所述的摄像扫描试验装置和环境调节装置分别单独连接。2.如权利要求1所述的隧道环境量化模拟系统,其特征在于,还包括用于采集环境参数数据的数据采集装置,所述环境调节装置包括亮度调节单元、湿度调节单元和粉尘调节单元。3.如权利要求2所述的隧道环境量化模拟系统,其特征在于,所述粉尘调节单元包括装载平台,装载平台表面上设有旋转机构,粉尘喷射器,粉尘喷射器的高度可调;粉尘喷射器包括粉尘罩,粉尘罩的入口通过输粉管与供粉机构连接,供粉机构与压缩空气动力源连接,在粉尘罩出口处设有抽吸部,粉尘罩通过固定架固定于旋转机构上。4.如权利要求3所述的隧道环境量化模拟系统,其特征在于,所述粉尘喷射器一端通过所述的固定架固定于所述的旋转机构,另一端与旋转机构之间设置千斤顶实现粉尘喷射器喷射高度可调。5.如权利要求3所述的隧道环境量化模拟系统,其特征在于,所述供粉机构内装有人工粉尘,人工粉尘包括矿物性粉尘、游离二氧化硅粉尘和水泥,矿物性粉尘用来模拟隧道掌子面...
【专利技术属性】
技术研发人员:李利平,张延欢,石少帅,刘洪亮,孙尚渠,贺鹏,胡杰,张云鹏,刘振华,
申请(专利权)人:山东大学,
类型:发明
国别省市:山东;37
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