一、裝置闡述：

隧道多種超前支護模擬試驗裝置是一種用于模擬隧道多種超前支護的試驗裝置，屬于地下工程技術(shù)領域。本裝置通過縮尺模型試驗，模擬不同超前支護類型及不同隧道施工工藝下圍巖受力與變形特征，揭示超前支護對隧道開挖過程中圍巖未定型的作用機制，為實際隧道工程的超前支護設計與施工提供試驗依據(jù)。

二、裝置組成與功能：

1. 箱體系統(tǒng)

(1) 結(jié)構(gòu)設計：采用高強度鋼材或有機玻璃搭建封閉模型箱體，尺寸根據(jù)試驗需求定制，保證足夠空間模擬隧道及周圍地層環(huán)境。

(2) 功能：作為試驗載體，內(nèi)部填充相似材料模擬實際地層，箱體側(cè)面可設透明觀察窗，便于直觀記錄試驗過程。

2. 超前支護系統(tǒng)

(1) 核心組件：包含鋼拱架、錨桿、鋼管、超前小導管等。

(2) 功能：可靈活組合不同支護類型，通過調(diào)整支護參數(shù)，模擬多樣化的超前支護方案。

3. 橡膠充氣裝置

(1) 結(jié)構(gòu)：由橡膠氣囊、充氣泵、控制閥組成，氣囊埋設于模型隧道預設位置。

(2) 功能：通過充氣使氣囊膨脹，模擬隧道開挖過程中的“開挖面推進”——氣囊膨脹擠壓周圍地層，模擬實際施工中開挖引起的地層應力釋放與變形，實現(xiàn)開挖過程的動態(tài)模擬。

4. 受力變形監(jiān)測系統(tǒng)

(1) 監(jiān)測設備：

單點位移計：埋設于地層及支護結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置，監(jiān)測位移變化。

單點應變片：粘貼于鋼拱架、錨桿等支護構(gòu)件表面，采集應變數(shù)據(jù)，換算受力情況。

(2) 數(shù)據(jù)采集：通過數(shù)據(jù)線連接至應變儀及數(shù)據(jù)采集儀，實時記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)，生成變化曲線。

三、裝置的主要功能：

1、模擬多樣化超前支護：通過組合鋼拱架、錨桿、鋼管、超前小導管等組件，精準模擬實際工程中不同類型的超前支護形式，且能靈活調(diào)整支護參數(shù)，滿足多樣化試驗需求。

2、動態(tài)模擬隧道開挖過程：借助橡膠充氣裝置的充氣膨脹過程，模擬隧道開挖時的地層應力釋放與變形，還原開挖面推進對周圍圍巖的影響，實現(xiàn)開挖過程的動態(tài)模擬。

3、監(jiān)測圍巖及支護結(jié)構(gòu)受力變形：通過單點位移計和應變片，實時采集圍巖的位移變化及支護構(gòu)件的應變數(shù)據(jù)，精準反映不同支護方案下圍巖穩(wěn)定性和支護結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。

4、對比分析支護效果：通過更換支護組合、調(diào)整試驗參數(shù)，對比不同方案下的監(jiān)測數(shù)據(jù)，揭示各類超前支護對圍巖穩(wěn)定性的作用機制，為工程設計與施工優(yōu)化提供試驗依據(jù)。

四、試驗流程

1. 模型制備：在箱體內(nèi)分層填筑相似材料，按實際地層比例配置，壓實后埋入超前支護組件，并布置位移計和應變片。

2. 系統(tǒng)調(diào)試：檢查橡膠充氣裝置密封性，調(diào)試監(jiān)測系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)采集正常。

3. 模擬開挖：啟動橡膠充氣裝置，按設定速率充氣，同步記錄地層及支護結(jié)構(gòu)的位移、應變數(shù)據(jù)。

4. 方案對比：更換不同超前支護組合，重復試驗，對比分析不同方案下的圍巖穩(wěn)定性差異。

5. 數(shù)據(jù)整理：匯總試驗數(shù)據(jù)，分析超前支護對控制地層變形、降低結(jié)構(gòu)受力的作用效果，形成試驗報告。

五、應用價值

1、直觀模擬隧道超前支護的實際工作狀態(tài)，揭示不同支護方案的力學響應規(guī)律。

2、為優(yōu)化超前支護設計（如支護類型選擇、參數(shù)調(diào)整）提供試驗支撐，降低工程實踐中的風險。

3、適用于教學、科研及工程前期論證，助力理解超前支護與圍巖的相互作用機制。