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原文传递用于溶洞沼气地层的多重运营荷载诱发地面沉降防控装置

专利名称：	用于溶洞沼气地层的多重运营荷载诱发地面沉降防控装置
摘要：	本申请属于运营荷载诱发地面沉降防控技术领域，提供一种用于溶洞沼气地层的多重运营荷载诱发地面沉降防控装置。本申请能同时模拟城市高密集区地上和地下多重运营荷载在不同的运营工况下引起的地面沉降，并获取精准的地面沉降数据，以有效防控地面沉降灾害发生；本申请能模拟城市高密集区地铁运营区含溶洞的高压沼气地层对地面沉降的影响，并能获得含溶洞的高压沼气地层对地面沉降的分布规律，以降低含溶洞高压沼气地层进行地铁施工的风险，降低施工成本；本申请能获取不同降雨量的条件下城市高密集区地铁运营引起的地面沉降数据，以降低防汛期城市地铁施工引发的各类风险，节约工期，确保地铁施工的安全。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	浙江科技学院
发明人：	邹宝平;牟军东;张昊泽;罗战友;刘治平;李震宇;姜茗耀;谢况琴
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-07T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-08T00:00:00+0800
申请号：	CN201910724213.1
公开号：	CN110426503A
代理机构：	上海科律专利代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	叶凤;李耀霞
分类号：	G01N33/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	310023 浙江省杭州市西湖区留和路318号
主权项：	1.一种用于溶洞沼气地层的多重运营荷载诱发地面沉降防控装置，其特征在于：包括位移传感系统(1)、振动传感系统(2)、分层沉降标监测系统(3)、激振系统(4)、运营隧道(5)、函数信号发生器(6)、功率放大器(7)、测振仪(8)、地面沉降监测仪(9)、密集建筑群(10)、隧道上方填土(11)、隧道洞身填土(12)、隧道底部填土(13)、大型地质模型箱(14)、第一输出电缆(15)、第二输出电缆(16)、分层沉降量测井系统(25)、测斜井系统(26)、固定器(33)、气囊式溶洞沼气地层模拟系统(34)、限压板(35)、限压环(36)、自然降雨模拟系统；大型地质模型箱(14)内自下向上依次填装隧道底部填土(13)、隧道洞身填土(12)和隧道上方填土(11)；隧道洞身填土(12)中心内沿大型地质模型箱(14)前后方向设置运营隧道(5)；密集建筑群(10)包括第一建筑模型(1001)、第二建筑模型(1002)，第一建筑模型(1001)、第二建筑模型(1002)呈左右对称分别设置于隧道上方填土(11)的上表面，以模拟城市高密集区的地表建筑物；隧道洞身填土(12)中设置有两个气囊式溶洞沼气地层模拟系统(34)，均位于运营隧道(5)的外壁上端，且等距离距布设；气囊式溶洞沼气地层模拟系统(34)包括自闭式气体控制器(3401)、沼气蛛网状气囊(3402)、溶洞拱形气囊(3403)、限压口(3404)、输气管(3405)、地下沼体(3406)、气囊卸压后的溶洞(3407)；若干沼气蛛网状气囊(3402)呈蛛网状布设在溶洞拱形气囊(3403)上，并与溶洞拱形气囊(3403)连通，同时沼气蛛网状气囊(3402)的顶部设置限压口(3404)，且限压口(3404)通过限压环(36)与限压板(35)胶接；溶洞拱形气囊(3403)安装在固定器(33)上，固定器(33)与运营隧道(5)的内壁胶接，同时溶洞拱形气囊(3403)内部设置自闭式气体控制器(3401)，输气管(3405)的一端穿过固定器(33)与自闭式气体控制器(3401)连接，输气管(3405)另一端与外接人工沼气系统连接；自然降雨模拟系统包括淋喷降雨模拟器(28)、流量控制计(29)、旋转杆(30)、水管(31)；淋喷降雨模拟器(28)设置在大型地质模型箱(14)上方，并通过旋转杆(30)与流量控制计(29)连接，流量控制计(29)通过水管(31)与外接水源连接，通过流量控制计(29)控制淋喷降雨模拟器(28)喷淋出的水量大小，通过旋转杆(30)控制淋喷降雨模拟器(28)喷淋的角度；同时，大型地质模型箱(14)的底部开设有排水口(27)，用于排水；激振系统(4)包括第一激振器(401)、第二激振器(402)，且第一激振器(401)、第二激振器(402)的内部中心轴处均设置有激振棒(403)，第一激振器(401)设置于运营隧道(5)的内部中心位置，第二激振器(402)设置于隧道上方填土(11)的上表面并位于第一建筑模型(1001)、第二建筑模型(1002)之间的中心位置；函数信号发生器(6)通过第一输出电缆(15)与功率放大器(7)连接，功率放大器(7)通过第二输出电缆(16)与第一激振器(401)、第二激振器(402)连接；运营荷载的频率通过函数信号发生器(6)进行输入，并输送至功率放大器(7)，通过功率放大器(7)分别控制第一激振器(401)和第二激振器(402)输出不同振幅和频率的振动，以模拟地下地铁运营和城市轨道交通运营引起的振动荷载；位移传感系统(1)设置于隧道上方填土(11)上表面及其内部的第一预设位置，并与地面沉降监测仪(9)连接，通过地面沉降监测仪(9)监测隧道上方填土(11)上表面及其内部的第一预设位置土体振动后引发的地面沉降；振动传感系统(2)设置于隧道上方填土(11)上表面的第二预设位置，用于感应隧道上方填土(11)上表面的第二预设位置的城市轨道交通运营和地下地铁运营引起的振动荷载；测振仪(8)与振动传感系统(2)连接，用于监测隧道上方填土(11)上表面的第二预设位置处城市轨道交通运营和地下地铁运营引起的地面沉降；分层沉降标监测系统(3)设置于大型地质模型箱(14)内的不同土层埋深处；地面沉降监测仪(9)与分层沉降标监测系统(3)连接，用于监测大型地质模型箱(14)内不同土层埋深处的土体沉降量；测斜井系统(26)设置在大型地质模型箱(14)内，用于量测在大型地质模型箱(14)内任意位置土体的侧向偏移的变化量。 2.根据权利要求1所述的用于溶洞沼气地层的多重运营荷载诱发地面沉降防控装置，其特征在于：振动传感系统(2)包括第一振动传感器(201)、第二振动传感器(202)、第三振动传感器(203)；第一振动传感器(201)布设在大型地质模型箱(14)的地表中心，并位于运营隧道(5)的正上方；第二振动传感器(202)布设在第二建筑模型(1002)的前方；第三振动传感器(203)布设在第一建筑模型(1001)的前方。 3.根据权利要求2所述的用于溶洞沼气地层的多重运营荷载诱发地面沉降防控装置，其特征在于：位移传感系统(1)包括第一位移传感器(101)、第二位移传感器(102)、第三位移传感器(103)、第四位移传感器(104)、第五位移传感器(105)；第一位移传感器(101)布设在紧邻第一建筑模型(1001)的右侧中心，第二位移传感器(102)布设在紧邻第二建筑模型(1002)的左侧中心，第三位移传感器(103)布设在紧邻第一振动传感器(201)的后侧中心，第四位移传感器(104)布设在紧邻第一建筑模型(1001)的前侧中心，第五位移传感器(105)布设在紧邻第二建筑模型(1002)的前侧中心；第一位移传感器(101)、第二位移传感器(102)、第三位移传感器(103)、第四位移传感器(104)、第五位移传感器(105)分别与地面沉降监测仪(9)连接，通过地面沉降监测仪(9)监测隧道上方填土(11)上表面第二预设位置的土体沉降量。 4.根据权利要求1所述的用于溶洞沼气地层的多重运营荷载诱发地面沉降防控装置，其特征在于：分层沉降量测井系统(25)包括第一分层沉降管(2501)、第二分层沉降管(2502)、第三分层沉降管(2503)、第四分层沉降管(2504)；第一分层沉降管(2501)、第二分层沉降管(2502)、第三分层沉降管(2503)、第四分层沉降管(2504)均埋设在隧道上方填土(11)中，且第一分层沉降管(2501)、第二分层沉降管(2502)的埋设深度相同，第三分层沉降管(2503)、第四分层沉降管(2504)的埋设深度相同，同时第一分层沉降管(2501)和第二分层沉降管(2502)的埋深大于第三分层沉降管(2503)、第四分层沉降管(2504)的埋深；第一分层沉降管(2501)、第四分层沉降管(2504)、第三分层沉降管(2503)、第二分层沉降管(2502)依次位于在大型地质模型箱(14)的前端从右向左的1/5处、2/5处、3/5处、4/5处。 5.根据权利要求4所述的用于溶洞沼气地层的多重运营荷载诱发地面沉降防控装置，其特征在于：位移传感系统(1)包括第六位移传感器(106)、第七位移传感器(107)、第八位移传感器(108)、第九位移传感器(109)；第六位移传感器(106)、第七位移传感器(107)、第八位移传感器(108)、第九位移传感器(109)分别对应设置在第一分层沉降管(2501)、第二分层沉降管(2502)、第三分层沉降管(2503)、第四分层沉降管(2504)的底部，并分别与地面沉降监测仪(9)连接，通过地面沉降监测仪(9)监测隧道上方填土(11)不同埋深位置的土体沉降量。 6.根据权利要求1所述的用于溶洞沼气地层的多重运营荷载诱发地面沉降防控装置，其特征在于：分层沉降标监测系统(3)包括第一分层沉降标(301)、第二分层沉降标(302)、第三分层沉降标(303)、第四分层沉降标(304)；第一分层沉降标(301)布设在大型地质模型箱(14)左后侧边水平位置的1/4处，第二分层沉降标(302)布设在大型地质模型箱(14)右后侧边水平位置的1/4处，第三分层沉降标(303)布设在大型地质模型箱(14)左前侧边水平位置的1/4处，、第四分层沉降标(304)布设在大型地质模型箱(14)右前侧边水平位置的1/4处，且第一分层沉降标(301)、第二分层沉降标(302)、第三分层沉降标(303)、第四分层沉降标(304)的布设高度均与大型地质模型箱(14)的高度等同。 7.根据权利要求1所述的用于溶洞沼气地层的多重运营荷载诱发地面沉降防控装置，其特征在于：测斜井系统(26)包括第一测斜管(2601)、第二测斜管(2602)、第三测斜管(2603)；第一测斜管(2601)布设在第一建筑模型(1001)右后侧直角与大型地质模型箱(14)右后侧直角之间的中心位置；第二测斜管(2602)布设在第二建筑模型(1002)左后侧直角与大型地质模型箱(14)左后侧直角之间的中心位置；第三测斜管(2603)布设在大型地质模型箱(14)后侧边中心位置并位于淋喷降雨模拟器(28)的前方。 8.根据权利要求1所述的用于溶洞沼气地层的多重运营荷载诱发地面沉降防控装置，其特征在于：函数信号发生器(6)内置有电压旋钮(21)、函数信号发生器开关(22)、频率旋钮(23)、函数信号发生器电源(24)；函数信号发生器开关(22)用于控制函数信号发生器(6)的打开与关闭，电压旋钮(21)用于控制函数信号发生器(6)电压输出的大小，频率旋钮(23)用于控制函数信号发生器(6)频率的输出大小，函数信号发生器电源(24)主要是为函数信号发生器(6)的正常工作提供电源。 9.根据权利要求1所述的用于溶洞沼气地层的多重运营荷载诱发地面沉降防控装置，其特征在于：功率放大器(7)内置有功率放大器电源(17)、故障指示灯(18)、功率放大器开关(19)、功率放大器旋钮(20)；功率放大器开关(19)用于控制功率放大器(7)的开启与关闭，故障指示灯(18)用于显示功率放大器出现的故障，功率放大器旋钮(20)用于控制功率放大器(7)的电压和电流输出，功率放大器电源(17)用于为功率放大器(7)提供电源。 10.根据权利要求1所述的用于溶洞沼气地层的多重运营荷载诱发地面沉降防控装置，其特征在于：自闭式气体控制器(3401)是一个倒Y形密闭结构，其上端进入溶洞拱形气囊(3403)的内部，其下端通过固定器(33)与输气管(3405)连接；当地下沼体(3406)在压力作用下通过输气管(3405)进入自闭式气体控制器(3401)时，其上端的倒Y形密闭口会因压力张开释放地下沼体(3406)进入溶洞拱形气囊(3403)的内部，当地下沼体(3406)释放完毕时，其倒Y形密闭口会因压力消失和自行封闭，确保压力恒定。
所属类别：	发明专利