一、装置阐述：
隧道多种超前支护模拟试验装置是一种用于模拟隧道多种超前支护的试验装置，属于地下工程技术领域。本装置通过缩尺模型试验，模拟不同超前支护类型及不同隧道施工工艺下围岩受力与变形特征，揭示超前支护对隧道开挖过程中围岩未定型的作用机制，为实际隧道工程的超前支护设计与施工提供试验依据。
二、装置组成与功能：
1. 箱体系统
(1) 结构设计：采用高强度钢材或有机玻璃搭建封闭模型箱体，尺寸根据试验需求定制，保证足够空间模拟隧道及周围地层环境。
(2) 功能：作为试验载体，内部填充相似材料模拟实际地层，箱体侧面可设透明观察窗，便于直观记录试验过程。
2. 超前支护系统
(1) 核心组件：包含钢拱架、锚杆、钢管、超前小导管等。
(2) 功能：可灵活组合不同支护类型，通过调整支护参数，模拟多样化的超前支护方案。
3. 橡胶充气装置
(1) 结构：由橡胶气囊、充气泵、控制阀组成，气囊埋设于模型隧道预设位置。
(2) 功能：通过充气使气囊膨胀，模拟隧道开挖过程中的“开挖面推进”——气囊膨胀挤压周围地层，模拟实际施工中开挖引起的地层应力释放与变形，实现开挖过程的动态模拟。
4. 受力变形监测系统
(1) 监测设备：
单点位移计：埋设于地层及支护结构关键位置，监测位移变化。
单点应变片：粘贴于钢拱架、锚杆等支护构件表面，采集应变数据，换算受力情况。
(2) 数据采集：通过数据线连接至应变仪及数据采集仪，实时记录监测数据，生成变化曲线。
三、装置的主要功能：
1、模拟多样化超前支护：通过组合钢拱架、锚杆、钢管、超前小导管等组件，精准模拟实际工程中不同类型的超前支护形式，且能灵活调整支护参数，满足多样化试验需求。
2、动态模拟隧道开挖过程：借助橡胶充气装置的充气膨胀过程，模拟隧道开挖时的地层应力释放与变形，还原开挖面推进对周围围岩的影响，实现开挖过程的动态模拟。
3、监测围岩及支护结构受力变形：通过单点位移计和应变片，实时采集围岩的位移变化及支护构件的应变数据，精准反映不同支护方案下围岩稳定性和支护结构受力状态。
4、对比分析支护效果：通过更换支护组合、调整试验参数，对比不同方案下的监测数据，揭示各类超前支护对围岩稳定性的作用机制，为工程设计与施工优化提供试验依据。
四、试验流程
1. 模型制备：在箱体内分层填筑相似材料，按实际地层比例配置，压实后埋入超前支护组件，并布置位移计和应变片。
2. 系统调试：检查橡胶充气装置密封性，调试监测系统，确保数据采集正常。
3. 模拟开挖：启动橡胶充气装置，按设定速率充气，同步记录地层及支护结构的位移、应变数据。
4. 方案对比：更换不同超前支护组合，重复试验，对比分析不同方案下的围岩稳定性差异。
5. 数据整理：汇总试验数据，分析超前支护对控制地层变形、降低结构受力的作用效果，形成试验报告。
五、应用价值
1、直观模拟隧道超前支护的实际工作状态，揭示不同支护方案的力学响应规律。
2、为优化超前支护设计（如支护类型选择、参数调整）提供试验支撑，降低工程实践中的风险。
3、适用于教学、科研及工程前期论证，助力理解超前支护与围岩的相互作用机制。
