CN103742196B - 一种隧道掘进机地层安全监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道掘进机地层安全监测装置，包括三个压力传感器、控制单元，所述的三个压力传感器分别设置在隧道掘进机的前盾、中盾、盾尾，用于实时检测相应位置上方的压力，并将测得的压力数据传送给控制单元。本发明可以随时监测到地层压力变化，从而根据压力变化进行报警，且有助于对地层状况进行监测，对于防止隧道坍塌、地表沉降、隆起、掘进机被卡死等等有着重大作用。
Description
技术领域
本发明涉及隧道掘进机领域，尤其涉及一种隧道掘进机地层安全监测装置。
背景技术
目前,隧道掘进机在施工时由于盾体上方的地层处于不稳定状态，有时候会出现塌方等危险，给操作人员及施工人员造成人身危险，可能造成人员伤亡，道路中断，给施工方带来不良影响和经济损失。且地面系统也无法得知隧道内的情况，非常危险。通常盾体所承受的上部土层的压力没有任何检测手段和装置，而盾体上部土层的稳定性是保障掘进安全和工程质量的重要信息来源。常规土压传感器通常用于测量刀盘或螺机土仓压力，盾构现有的PLC和上位机的数据采集与记录系统则为此项功能的实现提供了硬件基础。
发明内容
本发明的目的是提供一种隧道掘进机地层安全监测装置，能够实时监测地层安全状况，随时报警，减少损失。
本发明采用下述技术方案：一种隧道掘进机地层安全监测装置，包括三个压力传感器、控制单元，所述的三个压力传感器分别设置在隧道掘进机的前盾、中盾、盾尾，用于实时检测相应位置上方的压力，并将测得的压力数据传送给控制单元。
所述的隧道掘进机的前盾的压力传感器设置在切口环正上方三角空腔内，所述的隧道掘进机的中盾的压力传感器设置在正上方两推进缸之间；掘进机的盾尾的压力传感器设置在盾尾正上方靠近密封一侧。
所述的三个压力传感器均为可拆卸土压传感器。
所述控制单元将接收的三个压力传感器的4-20mA电流信号转换为0-6Bar的盾体相应位置的压力值。
所述的控制单元与盾构控制室的工业电脑通信连接，工业电脑连接有报警单元，当某一位置的压力值大于设定的门限值持续超过一定时间后，发出报警信号；工业电脑实时显示各压力传感器的压力值与报警状态。
所述的工业电脑以1s周期将三个压力传感器的压力值进行储存，形成历史数据。
所述的控制单元还与地面系统进行通信。
所述的地面系统进行地层情况分析，盾体在掘进中，前盾、中盾、盾尾的三个传感器按顺序依次通过隧道各掘进断面，通过读取压力值可进行地层应力变化分析：当盾体没有移动的情况下，压力值变化不大，可以断定相应位置地层的状况在这个阶段地层自稳；如果检测到土压突变时，即可判定此传感器上方有坍塌或者沉降；根据数据库表所记录的前盾、中盾、盾尾三个位置到达各个掘进里程点时对应的压力值，以前盾检测到的土压值为基准，当中盾、盾尾的压力传感器检测到相应位置时，相比于历史记录中前盾土压传感器在此位置时的压力值起伏变化较大，则可以判断地层有流动，这种变化代表着地层出现沉降或空洞。
本发明所述的隧道掘进机地层安全监测装置通过前盾、中盾、盾尾设置的压力传感器可以随时监测到地层压力变化，从而根据压力变化进行报警，且有助于对地层状况进行监测，对于防止隧道坍塌、地表沉降、隆起、掘进机被卡死等等有着重大作用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开了一种隧道掘进机地层安全监测装置，其特征在于：包括三个压力传感器1、2、3、控制单元（PLC），所述的三个压力传感器1、2、3分别设置在隧道掘进机的前盾、中盾、盾尾，用于实时检测相应位置上方的压力，并将测得的压力数据传送给控制单元。其中所述的隧道掘进机的前盾的压力传感器1设置在切口环正上方三角空腔内，所述的隧道掘进机的中盾的压力传感器2设置在正上方两推进缸之间；掘进机的盾尾的压力传感器3设置在盾尾正上方靠近密封一侧，且所述的三个压力传感器均为可拆卸土压传感器，土压传感器安装后，布置可拆卸盖板，安装后将其密封于空腔内，在掘进期间传感器出现问题，可随时进行拆装更换。
所述控制单元将接收的三个压力传感器的4-20mA电流信号转换为0-6Bar的盾体相应位置的压力值，控制单元与盾构控制室的工业电脑通信连接，控制单元并将所有相关数据通过通讯传送给盾构控制室的工业电脑，工业电脑以1s周期将三个压力传感器的压力值进行储存，形成历史数据，供随时调取分析。工业电脑连接有报警单元提示司机注意，当某一位置的压力值大于设定的门限值持续超过一定时间后，发出报警信号；工业电脑可实时显示各传感器的压力值与报警状态。
所述的控制单元还与地面系统进行通信，地面系统通过通讯采集控制单元PLC的检测数据，根据配置的数据库和专家系统，经智能分析与比对，判断相应地层稳定情况。盾体在掘进中，前盾、中盾、盾尾的三个传感器按顺序依次通过隧道各掘进断面，通过读取压力值可进行地层应力变化分析：当盾体没有移动的情况下，压力值变化不大，可以断定相应位置地层的状况在这个阶段地层自稳；如果检测到土压突变，即同一位置土压值变化与同一地层正常掘进变化状态的规律和幅度显著偏离，变化达到一定速度时即可判定此传感器上方有坍塌或者沉降；根据数据库表所记录的前盾、中盾、盾尾三个位置到达各个掘进里程点时对应的压力值，以前盾检测到的土压值为基准，当中盾、盾尾的压力传感器检测到相应位置时，相比于历史记录中前盾土压传感器在此位置时的压力值起伏变化较大，即偏差大于一定范围，此偏差值的范围需要依据同等条件下正常变化的数据总结和经验积累为参照标准，从而可以判断地层有流动，这种变化代表着地层出现沉降或空洞。
所述的地面系统建立有经验数据库：此数据库收集盾构在不同地质区间的掘进历史数据，计算和总结不同条件下三个传感器检测到的压力值相互关系，经分析、认定后做为经验参考数据。掘进过程中出现与经验数据明显不符时，上位机给出相应判断和报警。数据库可以不断地得到更新和完善，随着经验数据增加，系统的判断更加准确和智能化。
Claims (4)
1.一种隧道掘进机地层安全监测装置，其特征在于：包括三个压力传感器、控制单元，所述的三个压力传感器分别设置在隧道掘进机的前盾、中盾、盾尾，用于实时检测相应位置上方的压力，并将测得的压力数据传送给控制单元；
所述的控制单元与盾构控制室的工业电脑通信连接，工业电脑连接有报警单元，当某一位置的压力值大于设定的门限值持续超过一定时间后，发出报警信号；工业电脑实时显示各压力传感器的压力值与报警状态；所述的工业电脑以1s周期将三个压力传感器的压力值进行储存，形成历史数据；
所述的控制单元还与地面系统进行通信，所述的地面系统进行地层情况分析，盾体在掘进中，前盾、中盾、盾尾的三个传感器按顺序依次通过隧道各掘进断面，通过读取压力值可进行地层应力变化分析：当盾体没有移动的情况下，压力值变化不大，可以断定相应位置地层的状况在这个阶段地层自稳；如果检测到土压突变时，即可判定此传感器上方有坍塌或者沉降；根据数据库表所记录的前盾、中盾、盾尾三个位置到达各个掘进里程点时对应的压力值，以前盾检测到的土压值为基准，当中盾、盾尾的压力传感器检测到相应位置时，相比于历史记录中前盾土压传感器在此位置时的压力值起伏变化较大，则可以判断地层有流动，这种变化代表着地层出现沉降或空洞。
2.根据权利要求1所述的隧道掘进机地层安全监测装置，其特征在于：所述的隧道掘进机的前盾的压力传感器设置在切口环正上方三角空腔内，所述的隧道掘进机的中盾的压力传感器设置在正上方两推进缸之间；掘进机的盾尾的压力传感器设置在盾尾正上方靠近密封一侧。
3.根据权利要求2所述的隧道掘进机地层安全监测装置，其特征在于：所述的三个压力传感器均为可拆卸土压传感器。
4.根据权利要求1所述的隧道掘进机地层安全监测装置，其特征在于：所述控制单元将接收的三个压力传感器的4-20mA电流信号转换为0-6Bar的盾体相应位置的压力值。
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