CN104265370A - 大断面矩形隧道掘进机监控与转接方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大断面矩形隧道掘进机监控与转接方法及系统，该系统包括：一对无线通讯接入设备，分别设于隧道进口处和掘进机机头处；中央控制室，连接设于隧道进口处的无线通讯接入设备；设于掘进机机头处的控制中心和摄像头，分别与设于掘进机机头处的无线通讯接入设备连接；转接箱，与掘进机内各个电气设备的接线集成连接，所述转接箱设有第一供电接口；电气箱柜，设于隧道的进口处，所述电气箱柜设有第二供电接口；电缆，一端设有匹配所述第一供电接口的第一重载接头，另一端设有匹配所述第二供电接口的第二重载接头。本发明拼装管节时拆除通讯线缆和安装通讯线缆的时间，提高了转接环节的速度，也提高了转接的安全性。

Description

大断面矩形隧道掘进机监控与转接方法及系统

技术领域

本发明涉及隧道工程领域，尤指一种大断面矩形隧道掘进机监控与转接方法及系统。

背景技术

大断面矩形隧道掘进机是近年发展出来的新兴地下掘进技术，在使用掘进机进行顶管法施工时，具有地下空间利用率高、施工快速、管节强度大等优点。由于工法的特殊性，该类型隧道掘进机的监控室设立在地面，必须通过通讯线缆链接地面与地下的通讯网络。并且顶管法施工需要在每次施工一定距离后拆除所有通讯线缆和供电线缆并放置环形的封闭管节(该过程称之为转接)，管节拼装完成后，再连通所有的通讯线缆和供电线缆，继续进行顶管掘进。

传统的小断面矩形掘进机，以上海伊犁路工程所用机型为例，断面长宽约为4.2m*6.9m。掘进机总功率为281kw，只需从地面的高压箱变引入三路4芯电缆(规格：YCW—3×150+1×50mm2)，监控方式采用有线通讯的方式，通讯线缆为一根8芯以太网单层屏蔽双绞线(modbus tcp/ip协议)。每掘进1.5米需要拆除3路供电电缆和通讯线缆，完成管片的拼接后，恢复这3路电缆以及通讯线缆。这样每隔1.5米拆除各种线缆、完成拼接、恢复线缆需要耗时将近1小时，影响隧道施工进度。

大断面矩形掘进机，以郑州下穿中州大道工程所用机型为例，断面长宽约为7.5m*10.4m。面积大大增加，掘进机的总功率增至2200kw，与上面介绍的传统小断面掘进机相比，供电电缆从原来的3路增至20路，且电缆截面积也有所增加，面对转接时，所需的时间将近8小时。耗时过长，也是工期所不允许的。为此大断面矩形掘进机必须将高压箱变引入地下，避免这么多路的低压端电缆转接，然而问题接踵而至。首先，由于工作井的限制，在施工初期的几十米内，地下井内无法完全放置高压箱变以及控制箱柜等设备，初期电缆的转接相当没有规律且繁杂。其次，随着隧道空间的增加，设备依次放入后，由于高压箱变的存在，通讯线缆受极大干扰，传统的有线通讯方式已经无法满足掘进机监控的需要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种大断面矩形隧道掘进机监控与转接方法及系统，解决现有大断面转接施工时需拆除供电电缆和通讯线缆带来的耗时问题及高压箱变影响通讯线缆的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明一种大断面矩形隧道掘进机监控与转接方法，包括：

将一对无线通讯接入设备分别设于隧道进口处和掘进机机头处，其中，隧道进口处的无线通讯接入设备连接中央控制室，掘进机机头处的无线通讯接入设备连接机头的控制中心和摄像头，通过所述的一对无线通讯接入设备，形成点对点传输数据的无线通信网络，实现所述中央控制室与所述控制中心之间的无线信号传输；

将掘进机内的各个电气设备的接线集成连接于转接箱上，并于所述转接箱上为这些接线设置第一供电接口，于隧道进口处的电气箱柜上设置第二供电接口；

提供电缆，将电缆的一端制成匹配所述第一供电接口的第一重载接头，另一端制成匹配所述第二供电接口的第二重载接头；

将电缆的所述第一重载接头插入所述第一供电接口，所述第二重载接头插入所述第二供电接口，实现所述电气箱柜为所述的各个电气设备供电。

采用无线通讯接入设备形成点对点传输数据的无线通讯网络，避免了高压箱变对通讯线缆的影响，也节省了拼装管节时拆除通讯线缆和安装通讯线缆的时间。供电电缆采用集成式的电缆转接方法，将各个电气设备的接线集成于转接箱上，转接箱和电气箱柜分别与电缆之间设置匹配的供电接口和重载接头，拼装管节时，只需将电缆上的重载接头与转接箱和电气箱柜拆除即可，无需一一拆除和安装每个电气设备的电缆，提高了转接环节的速度，也提高了转接的安全性。

本发明大断面矩形隧道掘进机监控与转接方法的进一步改进在于，所述的一对无线通讯接入设备进行无线信号传输时，对传输信号进行加密，且屏蔽开放式的无线信号。

本发明大断面矩形隧道掘进机监控与转接方法的进一步改进在于，还增设有与任一中继间对应的一对无线通讯接入设备，所述一对无线通讯接入设备之间形成点对点传输数据的无线通讯网络，其中一个无线通讯接入设备设于隧道进口处，并与所述中央控制室连接，另一个无线通讯接入设备设于隧道内对应的中继间，并与所述中继间处的摄像头连接。

本发明大断面矩形隧道掘进机监控与转接方法的进一步改进在于，将所述转接箱固定于所述掘进机内。

本发明一种大断面矩形隧道掘进机监控与转接系统，包括：

一对无线通讯接入设备，分别设于隧道进口处和掘进机机头处，所述的一对无线通讯接入设备之间形成点对点传输数据的无线通讯网络；

中央控制室，连接设于隧道进口处的无线通讯接入设备，通过隧道进口处的无线通讯接入设备进行无线信号传输；

设于掘进机机头处的控制中心和摄像头，分别与设于掘进机机头处的无线通讯接入设备连接，通过掘进机机头处的无线通选接入点进行无线信号传输；

转接箱，与掘进机内各个电气设备的接线集成连接，所述转接箱设有第一供电接口；

电气箱柜，设于隧道的进口处，所述电气箱柜设有第二供电接口；

电缆，一端设有匹配所述第一供电接口的第一重载接头，另一端设有匹配所述第二供电接口的第二重载接头。

采用无线通讯接入设备形成点对点传输数据的无线通讯网络，避免了高压箱变对通讯线缆的影响，也节省了拼装管节时拆除通讯线缆和安装通讯线缆的时间。供电电缆采用集成式的电缆转接方法，将各个电气设备的接线集成于转接箱上，转接箱和电气箱柜分别与电缆之间设置匹配的供电接口和重载接头，拼装管节时，只需将电缆上的重在接头与转接箱和电气箱柜拆除即可，无需一一拆除和安装每个电气设备的电缆，提高了转接环节的速度，也提高了转接的安全性。

本发明大断面矩形隧道掘进机监控与转接系统的进一步改进在于，所述的一对无线通讯接入设备对无线通讯传输的信号进行加密，且屏蔽开放式的无线信号。

本发明大断面矩形隧道掘进机监控与转接系统的进一步改进在于，还包括与任一中继间对应的一对无线通讯接入设备，所述一对无线通讯接入设备之间形成点对点传输数据的无线通讯网络，其中的一个无线通讯接入设备设于隧道进口处，并与所述中央控制室连接，另一个无线通讯接入设备设于隧道内对应的中继间，并与所述中继间处的摄像头连接。

本发明大断面矩形隧道掘进机监控与转接系统的进一步改进在于，所述转接箱固定于所述掘进机内。

附图说明

图1为本发明大断面矩形隧道掘进机监控与转接系统中无线通讯的拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明大断面矩形隧道掘进机监控与转接方法及系统，适用于大断面矩形隧道掘进机的无线监控方法和快速拆装的集成式电缆转接方法，采用无线通讯技术对大断面矩形隧道掘进机实现监控，设计电缆的重载接头简化施工初期无规律转接的繁杂工序并缩短多路电缆的整体转接时间，大大提高了矩形隧道掘进机中转接环节的速度，也提高了转接的安全性，降低转接的耗材成本，在施工安全性、施工速度上大大超越了传统小断面矩形掘进机。下面结合附图对本发明大断面矩形隧道掘进机监控与转接方法及系统进行说明。

参阅图1，显示了本发明大断面矩形隧道掘进机监控与转接系统中无线通讯的拓扑图。下面结合图1对本发明大断面矩形隧道掘进机监控与转接方法及系统进行说明。

如图1所示，本发明大断面矩形隧道掘进机监控与转接方法包括：

将一对无线通讯接入设备分别设置在隧道进口处和掘进机机头处，形成点对点传输数据的无线通讯网络。无线通讯接入设备20设置在隧道进口处，无线通讯接入设备20′设置在掘进机的机头处，通过无线通讯接入设备20和无线通讯接入设备20′形成了点对点传输数据的无线通讯网络，在设计上，无线通讯接入设备20和无线通讯接入设备20′屏蔽开放式的无线信号，并对传输信号进行加密，以防止第三方通讯设备的信号覆盖与干扰。

将隧道进口处的无线通讯接入设备连接中央控制室，掘进机机头处的无线通讯接入设备连接掘进机机头的控制中心和摄像头。无线通讯接入设备20连接中央控制室10，中央控制室10设于地面，包括控制台101、监视计算机102、以及交换机103，无线通讯接入设备20的接口直接连接监视计算机102，将收到的无线传送信号传送给监视计算机102，控制台101通过交换机103连接无线通讯接入设备20。无线通讯接入设备20′的接口直接连接掘进机机头处的摄像头31，将摄像头31的数据信号输送给无线通讯接入设备20，通过无线通讯接入设备20再传送给监视计算机102，监视计算机102与摄像头31之间实现了影像数据的传输。掘进机机头的控制中心40通过交换机401与无线通讯接入设备20′连接，控制台101和控制中心40之间的数据交互通信通过无线通讯接入设备20和无线通讯接入设备20′实现信号传输。无线通讯接入设备20和无线通讯接入设备20′之间的有效传输距离小于等于2000m，隧道工程一般距离在几百米，在无线通讯的有效范围内。无线通讯接入设备20和无线通讯接入设备20′之间的传输延时小于30ms，低于普通通讯线缆的标准。在无线通讯接入设备20和无线通讯接入设备20′之间尽量避免设置遮挡物，如果设有遮挡物，也应保证遮挡物面积与厚度在标准范围内，即不影响无线通讯传输。无线通讯传输信号采用具备绕射功能的收放器，可以绕过各种临时障碍物，且无线通讯接入设备20(20′自带有UPS模块，在断电情况下可持续工作1小时。无线通讯接入设备20和无线通讯接入设备20′之间数据传输带宽为100mb，可以满足监控画面(摄像头31拍摄的图像)、监控数据、命令信息等各种数据的同时传输。

将掘进机内的各个电气设备的接线集成连接于转接箱上，并在转接箱上为这些接线设置第一供电接口。掘进机内机械结构复杂，电气设备较多，包括有电磁阀、换向阀以及传感器，将各个电气设备的接线采用传统的供电连接方式与转接箱相连，在转接箱上设置第一供电接口，将第一供电接口通电，相应地各个电气设备的接线也就通电了。该转接箱体积小，且固定在掘进机内，通过转接箱简化了各个电气设备的接线操作，事先将各个电气设备的接线连接到转接箱上，后期拼接管节拆除电缆时，电气设备与转接箱的连接不用拆除，只需将转接箱上的第一供电接口与电缆拆除即可，极大地缩短了时间。

隧道进口处设有供电的电气箱柜，在电气箱柜上设置第二供电接口。提供电缆，将电缆的一端制成匹配转接箱上第一供电接口的第一重载接头，另一端制成匹配电气箱柜上的第二供电接口的第二重载接头，将第一重在接头插入到第一供电接口，第二重在接头插入到第二供电接口，实现了电气箱柜与转接箱的电连接，进而为转接箱连接的各个电气设备供电。每次拼装管节时，只需要拆装转接箱和电气箱柜之间的电缆即可，不需要一一将各个电气设备拆除再连接，这样集成式的电缆转接方法大大地提高了工作效率，减少了出错率。电缆的第一重载接头和第二重载接头根据需要连接的电气设备来选择芯数，一般可以采用10芯、16芯或24芯。电气箱柜初期设置在隧道进口的地面处，随着掘进机的向前掘进，隧道进口处的空间增大，可以将电气箱柜设于隧道进口处。当隧道掘进一定距离后，可以将电气箱柜设于管节上，随着管节和掘进机一起向前掘进，当拼装管节时，只需将电气箱柜的电源拔插即可，更进一步的节省了电缆转接的时间。

本发明大断面矩形隧道掘进机监控与转接方法的一较佳实施方式，可以设置多对无线通讯接入设备，每对无线通讯接入设备之间形成点对点传输数据的无线通讯网络。每对无线通讯接入设备与任一中继间对应。如图1所示，显示了三对无线通讯接入设备的情况，其中，无线通讯接入设备20和无线通讯接入设备20′的设置同上所述，在此不再赘述。无线通讯接入设备21设置在隧道进口处，与监视计算机102连接，相对的无线通讯接入设备21′设置在隧道的中继间处，与该中继间处的摄像头32连接，无线通讯接入设备21和无线通讯接入设备21′实现了摄像头32和监视计算机102之间的数据传输。无线通讯接入设备22设置在隧道进口处，与监视计算机102连接，相对的无线通讯接入设备22′设置在隧道的中继间处，与该中继间处的摄像头33连接，无线通讯接入设备22和无线通讯接入设备22′实现了摄像头33和监视计算机102之间的数据传输。为任一中继间配备一对单独的无线通讯接入设备，实现独立的无线传输。另外无线通讯接入设备可以通过多对设置，实现中继传输的效果。

下面结合图1，对本发明大断面矩形隧道掘进机监控与转接系统进行说明，本发明大断面矩形隧道掘进机监控与转接系统包括无线通讯接入设备20，20′、中央控制室10、控制中心40、摄像头31、转接箱、电气箱柜、以及电缆，其中，无线通讯接入设备20设置在隧道进口处，无线通讯接入设备20′设置在掘进机机头处，无线通讯接入设备20和无线通讯接入设备20′之间形成了点对点传输数据的无线通讯网络，该无线通讯网络的传输信号进行加密处理，且屏蔽开放式的无线信号，防止第三方通讯设备的信号覆盖。中央控制室10设于地面，包括控制台101、交换机103和监视计算机102，监视计算机102连接无线通讯接入设备20，控制台101通过交换机103连接无线通讯接入设备20，实现了数据信号的相互传输。控制中心40通过交换机401与无线通讯接入设备20′连接，摄像头31连接无线通讯接入设备20′，实现了数据信号的相互传输。通过无线通讯接入设备20和无线通讯接入设备20′实现了掘进机机头的控制中心40和中央控制室10之间的无线通讯，摄像头31拍摄的图像信号直接通过无线网络传输至监视计算机102处。转接箱固定在掘进机内，与掘进机内的各个电气设备的接线集成连接，转接箱上设有第一供电接口，通过第一供电接口为各个电气设备进行供电。电气箱柜设在隧道的进口处，电气箱柜上设有第二供电接口，通过第二供电接口对外部设备供电。电缆的一端设有匹配第一供电接口的第一重载接头，另一端设有匹配第二供电接口的第二重载接头，通过电缆将电气箱柜和转接箱电连接，第一重载接头插入到第一供电接口，第二重载接头插入到第二供电接口，实现了电气箱柜为转接箱连接的各个电气设备供电。

本发明大断面矩形隧道掘进机监控与转接系统的一较佳实施方式，该系统还包括多对无线通讯接入设备，每对无线通讯接入设备之间形成点对点传输数据的无线通讯网络。以两对为例进行说明，如图1所示，还包括无线通讯接入设备21和无线通讯接入设备21′及无线通讯接入设备22和无线通讯接入设备22′，无线通讯接入设备21设置在隧道进口处，与监视计算机102连接，相对的无线通讯接入设备21′设置在隧道的中继间处，与该中继间处的摄像头32连接，无线通讯接入设备21和无线通讯接入设备21′实现了摄像头32和监视计算机102之间的数据传输。无线通讯接入设备22设置在隧道进口处，与监视计算机102连接，相对的无线通讯接入设备22′设置在隧道的中继间处，与该中继间处的摄像头33连接，无线通讯接入设备22和无线通讯接入设备22′实现了摄像头33和监视计算机102之间的数据传输。无线通讯接入设备可以通过多对设置，实现中继传输的效果。

本发明大断面矩形隧道掘进机监控与转接系统的有益效果为：

采用无线通讯接入设备形成点对点传输数据的无线通讯网络，通讯距离长，可达两公里，且具有可扩展性；通讯量大，可同时传输大体量的传感器信号和控制信号；通讯信号强、稳定且安全，不存在外部信号介入的接入口；转接时花费的时间短。

供电电缆采用集成式的电缆转接方法，电缆拆装速度大大提高；实现电缆拆装的零错误率；设置的重载接头在拆装次数多的情况下保证质量，可长期使用，降低转接的耗材消耗成本。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种大断面矩形隧道掘进机监控与转接方法，其特征在于，包括：

将一对无线通讯接入设备分别设于隧道进口处和掘进机机头处，其中，隧道进口处的无线通讯接入设备连接中央控制室，掘进机机头处的无线通讯接入设备连接机头的控制中心和摄像头，通过所述的一对无线通讯接入设备，形成点对点传输数据的无线通讯网络，实现所述中央控制室与所述控制中心之间的无线信号传输；

将掘进机内的各个电气设备的接线集成连接于转接箱上，并于所述转接箱上为这些接线设置第一供电接口，于隧道进口处的电气箱柜上设置第二供电接口；

提供电缆，将电缆的一端制成匹配所述第一供电接口的第一重载接头，另一端制成匹配所述第二供电接口的第二重载接头；

将电缆的所述第一重载接头插入所述第一供电接口，所述第二重载接头插入所述第二供电接口，实现所述电气箱柜为所述的各个电气设备供电。

2.如权利要求1所述的大断面矩形隧道掘进机监控与转接方法，其特征在于，所述的一对无线通讯接入设备进行无线信号传输时，对传输信号进行加密，且屏蔽开放式的无线信号。

3.如权利要求1或2所述的大断面矩形隧道掘进机监控与转接方法，其特征在于，还增设有与任一中继间对应的一对无线通讯接入设备，所述一对无线通讯接入设备之间形成点对点传输数据的无线通讯网络，其中一个无线通讯接入设备设于隧道进口处，并与所述中央控制室连接，另一个无线通讯接入设备设于隧道内对应的中继间，并与所述中继间处的摄像头连接。

4.如权利要求1所述的大断面矩形隧道掘进机监控与转接方法，其特征在于，将所述转接箱固定于所述掘进机内。

5.一种大断面矩形隧道掘进机监控与转接系统，其特征在于，包括：

一对无线通讯接入设备，分别设于隧道进口处和掘进机机头处，所述的一对无线通讯接入设备之间形成点对点传输数据的无线通讯网络；

中央控制室，连接设于隧道进口处的无线通讯接入设备，通过隧道进口处的无线通讯接入设备进行无线信号传输；

设于掘进机机头处的控制中心和摄像头，分别与设于掘进机机头处的无线通讯接入设备连接，通过掘进机机头处的无线通讯接入设备进行无线信号传输；

转接箱，与掘进机内各个电气设备的接线集成连接，所述转接箱设有第一供电接口；

电气箱柜，设于隧道的进口处，所述电气箱柜设有第二供电接口；

电缆，一端设有匹配所述第一供电接口的第一重载接头，另一端设有匹配所述第二供电接口的第二重载接头。

6.如权利要求5所述的大断面矩形隧道掘进机监控与转接系统，其特征在于，所述的一对无线通讯接入设备对无线通讯传输的信号进行加密，且屏蔽开放式的无线信号。

7.如权利要求5所述的大断面矩形隧道掘进机监控与转接系统，其特征在于，还包括与任一中继间对应的一对无线通讯接入设备，所述一对无线通讯接入设备之间形成点对点传输数据的无线通讯网络，其中的一个无线通讯接入设备设于隧道进口处，并与所述中央控制室连接，另一个无线通讯接入设备设于隧道内对应的中继间，并与所述中继间处的摄像头连接。

8.如权利要求5所述的大断面矩形隧道掘进机监控与转接系统，其特征在于，所述转接箱固定于所述掘进机内。