CN108487909B - 一种可实现开挖面压力监测功能的模型盾构机刀盘压力监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种可实现开挖面压力监测功能的模型盾构机刀盘压力监测系统，监测系统包括土压应力传感器、渗压计、刀盘、刀盘轴承和无线发射器。压力传感器布置在刀盘上，感应面与刀盘面板平齐，引线穿通过刀盘面板后部引线槽进入刀盘轴承。刀盘轴承前部中空，隔板后轴承上设置引线孔，传感器引线通过引线孔从刀盘轴承中心引出至刀盘轴承外部，刀盘轴承外表面设置引线槽，将引线镶嵌在引线槽内，然后引致盾尾，与无线发射器连接。无线发射器固定在刀盘轴承尾部，随刀盘同步旋转，可避免试验时传感器引线绞断。无线发射器将压力传感器电信号转换成无线信号发射出去，外部无线接收装置进行数据接收存储，实现对盾构开挖面压力实时监测的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种可实现开挖面土压力与水压力实时监测功能的模型盾构机刀盘压力监测系统，属于盾构施工技术领域。
背景技术
盾构法修建隧道具有施工速度快、噪音小、不影响地面交通，是城市修建地铁隧道建设的首选。但盾构法施工也不可避免的对周围地层和环境产生影响，开展现场试验周期长、成本高、受地层条件影响大，因此采用模型盾构机开展隧道开挖模拟试验是一种重要的研究方法。为了在实验室中更好地研究盾构掘进施工对周围环境的影响，国内外很多学者对模型盾构试验机进行了研究，如Nomoto(1999)等人研制的可进行离心试验的小型盾构机、Champan(2006)等人建立的适用于黏土的小模型盾构机、以及国内上海隧道股份有限公司(1996)研制的小盾构模拟试验台、上海隧道股份有限公司联合浙江大学、同济大学等(2004)研制的大直径模型盾构机、同济大学(2006)研制的双壳单螺旋模型盾构、北京交通大学(2007)研制的土压平衡盾构设备、何川(2013)研制的小直径泥水平衡盾构机，山东大学(2016)研制的小直径泥水平衡盾构等，这些模型盾构试验机都将重点放在模拟盾构掘进过程的实现，而都没有对开挖面的土压力与水压力进行实时监测。在盾构掘进过程中，开挖面的稳定性很大程度上决定着施工安全与否，只有对开挖面上的土压力与水压力进行实时监测，才能优化施工参数，从而确保开挖面的稳定，此外，对开挖面前的地层扰动情况的研究、土压力与水压力变化情况的研究以及施工参数匹配性的研究都依赖于开挖面上压力的大小，因此设计一种能实现开挖面土压力与水压力实时监测功能的模型盾构机刀盘压力监测系统十分必要。
发明内容
本发明的目的在于提供可一种可实现开挖面土压力与水压力实时监测功能的模型盾构机刀盘压力监测系统，能实现盾构隧道开挖模型实验中开挖面土压力与水压力进行实时监测的功能。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种可实现开挖面压力监测功能的模型盾构机刀盘压力监测系统，刀盘压力监测系统布置在切削系统上，切削系统属于土压平衡模型盾构机的一部分。
刀盘压力监测系统包括压应力传感器(13)、渗压计(14)、刀盘(1)、刀盘轴承(3)、无线发射器(7)。刀盘(1)上布置有五个压应力传感器(13)和三个渗压计(14)，其中一对压应力传感器(13)和一对渗压计(14)布置在刀盘(1)中心，其余压应力传感器(13)和渗压计(14)布置在刀盘(1)外周。感应面与刀盘面板平齐，引线穿通过刀盘面板后部引线槽(32)进入刀盘轴承(3)。刀盘轴承(3)前部中空，隔板(2)的后轴承上设置有引线孔(33)，传感器的引线通过引线孔(33)从刀盘轴承(3)中心引出至刀盘轴承(3)外部，刀盘轴承(3)外表面设置有引线槽，将引线镶嵌在引线槽内，然后引致盾尾，与无线发射器(7)连接。无线发射器(7)固定在刀盘轴承(3)末端。无线发射器(7)将压力传感器的电信号装换成无线信号发射出去，外部设置的无线接收装置再将无线信号转换成电信号，通过解调仪器将电信号转换成压力数据进行存储。
土压力传感器(13)、渗压计(14)精度高、直径小，均为后出线式，嵌入刀盘辐板内部，感应面与辐板表面齐平，刀盘(1)和刀盘轴承(3)引线槽内传感器的引线用胶封装在其内部。无线传感器随刀盘同步旋转，避免刀盘传感器的引线发生绞断。
在模型盾构机开挖过程之前，将土压力传感器与渗压计布置在刀盘上，使感应面与刀盘面板平齐，引线穿通过刀盘面板后部引线槽进入刀盘轴承。刀盘轴承前部中空，隔板后轴承上设置引线孔，传感器引线通过引线孔从刀盘轴承中心引出至刀盘轴承外部，刀盘轴承外表面设置引线槽，将引线镶嵌在引线槽内，然后引致盾尾，与无线发射器连接。开挖过程中，刀盘上的压力传感器可以实时监测开挖面的土压力和水压力，通过无线发射和接收装置实时发射和采集开挖面的土压力和水压力数据。
与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果。
(1)本刀盘压力监测系统可以实时监测刀盘前方的土压力和水压力；
(2)本刀盘压力监测系统可用于模型盾构掘进过程中开挖面支护压力及稳定性的研究；
(3)本刀盘压力监测系统可以对模型盾构机掘进参数的合理性进行及时反馈与调节。
附图说明
图1是本发明所述刀盘压力监测系统剖面视图；
图2是本发明所述刀盘压力监测系土压力盒与渗压计布置图；
图3是本发明所述刀盘压力监测系统刀盘背面引线槽图；
图4是土压平衡模型盾构机图。
具体实施方式
土压平衡模型盾构机包括刀盘(1)、隔板(2)、刀盘轴承(3)、盾壳(4)、衬砌(5)、螺旋出土器驱动电机(6)、无线发射器(7)、进土口伸入土压舱(8)、拼装式套环(9)、螺旋出土器(10)、土压力盒(11)、拼装套环(12)、土压力传感器(13)、渗压计(14)、背面线槽(15)、浮动支撑(16)、刀盘驱动电机(17)、衬砌顶进电机(18)、两根顶进丝杠(19)、四根导向光轴(20)、移动滑块(21)、同步带轮(22)、反力架(23)、排土口(24)、渣土箱(25)、拼装套环(26)、重型支撑脚万向轮(27)、盾构机底座(28)、导向光轴的安装孔(29)、前预留开挖孔(30)、引线管(31)、引线槽(32)、引线孔(33)，具体位置见附图4。
结合附图进行描述，在模型盾构机掘进之前，将5个压应力传感器和3个渗压计放置在刀盘上，其中1对布置在刀盘中心，其余几对布置在刀盘外周，感应面与刀盘面板平齐。传感器的引线穿通过刀盘面板后部引线槽进入刀盘轴承。然后将引线从隔板后轴承上设置的引线孔从刀盘轴承中心引出至刀盘轴承外部，刀盘轴承外表面设置引线槽，将引线镶嵌在引线槽内，并用胶水固定，然后引致盾尾，与无线发射器连接。无线发射器固定在刀盘轴承尾部，随刀盘同步旋转，可避免试验时传感器引线绞断。无线发射器将压力传感器电信号转换成无线信号发射出去，外部设置的无线接收装置再将无线信号转换成电信号，通过解调仪器将电信号转换成压力数据进行存储，这样刀盘压力监测系统即全部安装完成，可以进行模型盾构掘进试验，对开挖面上土压力与水压力进行实时动态监测，对模型盾构机掘进参数进行合理的调节，以及对开挖面支护压力及稳定性进行研究。
Claims (3)
1.一种可实现开挖面压力监测功能的模型盾构机刀盘压力监测系统，其特征在于：刀盘压力监测系统布置在切削系统上，切削系统属于土压平衡模型盾构机的一部分；
刀盘压力监测系统包括压应力传感器(13)、渗压计(14)、刀盘(1)、刀盘轴承(3)、无线发射器(7)；刀盘(1)上布置有五个压应力传感器(13)和三个渗压计(14)，其中一对压应力传感器(13)和一对渗压计(14)布置在刀盘(1)中心，其余压应力传感器(13)和渗压计(14)布置在刀盘(1)外周；感应面与刀盘面板平齐，引线穿通过刀盘面板背面线槽(15)进入刀盘轴承(3)；刀盘轴承(3)前部中空，隔板(2)的刀盘轴承(3)上设置有引线孔(33)，传感器的引线通过引线孔(33)从刀盘轴承(3)中心引出至刀盘轴承(3)外部，刀盘轴承(3)外表面设置有引线槽，将引线镶嵌在引线槽内，然后引致盾尾，与无线发射器(7)连接；无线发射器(7)固定在刀盘轴承(3)末端；无线发射器(7)将压应力传感器的电信号装换成无线信号发射出去，外部设置的无线接收装置再将无线信号转换成电信号，通过解调仪器将电信号转换成压力数据进行存储。
2.根据权利要求1所述的一种可实现开挖面压力监测功能的模型盾构机刀盘压力监测系统，其特征在于：压应力传感器(13)、渗压计(14)均为后出线式，嵌入刀盘面板内部，感应面与面板表面齐平，刀盘(1)和刀盘轴承(3)引线槽内的压应力传感器(13)、渗压计(14)引线用胶封装在其内部；压应力传感器(13)随刀盘同步旋转，避免刀盘将压应力传感器(13)的引线绞断。
3.根据权利要求1所述的一种可实现开挖面压力监测功能的模型盾构机刀盘压力监测系统，其特征在于：在模型盾构机开挖过程之前，将压应力传感器(13)与渗压计布置在刀盘上，使感应面与刀盘面板平齐，引线穿通过刀盘面板后部引线槽进入刀盘轴承；刀盘轴承前部中空，隔板的刀盘轴承(3)上设置引线孔，压应力传感器(13)引线通过引线孔从刀盘轴承中心引出至刀盘轴承外部，刀盘轴承外表面设置引线槽，将引线镶嵌在引线槽内，然后引致盾尾，与无线发射器连接；开挖过程中，刀盘上的压应力传感器(13)能够实时监测开挖面的土压力和水压力，通过无线发射和接收装置实时发射和采集开挖面的土压力和水压力数据。
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