CN109139023A - 基于tbm管片拼装机的围岩观测系统 - Google Patents
基于tbm管片拼装机的围岩观测系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出了一种基于TBM管片拼装机的围岩观测系统，包括：围岩观测装置，用于获取围岩观测孔处的围岩照片；围岩观测孔布置装置，用于在管片上对称位置布置多个围岩观测孔，并将每个围岩观测孔设置于偏离管片环向中心的位置，同时设计封堵阀门，用于观测结束后封堵所述每个围岩观测孔；围岩结构图像识别装置，用于识别所述围岩照片中节理和裂隙围岩结构特征，并分别建立环向和环间不同空间位置处所述围岩照片中岩体结构特征之间的关系，并对区域围岩情况进行三维重构，以准确获取当前围岩情况。该系统能够解决双护盾TBM施工中由于护盾遮挡而无法直接观测围岩的问题，并能准确全面地获取隧道围岩情况，从而更好地指导TBM施工。
Description
技术领域
本发明涉及双护盾TBM施工技术领域，特别涉及一种基于TBM管片拼装机的围岩观测系统。
背景技术
地下工程施工时准确获取前方工程地质情况十分必要，尤其是对处于复杂地质条件下采用双护盾TBM(Tunnel Boring Machine，隧道掘进机)施工的隧道。
在双护盾TBM施工隧道中，TBM掘进速度较快，受制于护盾的遮挡，岩石不能完全暴露出来，不能系统地进行施工地质描述，也难以进行收敛变形量测，只能通过TBM内预留的观测窗进行围岩观测，并且观测时间往往有限。这种方法只能获得局部点位处的围岩信息，不能准确全面地反映隧道洞周的围岩信息。
双护盾TBM施工隧道内施工活动频繁，噪声源较多且复杂，TBM庞大的金属机械结构对电磁波场干扰较大，这些因素会对各类超前地质预报方法产生较大干扰，从而产生较大误差，导致探测结果不可靠，限制了各类方法在双护盾TBM施工隧道中的应用。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种基于TBM管片拼装机的围岩观测系统。
为达到上述目的，本发明一方面提出了基于TBM管片拼装机的围岩观测系统，包括：围岩观测装置，用于获取围岩观测孔处的围岩照片；围岩观测孔布置装置，用于在管片上对称位置布置多个围岩观测孔，并将每个围岩观测孔设置于偏离管片环向中心的位置，同时设计封堵阀门，用于观测结束后封堵所述每个围岩观测孔；围岩结构图像识别装置，用于识别所述围岩照片中节理和裂隙围岩结构特征，并分别建立环向和环间不同空间位置处所述围岩照片中岩体结构特征之间的关系，并对区域围岩情况进行三维重构，以准确获取当前围岩情况。
本发明实施例的基于TBM管片拼装机的围岩观测系统，能够解决双护盾TBM施工中由于护盾遮挡而无法直接观测围岩的问题，并能准确全面地获取隧道围岩情况，从而更好地指导TBM施工，同时又能充分利用TBM管片拼装机完成管片安装工作后的闲置时间，不耽误正常施工。
另外，根据本发明上述实施例的基于TBM管片拼装机的围岩观测系统还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述围岩观测装置由安装底板、相机安装架、至少一对把手、工业相机和相机保护罩组成。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述安装底板的断面呈弧形，材质为有机玻璃，尺寸以能覆盖管片拼装机真空吸盘为限，其两端各设置至少一对把手。
进一步地，在本发明的一个实施例中，观测时转动TBM管片拼装机至正上方，将所述安装底板放置于所述TBM管片拼装机真空吸盘上，以借助所述TBM管片拼装机的移动改变所述围岩观测装置的空间位置。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在所述TBM管片拼装机完成安装并处于闲置状态时，将所述安装底板置于所述TBM管片拼装机真空吸盘上，所述围岩观测装置随着所述TBM管片拼装机移动，并通过所述TBM管片拼装机以改变围岩观测装置的位置。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述相机安装架通过位于其底部的螺栓与所述安装底板相连。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述相机保护罩固定于所述相机安装架上部的安装孔处。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述工业相机安装于所述相机保护罩内，所述相机保护罩上端设置有机玻璃板，其中，所述工业相机的镜头可遥控伸缩，使得所述工业相机的工作状态包括遥控拍照状态。
进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述工业相机对准所述某个围岩观测孔时，工业相机将获取所述某个围岩观测孔的围岩照片，并采用岩体结构图像识别算法识别围岩照片中的节理和裂隙围岩结构特征，建立环向、环间不同空间位置处围岩照片中岩体结构特征之间的关系，并对区域围岩情况进行三维重构，以准确获取当前围岩情况。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的基于TBM管片拼装机的围岩观测系统结构示意图；
图2为根据本发明一个实施例的基于TBM管片拼装机的围岩观测系统中封堵阀门的结构示意图；
图3为根据本发明一个实施例的管片围岩观测孔基于管片外侧展开的结构示意图，其中，a为平面图，b为A-A剖面图，c为B-B剖面图；
图4为根据本发明一个实施例的工业相机、相机安装架及相机保护罩的结构示意图；
图5为根据本发明一个实施例的基于TBM管片拼装机的围岩观测系统的整体结构示意图。
附图标记说明：
100-基于TBM管片拼装机的围岩观测系统、101-围岩观测装置、102-围岩观测孔布置装置、103-围岩结构图像识别装置、1-多个围岩观测孔、2-封堵阀门、3-安装底板、4-相机安装架、5-至少一对把手、6-工业相机、7-相机保护罩、8-有机玻璃、9-螺栓和10-安装孔。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于TBM管片拼装机的围岩观测系统。
图1是本发明一个实施例的基于TBM管片拼装机的围岩观测系统结构示意图。
如图1所示，该基于TBM管片拼装机的围岩观测系统100包括：围岩观测装置101、围岩观测孔布置装置102和围岩结构图像识别装置103。
其中，围岩观测装置101用于获取围岩观测孔处的围岩照片。围岩观测孔布置装置102用于在管片上对称位置布置多个围岩观测孔1，并将每个围岩观测孔设置于偏离管片环向中心的位置，如图2所示，同时设计封堵阀门2，用于观测结束后封堵每个围岩观测孔。围岩结构图像识别装置103用于识别围岩照片中节理和裂隙围岩结构特征，并分别建立环向和环间不同空间位置处围岩照片中岩体结构特征之间的关系，并对区域围岩情况进行三维重构，以准确获取当前围岩情况。本发明实施例围岩观测系统100能够解决双护盾TBM施工中由于护盾遮挡而无法直接观测围岩的问题，并能准确全面地获取隧道围岩情况，从而更好地指导TBM施工。
进一步地，在本发明的一个实施例中，围岩观测装置由安装底板3、相机安装架4、至少一对把手5、工业相机6和相机保护罩7组成。
具体而言，围岩观测装置由安装底板3、相机安装架4、把手5、工业相机、6相机保护罩7等部件组成；如图3所示，围岩观测孔布置方案是在管片上对称布置四个围岩观测孔，考虑到管片灌浆孔、定位孔等均位于管片环向中心，为避免影响管片强度，将围岩观测孔1设置于偏离管片环向中心的位置，同时设计封堵阀门2，用于观测结束后封堵围岩观测孔1，防止后序注浆时漏浆；岩体结构图像识别算法能够识别围岩照片中节理、裂隙等围岩结构特征，建立环向、环间不同空间位置处围岩照片中岩体结构特征之间的关系，并在此基础上对区域围岩情况进行三维重构。
可选地，在本发明的一个实施例中，安装底板3的断面呈弧形，材质为有机玻璃8，尺寸以能覆盖管片拼装机真空吸盘为限，其两端各设置至少一对把手5。
进一步地，在本发明的一个实施例中，观测时转动TBM管片拼装机至正上方，将安装底板3放置于TBM管片拼装机真空吸盘上，以借助TBM管片拼装机的移动改变围岩观测装置的空间位置。
换言之，安装底板3的断面呈弧形，材质为有机玻璃8，尺寸以能覆盖管片拼装机真空吸盘为限，其两端各设置一个把手5，方便人工搬运。观测时转动TBM管片拼装机至正上方，并将安装底板放置于管片拼装机真空吸盘上，从而可以借助管片拼装机的移动改变围岩观测装置的空间位置。
可选地，在本发明的一个实施例中，相机安装架4通过位于其底部的螺栓9与安装底板3相连。
进一步地，在本发明的一个实施例中，相机保护罩7固定于相机安装架上部的安装孔10处。
进一步地，在本发明的一个实施例中，工业相机安6装于相机保护罩7内，相机保护罩7上端设置有机玻璃板8，其中，工业相机6的镜头可遥控伸缩，使得工业相机6的工作状态包括遥控拍照状态。
就是说，如图4所示，相机安装架4通过位于其底部的螺栓9与安装底板3相连。相机保护罩7固定于相机安装架4上部的安装孔处。工业相机6安装于相机保护罩7内，相机保护罩7上端设置一块有机玻璃板8，从而能够在保护工业相机的同时不影响围岩的观测。工业相机6的工作状态为遥控拍照，其镜头可遥控伸缩。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在TBM管片拼装机完成安装并处于闲置状态时，将安装底板置于TBM管片拼装机真空吸盘上，围岩观测装置随着TBM管片拼装机移动，并通过TBM管片拼装机以改变围岩观测装置的位置。
进一步地，在本发明的一个实施例中，当工业相机6对准某个围岩观测孔时，工业相机6将获取对准的某个围岩观测孔1的围岩照片，并采用岩体结构图像识别算法识别围岩照片中的节理和裂隙围岩结构特征，建立环向、环间不同空间位置处围岩照片中岩体结构特征之间的关系，并对区域围岩情况进行三维重构，以准确获取当前围岩情况。
也就是说，在TBM管片拼装机完成管片安装并处于闲置状态时，将安装底板置于TBM管片拼装机真空吸盘上，围岩观测装置可随管片拼装机移动。通过移动TBM管片拼装机可以改变围岩观测装置的位置，当工业相机6对准管片上某个围岩观测孔1时，遥控工业相机获取此围岩观测孔内的围岩照片，进而采用岩体结构图像识别算法识别围岩照片中的节理、裂隙等围岩结构特征，建立环向、环间不同空间位置处围岩照片中岩体结构特征之间的关系，并在此基础上对区域围岩情况进行三维重构。
如图1-5所示，下面根据本发明的具体实施例对其工作原理进行阐述。
首先，采用双护盾TBM施工的隧道通常采用混凝土预制管片作为衬砌结构，管片通过螺栓连接成环状，形成封闭的支护结构。混凝土管片上布置有灌浆孔，安装管片后通过灌浆孔吹填豆砾石并灌浆，以填充管片与围岩之间空隙。管片安装完成到吹填豆砾石及灌浆，中间有数小时时间。因此，若在管片上预制数个围岩观测孔，就可以在吹填豆砾石及灌浆之前，借助于管片拼装机的移动，利用管片拼装机完成管片安装工作后的闲置时间，达到通过不同围岩观测孔直接观测围岩的目的，从而获取洞周不同位置处的围岩照片，通过对围岩照片的处理，可以综合得出洞周区域围岩地质情况，由此可以实时准确地掌握隧道区域围岩地质情况，为TBM安全施工提供决策支持，且不耽误施工。
其次，本发明具体实施例的工作原理的详细步骤如下：
1)在TBM管片拼装机完成管片安装工作并处于闲置状态时，转动TBM管片拼装机至正上方，并将安装底板3置于TBM管片拼装机真空吸盘上，同时取下目标管片上围岩观测孔1处的封堵阀门2；
2)移动管片拼装机使工业相机6对准管片上某个围岩观测孔1；
3)遥控工业相机6获取该围岩观测孔1内围岩照片；
4)安装封堵阀门2，关闭该围岩观测孔1；
5)移动TBM管片拼装机，改变工业相机6位置，使其对准下一个围岩观测孔1，并用工业相机6获取对应的围岩照片；
6)一环管片观测完毕后，从真空吸盘上取下围岩观测装置，当新的一环管片安装完成后管片拼装机再次处于闲置状态时，重复上述步骤，获取下一环管片处相应的围岩照片；
7)采用岩体结构图像识别算法对不同位置处的围岩照片进行处理，识别围岩照片中节理、裂隙等围岩结构，建立环向、环间不同空间位置处围岩照片中岩体结构特征之间的关系，并在此基础上对区域围岩情况进行三维重构。
根据本发明实施例提出的基于TBM管片拼装机的围岩观测系统，能够解决双护盾TBM施工中由于护盾遮挡而无法直接观测围岩的问题，并能准确全面地获取隧道围岩情况，从而更好地指导TBM施工，同时又能充分利用TBM管片拼装机完成管片安装工作后的闲置时间，不耽误正常施工。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种基于TBM管片拼装机的围岩观测系统，其特征在于，包括：
围岩观测装置，用于获取围岩观测孔处的围岩照片；
围岩观测孔布置装置，用于在管片上对称位置布置多个围岩观测孔，并将每个围岩观测孔设置于偏离管片环向中心的位置，同时设计封堵阀门，用于观测结束后封堵所述每个围岩观测孔；以及
围岩结构图像识别装置，用于识别所述围岩照片中节理和裂隙围岩结构特征，并分别建立环向和环间不同空间位置处所述围岩照片中岩体结构特征之间的关系，并对区域围岩情况进行三维重构，以准确获取当前围岩情况。
2.根据权利要求1所述基于TBM管片拼装机的围岩观测系统，其特征在于，所述围岩观测装置由安装底板、相机安装架、至少一对把手、工业相机和相机保护罩组成。
3.根据权利要求2所述基于TBM管片拼装机的围岩观测系统，其特征在于，所述安装底板的断面呈弧形，材质为有机玻璃，尺寸以能覆盖管片拼装机真空吸盘为限，其两端各设置至少一对把手。
4.根据权利要求3所述基于TBM管片拼装机的围岩观测系统，其特征在于，观测时转动TBM管片拼装机至正上方，将所述安装底板放置于所述TBM管片拼装机真空吸盘上，以借助所述TBM管片拼装机的移动改变所述围岩观测装置的空间位置。
5.根据权利要求3所述基于TBM管片拼装机的围岩观测系统，其特征在于，在所述TBM管片拼装机完成安装并处于闲置状态时，将所述安装底板置于所述TBM管片拼装机真空吸盘上，所述围岩观测装置随着所述TBM管片拼装机移动，并通过所述TBM管片拼装机以改变围岩观测装置的位置。
6.根据权利要求2所述基于TBM管片拼装机的围岩观测系统，其特征在于，所述相机安装架通过位于其底部的螺栓与所述安装底板相连。
7.根据权利要求2所述基于TBM管片拼装机的围岩观测系统，其特征在于，所述相机保护罩固定于所述相机安装架上部的安装孔处。
8.根据权利要求2所述基于TBM管片拼装机的围岩观测系统，其特征在于，所述工业相机安装于所述相机保护罩内，所述相机保护罩上端设置有机玻璃板，其中，所述工业相机的镜头可遥控伸缩，使得所述工业相机的工作状态包括遥控拍照状态。
9.根据权利要求8所述基于TBM管片拼装机的围岩观测系统，其特征在于，当所述工业相机对准所述某个围岩观测孔时，工业相机将获取所述某个围岩观测孔的围岩照片，并采用岩体结构图像识别算法识别围岩照片中的节理和裂隙围岩结构特征，建立环向、环间不同空间位置处围岩照片中岩体结构特征之间的关系，并对区域围岩情况进行三维重构，以准确获取当前围岩情况。
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