CN109538214B - 一种基于温度检测的盾构机刀盘结泥饼检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于温度检测的盾构机刀盘结泥饼检测方法。包括如下步骤：建立结泥饼掘进参数数据库；监测各循环的掘进参数与刀盘最高温度；当某循环刀盘最高温度高于正常掘进时的最高温度时，计算盾构机换步时的刀盘降温速率，若不大于数据库中保存的类似工况下结泥饼时的降温速率记录值，则说明刀盘泥饼形成；若否，则需要继续分析连续多个循环的刀盘降温速率，如果降温速率逐渐减小，则说明刀盘泥饼形成，同时保存此时的地质参数、掘进参数与温度数据到结泥饼掘进参数数据库中，作为之后的判断依据。本发明解决了现有泥饼检测方法安装复杂与判断精度不高的问题，提出了一种更准确地判断方法，能有效保证盾构机高效稳定的掘进施工。
Description
技术领域
本发明涉及隧道与地下工程领域，具体而言，涉及盾构机刀盘结泥饼检测系统与检测方法。
背景技术
盾构机作为隧道施工的大型掘进设备，刀具依靠刀盘的旋转作用下进行岩层切削。刀盘作为其关键部件，直接影响到掘进效率。当盾构机在掘进过程中地层粘度增加，渣土将粘附在刀盘上形成泥饼。泥饼形成后若不及时处理，将增加盾构机刀盘刀具的负荷，降低掘进速度。严重时还将引起掘进地层土体扰动，导致掌子面坍塌，地表沉降等问题。及时判断刀盘结泥饼能有效保证盾构机正常工作。
目前国内已有研究单位提出的结泥饼检测装置分为两种。
一种是直接探测式(如公开专利：CN104747197A，CN206208418U)，通过在土压盾构土仓壁上开孔，将钻杆深入土仓后进行探测。直接探测的方法需要在土仓壁上提前开孔，并进行密封，不仅装置安装复杂，在操作过程中难以保持密封状态，易发生危险，且难以应用到泥水盾构中检测泥饼。
另一种是间接探测式(如公开专利：CN107355227A，CN106885642A，CN108131150A)，通过监测刀盘温度的变化，并上升到特定温度时，来判断结泥饼现象。如专利CN106885642A中，刀盘温度在50℃以下时为正常，70-80℃时泥饼初步形成，高于100℃时判断泥饼大面积形成。然而，由于盾构机掘进的地层不同，盾构机刀盘结构不同，结泥饼时达到的温度也不相同。同时，当掘进时刀盘前方地层变硬时，推力扭矩的增加也会引起刀盘温度上升。因此，当采用单一的温度阈值进行结泥饼判断，最终结果并不准确。
以上的两种方法实际使用上均存在缺陷，建立盾构机刀盘结泥饼的检测系统，并提出一种更为便捷与精确的泥饼判断方法，对盾构机稳定高效掘进具有重要意义。
发明内容
为解决目前所提出的盾构机刀盘结泥饼检测方法的缺陷，本发明提出了一种基于温度检测的盾构机刀盘结泥饼检测方法。
本发明的技术方案是：
一种盾构机刀盘结泥饼检测系统及检测方法，包括如下步骤：
步骤1，依据获得盾构机推力、扭矩、掘进速度、刀盘温度等关键掘进参数，结合隧道地勘数据，建立结泥饼掘进参数数据库。数据库中还包含检测元件安装在刀盘面板、刀具及其他位置的数据信息。
步骤2，在盾构机正常掘进过程中，监测盾构机关键掘进参数，并获得掘进循环中刀盘的最高温度T。
步骤3，当所述某循环最高温度大于T时，且刀盘推力、扭矩呈现增大趋势，计算停机时盾构机刀盘的降温速率k。取初始温度T0，初始时间t0，终止温度T1，终止时间t1。则k的计算方式可以表达为
步骤4，对比结泥饼掘进参数数据库中类似地层与掘进参数下，停机时刀盘的降温速率，如果降温速率小于数据库中存储的相同工况下的结泥饼时的降温速率，则判断发生结泥饼现象，若否，则进入步骤5，进一步判断。
步骤5，连续监测多个掘进循环，分析降温速率的变化趋势，若降温速率逐渐减小，同时推力、扭矩增大而掘进速度下降，则说明刀盘发生结泥饼现象；否则，则说明没有泥饼。
如果出现结泥饼现象，保存温度数据与掘进参数到结泥饼掘进参数数据库，并作为下次判断结泥饼时的参考依据。
本发明的原理是：由于刀盘发生结泥饼现象时，推力、扭矩会逐渐上升，推进速度下降，刀盘温度会异常升高，同时泥饼覆盖在刀盘上会形成一层隔热层，导致刀盘散热速度下降。连续掘进过程中，泥饼会逐渐增大、变厚，导致盾构机换步时刀盘的降温速率下降。因此，通过采集刀盘上各位置的温度数据，结合降温时间，计算获得同一降温区间的降温速率，进而可以判断泥饼是否形成。
经由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：
本发明不需要对盾构机刀盘结构进行较大改造，较机械式检测方式更为安全，同时提升了利用温度最大值判断方法的判断准确性。本发明准确获得了刀盘温度的变化趋势，将降温速率作为泥饼判断的参考依据，从而保证了刀盘结泥饼监测的准确性。同时，将地质参数、掘进参数与结泥饼时的降温速率存入结泥饼掘进参数数据库，能为类似工程结泥饼判断提供判断依据。本发明能及时提醒施工人员采取清除泥饼的措施，提高了盾构施工效率。
具体实施方式
本发明提出的基于温度检测的盾构机刀盘结泥饼检测方法，包括如下步骤：
步骤1，依据获得盾构机推力、扭矩、掘进速度、刀盘温度等关键掘进参数，结合隧道地勘数据，建立结泥饼掘进参数数据库。数据库中还包含检测元件安装在刀盘面板、刀具及其他位置的数据信息。
步骤2，盾构机的每个掘进循环包括掘进与换步两个阶段，在掘进时刀具破岩过程会产生热量导致温度升高；在换步阶段，刀盘的温度会由于正常散热与出渣逐渐降低。在盾构机正常掘进过程中，监测盾构机关键掘进参数，并获得每个掘进循环刀盘的最高温度T。，以此作为结泥饼时最高温度的参照。
步骤3，当所述某掘进循环刀盘最高温度大于T时，计算换步阶段盾构机的降温速率k。取初始温度T0，初始时间t0，终止温度T1，终止时间t1。则k的计算方式可以表达为
步骤4，由于温度越高，降温速率越快，在计算多个掘进循环换步阶段的降温速率时，需要选择相同的初始温度与终止温度。当连续掘进循环的降温速率呈现下降趋势或低于结泥饼掘进参数数据库中保存的类似地层与工况下结泥饼时的降温速率，则说明刀盘泥饼已经形成，需要采取清除泥饼的措施；若否，则进入步骤5。
步骤5，连续监测多个掘进循环，计算每个循环换步时的降温速率。分析降温速率的变化趋势，若降温速率逐渐减小，则说明刀盘发生结泥饼现象；否则，则说明没有泥饼。
如果出现结泥饼现象，保存温度数据与掘进参数到结泥饼掘进参数数据库，并作为下次判结断泥饼时的参考依据。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于温度检测的盾构机刀盘结泥饼检测方法，其特征在于：其具体步骤如下：
步骤1，依据获得盾构机推力、扭矩、掘进速度、刀盘温度等关键掘进参数，结合隧道地勘数据，建立结泥饼掘进参数数据库，数据库中还包含检测元件安装在刀盘面板、刀具及其他位置的数据信息；
步骤2，在盾构机正常掘进过程中，监测盾构机关键掘进参数，并获得掘进循环中刀盘的最高温度T；
步骤3，当所述某循环最高温度大于T时，且刀盘推力、扭矩呈现增大趋势，计算停机时盾构机刀盘的降温速率k；
步骤4，对比结泥饼掘进参数数据库中类似地层与掘进参数下，停机时刀盘的降温速率，如果降温速率小于数据库中存储的相同工况下的结泥饼时的降温速率，则判断有泥饼形成，若否，则进入步骤5，进一步判断；
步骤5，连续监测多个掘进循环，分析降温速率的变化趋势，若降温速率逐渐减小，同时推力、扭矩增大而掘进速度下降，则说明刀盘前方有泥饼形成；否则，则说明没有泥饼；
其中，在计算换步阶段的降温速率时，需要选择相同的初始温度与终止温度。
2.如权利要求1所述的基于温度检测的盾构机刀盘结泥饼检测方法，其特征在于：所述步骤中的降温速率k的计算方法为：取初始温度T0，初始时间t0，终止温度T1，终止时间t1；则k的计算方式表达为
3.如权利要求1所述的基于温度检测的盾构机刀盘结泥饼检测方法，其特征在于：如果出现结泥饼现象，保存温度数据与掘进参数到结泥饼掘进参数数据库，并作为下次判断结泥饼时的参考依据。
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