CN109580916A - 用于tbm隧洞岩体分级所需参数的快速综合采集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于TBM隧洞岩体分级所需参数的快速综合采集系统，包括数据采集接口模块；数据采集接口模块通信接口连接有掘进参数采集模块、渣料形态采集模块、监测信息采集模块、涌水量采集模块；数据采集接口模块控制输入接口与数据采集控制模块输出控制接口连接，数据采集接口模块数据输出接口与存储模块输入接口连接，存储模块输出接口与云数据平台通信连接。本发明在TBM施工过程中，可自动快速的综合采集掘进位置、掘进参数、渣料形态、地下水情况、超前地质预报结果、监测信息等参数，并综合进行处理研判，解决了目前多源信息孤立采集、人工记录的问题，为TBM隧洞岩体分级实现自动化奠定了技术基础。

Description

用于TBM隧洞岩体分级所需参数的快速综合采集系统
技术领域
本发明涉及TBM隧洞掘进领域，具体说是涉及用于TBM隧洞岩体分级所需参数的快速综合采集系统。
背景技术
TBM（英文Tunnel Boring Machine的缩写，全断面隧道掘进机）利用回转刀具挤压剪切破岩，通过旋转刀盘上的铲斗齿拾起石渣送入皮带机向后输送，再通过牵引矿渣车或隧洞连续皮带机运渣到洞外。由于其比传统钻爆法掘进效率高、自动化程度高、污染小，在国内外深埋长大隧洞施工中得到了极为广泛的应用。而表征围岩稳定性的岩体分级对于TBM施工、支护、不良地质体的处理以及现场调度管理具有重要意义。TBM施工过程中主要结合掘进参数、渣料形态、地下水发育情况、地应力和岩体结构面等影响因素综合判定岩体级别。
上述各项参数目前的采集方法是：（1）掘进里程通过TBM上搭载的导向系统进行测量，需单独记录；（2）掘进参数通过观察TBM操作仪表盘读书记录或者通过内置存储器将某一时段或某一洞段的掘进参数导出为EXCEL格式，进行统计整理；（3）渣料形态主要通过现场筛分或图像扫描分析系统进行处理并得出所需渣料形态参数；（4）地下水发育情况则通过量水堰或测速计进行测试，手动记录隧洞涌水量；（5）地应力则通过各钻孔内部地应力测试资料分析得出。
总之，TBM隧洞岩体分级需要参数较多，目前的信息采集是各自独立的，不仅耗费众多的人力物力，而且对上述信息的应用也是分离孤立的，缺乏对各项信息的综合处理，难以实现更为高效、快速、丰富的自动化应用。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于TBM隧洞岩体分级所需参数的快速综合采集系统，解决在TBM隧洞岩体分级过程中多源信息采集孤立的问题。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述用于TBM隧洞岩体分级所需参数的快速综合采集系统，包括电源模块、数据采集控制模块、定位模块、数据采集接口模块、存储模块；所述数据采集接口模块的通信接口分别连接有掘进参数采集模块、渣料形态采集模块、监测信息采集模块、涌水量采集模块；所述掘进参数采集模块数据输入接口与TBM操作仪表盘的参数输出接口连接，用于采集掘进参数；所述渣料形态采集模块数据输入接口与TBM的图像分析系统输出接口连接，用于采集所需渣料形态参数；所述监测信息采集模块数据输入接口与安装在TBM上的变形、压力监测仪数据信号输出接口连接，用于采集刀盘震动、盾体变形信息；所述涌水量采集模块的数据输入接口与设置在TBM尾部的涌水测量装置数据信号输出接口连接；数据采集接口模块的控制输入接口与数据采集控制模块输出控制信号接口连接，数据采集接口模块的数据输出接口与存储模块输入接口连接，所述存储模块输出接口通过有线或无限方式与云数据平台通信连接；所述数据采集控制模块的输入控制信号接口与定位模块输出控制信号接口连接，所述定位模块输入信号接口与TBM自动导向系统数据输出接口连接。
所述涌水测量装置由量水堰和自动流量计组成，所述涌水量采集模块的数据输入接口与所述自动流量计数据信号输出接口连接。
所述数据采集接口模块的通信接口连接有扩展模块，用于超前地质预报、TBM设备信息、天气信息模块，采用插槽式连接结构。
本发明在TBM施工过程中，可自动快速的综合采集掘进位置、掘进参数、渣料形态、地下水情况、超前地质预报结果、监测信息等参数，并综合进行处理研判，解决了目前多源信息孤立采集、人工记录的问题。本发明具有设计合理、结构简单、自动高效、存储量大等优点，采集精度可根据不同情况进行控制，具有扩展卡槽，通用性好，为多源信息进行综合处理提供支撑，减少了劳动力投入，为TBM隧洞岩体分级实现自动化奠定了技术基础。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1所示，本发明所述用于TBM隧洞岩体分级所需参数的快速综合采集系统，包括电源模块、数据采集控制模块、定位模块、数据采集接口模块、存储模块；数据采集接口模块的通信接口分别连接有掘进参数采集模块、渣料形态采集模块、监测信息采集模块、涌水量采集模块、扩展模块；掘进参数采集模块数据输入接口与TBM操作仪表盘的参数输出接口连接，用于采集掘进参数；渣料形态采集模块数据输入接口与搭载在TBM主机皮带上方的渣料电子图形扫描分析仪输出接口连接，用于采集所需渣料形态参数；监测信息采集模块数据输入接口与安装在TBM上的变形、压力等监测仪数据信号输出接口连接，用于采集刀盘震动、盾体变形信息；涌水量采集模块的数据输入接口与设置在TBM尾部的涌水测量装置数据信号输出接口连接；扩展模块用于超前地质预报、TBM设备信息、天气信息模块，采用插槽式连接结构，可灵活实现热拔插；数据采集接口模块的控制输入接口与数据采集控制模块（单片机）输出控制信号接口连接，数据采集接口模块的数据输出接口与存储模块输入接口连接，存储模块输出接口通过有线或无限方式与云数据平台通信连接；数据采集控制模块的输入控制信号接口与定位模块输出控制信号接口连接，定位模块输入信号接口与TBM自动导向系统数据输出接口连接；电源模块用于向上述各个模块提供电能。
TBM尾部的涌水测量装置由量水堰和自动流量计组成，涌水量采集模块的数据输入接口与所述自动流量计数据信号输出接口连接。
本发明工作原理简述如下：
本发明连接到TBM设备时，上电后系统初始化。初始化工作主要包括调整系统工作时钟，预读TBM设备参数，对各模块及外部相连的测量设备进行自检，建立各模块与外部相连的测量设备之间的通信。TBM掘进时，随着掌子面前移，TBM自动导向系统数据输出至定位模块，达到系统设置的采样间隔后触发数据采集控制模块，数据采集控制模块给数据采集接口模块相应采集指令，数据采集接口模块通过电缆采集掘进参数、渣料形态、监测信息和隧洞涌水量等信息，采集完成后反馈数据采集控制模块，数据采集控制模块收到反馈后向存储模块发出保存数据指令，存储模块保存完毕后反馈给数据采集控制模块，数据采集控制模块收到保存数据反馈后，给出发送数据至云平数据台指令，云平数据台通过GPRS实现无线传输。存储模块发送完毕后反馈给数据采集控制模块，至此，完成一个周期动作，各模块复位。同样，对于扩展模块，也进行相应的数据采集和数据保存，并按照位置信息存储在同一文件中并发送至云数据平台。

Claims (3)

1.一种用于TBM隧洞岩体分级所需参数的快速综合采集系统，其特征在于：包括电源模块、数据采集控制模块、定位模块、数据采集接口模块、存储模块；所述数据采集接口模块的通信接口分别连接有掘进参数采集模块、渣料形态采集模块、监测信息采集模块、涌水量采集模块；所述掘进参数采集模块数据输入接口与TBM操作仪表盘的参数输出接口连接，用于采集掘进参数；所述渣料形态采集模块数据输入接口与TBM的图像分析系统输出接口连接，用于采集所需渣料形态参数；所述监测信息采集模块数据输入接口与安装在TBM上的变形、压力监测仪数据信号输出接口连接，用于采集刀盘震动、盾体变形信息；所述涌水量采集模块的数据输入接口与设置在TBM尾部的涌水测量装置数据信号输出接口连接；数据采集接口模块的控制输入接口与数据采集控制模块输出控制信号接口连接，数据采集接口模块的数据输出接口与存储模块输入接口连接，所述存储模块输出接口通过有线或无限方式与云数据平台通信连接；所述数据采集控制模块的输入控制信号接口与定位模块输出控制信号接口连接，所述定位模块输入信号接口与TBM自动导向系统数据输出接口连接。
2.根据权利要求1所述用于TBM隧洞岩体分级所需参数的快速综合采集系统，其特征在于：所述涌水测量装置由量水堰和自动流量计组成，所述涌水量采集模块的数据输入接口与所述自动流量计数据信号输出接口连接。
3.根据权利要求1所述用于TBM隧洞岩体分级所需参数的快速综合采集系统，其特征在于：所述数据采集接口模块的通信接口连接有扩展模块，用于超前地质预报、TBM设备信息、天气信息模块，采用插槽式连接结构。
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