CN111622766A - 一种盾构机刀盘结泥饼判断及结泥饼位置检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种盾构机刀盘结泥饼判断及结泥饼位置检测方法，包括如下步骤：获取盾构机数据采集系统提供的掘进参数数据；通过判断掘进参数数据是否存在异常来判断泥饼是否形成；在判断泥饼已经形成的基础上进行泥饼位置检测，通过刀盘中心冲刷口流量数据、刀盘面板各温度传感器温度数据、泥水仓密封钢板各可伸缩式力‑位移传感器数据的变化来判定刀盘结泥饼的位置。本发明通过多掘进参数联合判断方式提高了现有泥饼形成判断的准确率，同时提出一种结泥饼位置检测方法，能有助于泥饼的快速清理，提高盾构机掘进效率，保证盾构机安全、高效掘进。
Description
技术领域
本发明属于隧道工程领域，尤其是一种盾构机刀盘结泥饼判断及结泥饼位置检测方法。
背景技术
盾构机刀盘作为直接与渣土发生作用的盾构机最重要部件，有着切削开挖面土体、支护开挖面、搅拌碴土等作用，而当盾构机穿越粘土层、粉质粘土层及泥质粉砂岩等复杂地层过程中，经常会面临一个棘手的难题：刀盘结泥饼，一旦泥饼形成，会给盾构的施工带来一系列的困难，例如滚刀卡死、出渣不畅、推力增大和地面沉陷等，因此及时判断刀盘是否结泥饼并准确判断结泥饼的位置可以有效、快速的清理泥饼，保证盾构机安全、可靠掘进。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种盾构机刀盘结泥饼判断及结泥饼位置检测方法，通过盾构机数据采集系统提供的掘进参数数据判断刀盘是否结泥饼，如若结泥饼，进一步检测刀盘结泥饼的位置，实现刀盘结泥饼判断-检测一体化。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种盾构机刀盘结泥饼判断方法，其具体步骤如下：
步骤一，获取盾构机数据采集系统提供的掘进参数数据，包括刀盘扭矩数据、刀盘推力数据、刀盘掘进速度数据、刀盘面板温度数据，所述刀盘扭矩数据、刀盘推力数据、刀盘掘进速度数据、刀盘面板温度数据包括当前时刻及当前时刻之前预设时长内的刀盘扭矩值、刀盘推力值、刀盘掘进速度值、刀盘面板温度值；
步骤二，根据刀盘扭矩数据、刀盘推力数据、刀盘面板温度数据计算得到当前时刻及当前时刻之前预设时长内的刀盘扭矩均值、刀盘推力均值、刀盘面板温度均值；
步骤三，根据刀盘掘进速度数据、刀盘面板温度数据计算得到当前时刻及当前时刻之前预设时长内的刀盘掘进速度变化斜率k1以及刀盘面板温度变化斜率k2；
步骤四，根据刀盘扭矩均值与预设刀盘扭矩参考值判断刀盘扭矩数据是否存在异常；
步骤五，根据刀盘推力均值与预设刀盘推力参考值判断刀盘推力数据是否存在异常；
步骤六，根据刀盘掘进速度变化斜率k1判断刀盘掘进速度数据是否存在异常；
步骤七，根据刀盘面板温度均值以及刀盘面板温度变化斜率k2判断刀盘面板温度数据是否存在异常；
步骤八，对当前的掘进参数数据是否异常进行判断，如若超过三个掘进参数数据显示存在异常，则判断有泥饼形成，若否，则判断无泥饼形成。
进一步的，本发明的盾构机刀盘结泥饼判断方法，步骤四中预设刀盘扭矩参考值是根据刀盘扭矩计算公式进行扭矩估算所获的估算扭矩；判断刀盘扭矩均值与估算扭矩之间的差值是否超过第一预设差值范围，如果超过，则判定所述刀盘扭矩数据存在异常。
进一步的，本发明的盾构机刀盘结泥饼判断方法，步骤五中预设刀盘推力参考值是根据刀盘推力计算公式进行推力估算所获的估算推力；判断所述刀盘推力均值与估算推力之间的差值是否超过第二预设差值范围，如果超过，则判定所述刀盘推力数据存在异常。
进一步的，本发明的盾构机刀盘结泥饼判断方法，步骤六中判断刀盘掘进速度变化斜率k1是否小于0，如果是，则判定所述掘进速度数据存在异常。
进一步的，本发明的盾构机刀盘结泥饼判断方法，步骤七中判断刀盘面板温度变化斜率k2是否大于0且所述刀盘面板温度均值大于盾构机正常掘进的最高温度，如果是，则判定所述刀盘面板温度数据存在异常，所述正常掘进的最高温度是工程盾构机安全掘进时的刀盘面板最高温度。
进一步的，本发明的盾构机刀盘结泥饼判断方法，所述第一预设差值范围和第二预设差值范围是通过对大量的工程数据、地质数据、掘进参数等探测数据进行数据挖掘分析所获得的类似工程的经验值。
进一步的，本发明的盾构机刀盘结泥饼判断方法，所述刀盘掘进速度变化斜率k1和刀盘面板温度变化斜率k2由数值分析方法线性拟合获取。
一种基于上述任一的盾构机刀盘结泥饼位置检测方法，其具体步骤如下：
步骤一，获取刀盘中心冲刷口流量数据、刀盘面板各温度传感器温度数据、泥水仓密封钢板各可伸缩式力-位移传感器数据；
步骤二，根据刀盘中心冲刷口流量数据、刀盘面板各温度传感器温度数据拟合当前时刻及当前时刻之前预设时长内所对应的刀盘中心冲刷口流量变化曲线及刀盘面板各温度传感器温度变化曲线，得到刀盘中心冲刷口流量变化曲线及刀盘面板各温度传感器温度变化曲线；
步骤三，根据泥水仓密封钢板各力-位移传感器数据拟合各力-位移传感器位移变化曲线，得到泥水仓密封钢板各可伸缩式力-位移传感器位移变化曲线；
步骤四，根据刀盘中心冲刷口流量变化曲线判断刀盘中心位置是否结泥饼，如若刀盘中心冲刷口流量变化呈下降趋势，则判定刀盘中心位置结泥饼；
步骤五，根据刀盘面板各温度传感器温度变化曲线判断刀盘面板是否结泥饼，如若存在温度传感器温度变化呈上升趋势，则判定刀盘面板温度传感器布置的位置结泥饼；
步骤六，根据泥水仓密封钢板各可伸缩式力-位移传感器位移变化曲线判断刀盘开口是否结泥饼，如若力-位移传感器位移变化曲线存在突变值且曲线截止，则判断此时力-位移传感器所在的位置结泥饼。
进一步的，本发明的盾构机刀盘结泥饼位置检测方法，温度传感器均匀分布在刀盘后面板上，各温度传感器数据都单独输出。
进一步的，本发明的盾构机刀盘结泥饼位置检测方法，可伸缩式力-位移传感器对应刀盘开口位置布置，通过伸缩杆与泥水仓密封钢板相连，所述伸缩杆的可伸缩最大长度大于泥水仓密封钢板到刀盘面板的距离，力-位移传感器通过伸缩杆带动可从泥水仓密封钢板移动至刀盘掌子面。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明的盾构机刀盘结泥饼判断及结泥饼位置检测方法利用多种掘进参数数据作为判断刀盘结泥饼的参考依据，保证了刀盘结泥饼判断的准确性，同时在判断刀盘已经结泥饼的基础上能够准确判断刀盘结泥饼的位置，为实现泥饼快速清理打下基础，使盾构机尽快恢复正常工作，保证高效、安全掘进。
附图说明
图1是本发明刀盘结泥饼位置检测结构示意图。
附图标记说明：1-刀盘中心冲刷口；2-刀盘前面板；3-温度传感器；4-力位移传感器；5-泥水仓密封钢板；6-刀盘后面板；7-刀盘开口。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式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方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下面结合图1对本发明提供的一种盾构机刀盘结泥饼判断方法进一步详细描述，具体步骤如下：
步骤一，获取盾构机数据采集系统提供的掘进参数数据，包括刀盘扭矩数据、刀盘推力数据、刀盘掘进速度数据、刀盘面板温度数据。盾构机数据采集系统提供的掘进参数数据包含当前时刻及当前时刻之前预设时长内的掘进参数数据；
步骤二，根据所述刀盘扭矩数据、所述刀盘推力数据、所述刀盘面板温度数据计算得到当前时刻及当前时刻之前预设时长内的刀盘扭矩均值、刀盘推力均值、刀盘面板温度均值；具体地，刀盘扭矩均值、刀盘推力均值以及刀盘面板温度均值可以根据如下表达式计算得到：
其中，
表示第n时刻(既当前时刻)的刀盘掘进参数数据均值，
表示第i时刻的刀盘掘进参数数据，m＝1,2,3时分别对应刀盘扭矩数据、刀盘推力数据、刀盘面板温度数据。
步骤三，根据所述刀盘掘进速度数据、刀盘面板温度数据通过数值分析方法计算得到当前时刻及当前时刻之前预设时长内的刀盘掘进速度变化斜率k1以及刀盘面板温度变化斜率k2；
步骤四，根据刀盘扭矩计算公式以及刀盘推力计算公式获得估算扭矩以及估算推力，以估算扭矩作为刀盘扭矩参考值，以估算推力作为刀盘推力参考值；判断所述刀盘扭矩均值与刀盘扭矩参考值之间的差值是否超过第一预设差值范围，如果超过，则判定所述刀盘扭矩数据存在异常，判断所述刀盘推力均值与刀盘推力参考值之间的差值是否超过第二预设差值范围，如果超过，则判定所述刀盘推力数据存在异常。需要指出的是，由于对于不同的盾构机以及同一盾构机在不同工况下的运行状态，上述第一预设差值范围以及第二预设差值范围会采用不同的取值，是通过对大量的工程数据、地质数据、掘进参数等探测数据进行数据挖掘分析所获得的类似工程的经验值。
步骤五，判断所述刀盘掘进速度变化斜率k1是否小于0，如果是，则说明当前时刻及当前时刻之前预设时长内的刀盘掘进速度呈下降趋势，则判定所述掘进速度数据存在异常；
步骤六，判断所述刀盘面板温度变化斜率k2是否大于0且所述第一刀盘面板温度均值大于盾构机正常掘进最高温度，如果是，则说明刀盘面板温度呈不正常高温状态且有温度上升趋势，则判定所述刀盘面板温度数据存在异常。需要指出的是，盾构机正常掘进最高温度是指类似工程的掘进参数数据库中保存的盾构机正常掘进时刀盘面板最高温度。
步骤七，对刀盘扭矩数据、刀盘推力数据、刀盘掘进速度数据及刀盘面板温度数据这四个掘进参数数据是否异常的判定结果进行总结，如若超过三个掘进参数数据显示存在异常，则判断有泥饼形成，若否，则判断无泥饼形成，进行下一轮预设时长内的掘进参数数据判断。
本发明还提供一种盾构机刀盘结泥饼位置检测方法，是在判定刀盘结泥饼后，为确认刀盘结泥饼的位置所提出的方法，具体步骤如下：
步骤一，获取刀盘中心冲刷口1流量数据、刀盘面板各温度传感器3温度数据、泥水仓密封钢板5各可伸缩式力-位移传感器4数据，需要指出的是，刀盘中心冲刷口1布置在刀盘前面板2，所述刀盘面板各温度传感器3温度数据是由均匀分布在刀盘后面板6上温度传感器3提供，各温度传感器3数据都单独输出，所述泥水仓密封钢板5各可伸缩式力-位移传感器数据是由对应刀盘开口7位置布置的力-位移传感器4提供，所述力-位移传感器4通过伸缩杆与泥水仓密封钢板5相连。
步骤二，根据所述刀盘中心冲刷口1流量数据、所述刀盘面板各温度传感器3温度数据拟合当前时刻及当前时刻之前预设时长内所对应的刀盘中心冲刷口1流量变化曲线及刀盘面板各温度传感器3温度变化曲线，得到刀盘中心冲刷口2流量变化曲线及刀盘面板各温度传感器3温度变化曲线；
步骤三，根据所述泥水仓密封钢板5各力-位移传感器4数据拟合各力-位移传感器4随伸缩杆距离变化的位移变化曲线，得到泥水仓密封钢板5各可伸缩式力-位移传感器4位移变化曲线；
步骤四，根据所述刀盘中心冲刷口1流量变化曲线判断刀盘中心位置是否存在结泥饼现象，如若刀盘中心冲刷口1流量变化呈下降趋势，说明刀盘中心冲刷口1泥浆不能正常进入刀盘前面板2区域，则判定刀盘中心位置结泥饼；
步骤五，根据所述刀盘面板各温度传感器3温度变化曲线判断刀盘面板是否存在结泥饼现象，如若存在某个或某些温度传感器3温度变化呈上升趋势且温度较高，则判定此温度传感器3布置的刀盘面板位置结泥饼；
步骤六，根据所述泥水仓密封钢板5各可伸缩式力-位移传感器4位移变化曲线判断刀盘开口7是否结泥饼，与力-位移传感器4相连的伸缩杆可伸缩最大长度大于泥水仓密封钢板5到刀盘前面板2的距离，力-位移传感器4通过伸缩杆带动从泥水仓密封钢板5移动至刀盘前面板2，如若在此过程中存在某个或某些力-位移传感器4位移变化曲线存在突变值且曲线截止，则判断此时力-位移传感器4所在的位置结泥饼。
从上述描述中可以看出，本发明提供的用于隧道工程、地下工程领域的刀盘结泥饼判断及结泥饼位置检测方法能够实现对盾构机刀盘是否结泥饼的判断以及检测出结泥饼位置等一系列工作，从而为泥饼清理工作准确定位，保证盾构机能够快速、安全的掘进。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种盾构机刀盘结泥饼判断方法，其特征在于，其具体步骤如下：
步骤一，获取盾构机数据采集系统提供的掘进参数数据，包括刀盘扭矩数据、刀盘推力数据、刀盘掘进速度数据、刀盘面板温度数据，所述刀盘扭矩数据、刀盘推力数据、刀盘掘进速度数据、刀盘面板温度数据包括当前时刻及当前时刻之前预设时长内的刀盘扭矩值、刀盘推力值、刀盘掘进速度值、刀盘面板温度值；
步骤二，根据刀盘扭矩数据、刀盘推力数据、刀盘面板温度数据计算得到当前时刻及当前时刻之前预设时长内的刀盘扭矩均值、刀盘推力均值、刀盘面板温度均值；
步骤三，根据刀盘掘进速度数据、刀盘面板温度数据计算得到当前时刻及当前时刻之前预设时长内的刀盘掘进速度变化斜率k1以及刀盘面板温度变化斜率k2；
步骤四，根据刀盘扭矩均值与预设刀盘扭矩参考值判断刀盘扭矩数据是否存在异常；
步骤五，根据刀盘推力均值与预设刀盘推力参考值判断刀盘推力数据是否存在异常；
步骤六，根据刀盘掘进速度变化斜率k1判断刀盘掘进速度数据是否存在异常；
步骤七，根据刀盘面板温度均值以及刀盘面板温度变化斜率k2判断刀盘面板温度数据是否存在异常；
步骤八，对当前的掘进参数数据是否异常进行判断，如若超过三个掘进参数数据显示存在异常，则判断有泥饼形成，若否，则判断无泥饼形成。
2.如权利要求1所述的盾构机刀盘结泥饼判断方法，其特征在于，步骤四中预设刀盘扭矩参考值是根据刀盘扭矩计算公式进行扭矩估算所获的估算扭矩；判断刀盘扭矩均值与估算扭矩之间的差值是否超过第一预设差值范围，如果超过，则判定所述刀盘扭矩数据存在异常。
3.如权利要求1所述的盾构机刀盘结泥饼判断方法，其特征在于，步骤五中预设刀盘推力参考值是根据刀盘推力计算公式进行推力估算所获的估算推力；判断所述刀盘推力均值与估算推力之间的差值是否超过第二预设差值范围，如果超过，则判定所述刀盘推力数据存在异常。
4.如权利要求1所述的盾构机刀盘结泥饼判断方法，其特征在于，步骤六中判断刀盘掘进速度变化斜率k1是否小于0，如果是，则判定所述掘进速度数据存在异常。
5.如权利要求1所述的盾构机刀盘结泥饼判断方法，其特征在于，步骤七中判断刀盘面板温度变化斜率k2是否大于0且所述刀盘面板温度均值大于盾构机正常掘进的最高温度，如果是，则判定所述刀盘面板温度数据存在异常，所述正常掘进的最高温度是工程盾构机安全掘进时的刀盘面板最高温度。
6.如权利要求2～3中所述的盾构机刀盘结泥饼判断方法，其特征在于，所述第一预设差值范围和第二预设差值范围是通过对大量的工程数据、地质数据、掘进参数等探测数据进行数据挖掘分析所获得的类似工程的经验值。
7.如权利要求4～5中所述的盾构机刀盘结泥饼判断方法，其特征在于，所述刀盘掘进速度变化斜率k1和刀盘面板温度变化斜率k2由数值分析方法线性拟合获取。
8.一种基于权利要求1-9任一所述的盾构机刀盘结泥饼位置检测方法，其特征在于，其具体步骤如下：
步骤一，获取刀盘中心冲刷口流量数据、刀盘面板各温度传感器温度数据、泥水仓密封钢板各可伸缩式力-位移传感器数据；
步骤二，根据刀盘中心冲刷口流量数据、刀盘面板各温度传感器温度数据拟合当前时刻及当前时刻之前预设时长内所对应的刀盘中心冲刷口流量变化曲线及刀盘面板各温度传感器温度变化曲线，得到刀盘中心冲刷口流量变化曲线及刀盘面板各温度传感器温度变化曲线；
步骤三，根据泥水仓密封钢板各力-位移传感器数据拟合各力-位移传感器位移变化曲线，得到泥水仓密封钢板各可伸缩式力-位移传感器位移变化曲线；
步骤四，根据刀盘中心冲刷口流量变化曲线判断刀盘中心位置是否结泥饼，如若刀盘中心冲刷口流量变化呈下降趋势，则判定刀盘中心位置结泥饼；
步骤五，根据刀盘面板各温度传感器温度变化曲线判断刀盘面板是否结泥饼，如若存在温度传感器温度变化呈上升趋势，则判定刀盘面板温度传感器布置的位置结泥饼；
步骤六，根据泥水仓密封钢板各可伸缩式力-位移传感器位移变化曲线判断刀盘开口是否结泥饼，如若力-位移传感器位移变化曲线存在突变值且曲线截止，则判断此时力-位移传感器所在的位置结泥饼。
9.如权利要求8中所述的盾构机刀盘结泥饼位置检测方法，其特征在于，温度传感器均匀分布在刀盘后面板上，各温度传感器数据都单独输出。
10.如权利要求8中所述的盾构机刀盘结泥饼位置检测方法，其特征在于，可伸缩式力-位移传感器对应刀盘开口位置布置，通过伸缩杆与泥水仓密封钢板相连，所述伸缩杆的可伸缩最大长度大于泥水仓密封钢板到刀盘面板的距离，力-位移传感器通过伸缩杆带动可从泥水仓密封钢板移动至刀盘掌子面。
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