CN112392497A - 用于敞开式tbm施工的主动减振方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隧道工程机械施工技术领域，特别是涉及用于敞开式TBM施工的主动减振方法及其系统，克服现有TBM施工没有主动减振手段的问题，方案是，在TBM刀盘支撑体上设置若干分布的测振仪和在TBM主梁上设置若干分布的震源，a、通过测振仪拾取、采集、存储和数字化转换TBM刀盘振动信号，将振动信号数据传输到系统主机；b、通过系统主机对测振仪获取的振动信号数据进行分析，获得TBM刀盘振动特征，通过反向波减振原理计算震源使用方式及震源激发振动波的设置参数；c、根据步骤b的震源使用方式和震源激发振动波的设置参数由系统主机对拟使用的震源设置激发振动波参数；d、启动震源，由震源激发的反向振动波降低TBM掘进时刀盘及主机的振动。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程机械施工技术领域，特别是涉及一种用于敞开式TBM施工的主动减振方法及其系统。
背景技术
全断面岩石掘进机(Tunnel Boring Machine，缩写为TBM)以其施工质量高、高效环保、围岩扰动小等优点已广泛应用于国内外地下工程建设中。TBM通过刀盘上的多把滚刀破碎掌子面岩体实现开挖掘进，滚刀与岩体相互作用造成滚刀及刀盘剧烈振动，并将振动传导到TBM主机，对刀盘、主机关键构件的工作性能及寿命造成影响，同时对施工人员的作业环境造成一定程度影响，因此有效降低TBM掘进过程中的振动是TBM施工需要解决的技术问题。目前研究提出的减振方法主要包括：采用高分子夹层阻尼减振钢板、安装阻尼器、改变刀盘法兰螺栓材料等被动减振方式，尚没有提出主动减振方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种用于敞开式TBM施工时的主动的减振方法和对应的系统，有效降低TBM掘进时刀盘及主机的振动。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于敞开式TBM施工的主动减振方法，在敞开式TBM刀盘支撑体上设置若干分布的测振仪和在敞开式TBM主梁上设置若干分布的震源，具有的减振过程为：
a、启动测振仪，通过测振仪拾取、采集、存储和数字化转换TBM刀盘振动信号，并通过测振仪的无线或有线数据传输装置将振动信号数据传输到系统主机上；
b、通过系统主机对测振仪获取的振动信号数据进行分析，获得TBM刀盘振动特征，通过反向波减振原理计算所述震源使用方式及震源激发振动波的设置参数；
c、根据步骤b的震源使用方式和震源激发振动波的设置参数由系统主机对拟使用的震源设置激发振动波参数；
d、启动震源，由震源激发的反向振动波降低TBM掘进时刀盘及主机的振动。
一般情况下，由于测振仪和震源都是以分布的形式设置在TBM上，使每个震源的反向振动波与相邻测振仪测得的振波的频率相同或相近、波形相反，反向波的波幅由震源的数量确定，震源的反向振动波只是大幅削减刀盘及主机的振动、一般不能完全消除刀盘及主机的振动。
如果预先勘探到掘进的地质条件有变化，则会还具有过程e：在遇到不同地质条件时，系统主机根据测振仪获取的振动信号特征的不同调整震源的使用方式和/或震源的激发振动波参数。
相应的，一种用于敞开式TBM施工的主动减振系统，包括若干个含第一固定装置和测振仪的测振仪组件、若干个含第二固定装置和震源的震源组件以及系统主机；
所述测振仪通过第一固定装置固定在敞开式TBM刀盘支撑体上；所述测振仪包括检波器、数据采集模块、数据存储模块、模数转换模块、微处理器、无线数据传输装置和电池，用于TBM掘进过程中刀盘振动信号的拾取、采集、存储和数字化输出；
所述第一固定装置分别与所述测振仪和TBM刀盘支撑体连接，用于所述测振仪的构件检波器与TBM刀盘支撑体的耦合，以及所述测振仪在TBM刀盘支撑体上的固定和保护；
所述震源通过第二固定装置固定在敞开式TBM主梁上，通过电源线缆与TBM设备电连接，所述震源用于激发使TBM减振的振动波；
所述第二固定装置分别与所述震源和TBM主梁连接，用于所述震源在TBM主梁上的固定；
所述系统主机分别和所述测振仪、所述震源连接；用于所述测振仪获取信号的处理分析、提供震源的使用方式及参数设定。
具体的，所述振测仪为机械振动测试仪；所述测振仪检波器为三分量传感器；所述震源为数字式电控震源。
再具体的，所述第一固定装置经第一螺栓固定在刀盘支撑体上，第二固定装置经第二螺栓固定在主梁上。
为了便于人员操作，所述系统主机与TBM主机操控装置连接或者系统主机安装在TBM主机操控室。
本发明的有益效果是：本发明所提供的一种用于敞开式TBM施工的主动减振系统和方法，利用人工震源激发的反向振动波降低TBM刀盘及主机振动，针对不同地质条件可有效实现主动减振效果，可降低由振动引起的设备损耗，保护仪器设备，改善施工人员作用环境；同时，该系统安装便捷、操作简单，可在敞开式TBM施工工程中广泛推广使用。
附图说明
图1为本发明的用于敞开式TBM施工的主动减振系统结构示意图；
图2为本发明测振仪安装位置示意图；
图3为本发明测振仪组件结构示意图；
图4为本发明震源组件主视图；
图5为本发明震源组件俯视图。
图中，1、刀盘，2、顶护盾，3、主梁，4、撑靴，5、测振仪组件，6、刀盘支撑体，7、震源组件，8、推进液压缸，9、主轴承，5a、测振仪，5b、第一固定装置，5c、电池，5d、第一螺栓，7a、震源，7b、第二固定装置，7c、第二螺栓，7d、电源及数据线缆。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种用于敞开式TBM施工的主动减振系统，利用人工震源激发的反向振动波降低TBM刀盘及主机振动。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明以先介绍减振系统后介绍减振方法的方式作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的一种用于敞开式TBM施工的主动减振系统结构示意图，如图1所示，本发明所提供的一种用于敞开式TBM施工的主动减振系统，包括：测振仪组件5、震源组件7、系统主机以及系统软件；
测振仪组件5固定在刀盘支撑体6上，测振仪5a用于TBM掘进过程中刀盘1振动信号的拾取、采集、存储和数字化输出；
震源组件7固定在主梁3上；震源7a用于激发使TBM减振的振动波；
系统主机分别和测振仪5a、震源7a连接；用于测振仪5a获取信号的处理分析、提供震源7a的使用方式及参数设定，还提供包括振动信号特征等各种图形、参数的显示。
这里，震源7a的使用方式具有两个含义，一是将主梁上的震源组件5在数量上最大化，再由系统主机根据振动波的情况选择全部或部分不同位置上的震源7a；二是直接在掘进过程中，停机对主梁上预留安装孔上进行震源组件5的增设或移出；第一种含义较适于地质条件复杂的情况下运用，第二种含义较适于地质条件简单的情况下运用。
当然，系统主机上是装载系统软件的，用于提供所述测振仪5a获取信号的处理分析、所述震源7a的使用布置方式及激发波参数计算分析、振动信号特征显示等功能，该软件由一般的软件开发人员即可完成；
系统主机与TBM主机操控室连接，或安装在TBM主机操控室，方便TBM主机手操控。
图2为本发明所提供的测振仪5a安装位置结构示意图，如图2所示，测振仪5a通过第一固定装置5b安装在刀盘支撑体6上。
测振仪5a数量根据刀盘1的直径大小确定，布置在TBM刀盘支撑体6的左右侧、底端构件上。
图3为本发明所提供的测振仪组件5结构示意图，如图3所示，测振仪组件5包括测振仪5a、第一固定装置5b、电池5c及第一螺栓5d。
测振仪5a通过第一固定装置5b固定在敞开式TBM刀盘支撑体6上；测振仪5a包括检波器、数据采集模块、数据存储模块、模数转换模块、微处理器、无线数据传输装置和电池5c，用于TBM掘进过程中刀盘振动信号的拾取、采集、存储和数字化输出。
第一固定装置5b分别与测振仪5a和TBM刀盘支撑体6连接；用于检波器与TBM刀盘支撑体的耦合，以及测振仪5a在TBM刀盘支撑体6上的固定，并对测振仪5a起到保护作用。
电池5c安装在第一固定装置5b上，电池5c为锂电池，为测振仪5a提供电力来源。
第一螺栓5d用于第一固定装置5b与TBM刀盘支撑体6的固定。
测振仪5a为小型便携式机械振动测试仪，测振仪5a的检波器构件为高精度三分量传感器，测振仪5a通过无线方式将在TBM掘进过程中采集到的刀盘1振动信号数字化处理并传输到系统主机上，第一固定装置5b采用螺栓式固定测振仪5a，固定方式也可使用卡槽式。
图4和图5为本发明所提供的震源组件7的主视图和俯视图，震源组件7包括震源7a、第二固定装置7b、第二螺栓7c和电源及数据线缆7d。
震源7a通过第二固定装置7b固定在敞开式TBM主梁3上，用于激发使TBM减振的振动波，震源7a通过电源及数据线缆7d中的电源线缆与TBM设备电连接，TBM设备电源为震源7a提供动力来源；震源7a通过电源及数据线缆7d中的数据线缆与系统主机连接，通过系统主机对震源7a进行参数设定；
第二固定装置7b分别与震源7a和TBM主梁3连接；用于震源7a在TBM主梁3上的固定。
第二螺栓7c用于第二固定装置7b与TBM主梁3的固定。
震源7a控制类型为大功率、数字式电控震源，激发的减振波与刀盘1的振动特征相对应，震源7a数量根据刀盘1的直径大小确定，布置方式根据减振需求选择单排或多排方式布置在TBM主梁3上，在保证TBM主梁3强度性能的前提下，在主梁3上预留一定数量的螺栓孔，可满足震源7a的不同布置方式。
本发明所述的用于敞开式TBM施工的主动减振系统，所体现和依据的减振方法是：
启动测振仪5a，通过测振仪5a拾取、采集、存储、数字化转换TBM刀盘1振动信号，并通过测振仪5a的无线数据传输装置将振动信号数据传输到系统主机上。
通过系统主机及系统软件对测振仪5a获取的振动信号数据进行分析，获得TBM刀盘振动特征，通过反向波减振原理计算震源7a布置方式及激发振动波的设置参数，布置方式也包含另一种的对已布置的震源7a进行如何选用的方式。
在TBM主梁3上按照布置方式安装震源7a，在震源7a方面，同理，另一实施方式是在主梁上预先布置足量的震源7a，然后由系统主机根据振动情况选择部分或全部的震源7a进行使用。
对拟使用的震源7a设置激发振动波参数，启动震源7a，从而实现TBM掘进减振效果。
TBM掘进过程中，如遇到不同地质条件，测振仪5a获取的振动信号特征则不同，根据其振动信号特征，通过调整震源7a布置方式或激发振动波参数，实现该主动减振系统对不同地质条件的适应性。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种用于敞开式TBM施工的主动减振方法，其特征在于：在敞开式TBM刀盘支撑体上设置若干分布的测振仪和在敞开式TBM主梁上设置若干分布的震源，具有的减振过程为：
a、启动测振仪，通过测振仪拾取、采集、存储和数字化转换TBM刀盘振动信号，并通过测振仪的无线或有线数据传输装置将振动信号数据传输到系统主机上；
b、通过系统主机对测振仪获取的振动信号数据进行分析，获得TBM刀盘振动特征，通过反向波减振原理计算所述震源使用方式及震源激发振动波的设置参数；
c、根据步骤b的震源使用方式和震源激发振动波的设置参数由系统主机对拟使用的震源设置激发振动波参数；
d、启动震源，由震源激发的反向振动波降低TBM掘进时刀盘及主机的振动。
2.根据权利要求1所述的用于敞开式TBM施工的主动减振方法，其特征在于：还具有过程e：在遇到不同地质条件时，系统主机根据测振仪获取的振动信号特征的不同调整震源的使用方式和/或震源的激发振动波参数。
3.一种用于敞开式TBM施工的主动减振系统，其特征在于：包括若干个含第一固定装置和测振仪的测振仪组件、若干个含第二固定装置和震源的震源组件以及系统主机；
所述测振仪通过第一固定装置固定在敞开式TBM刀盘支撑体上；所述测振仪包括检波器、数据采集模块、数据存储模块、模数转换模块、微处理器、无线数据传输装置和电池，用于TBM掘进过程中刀盘振动信号的拾取、采集、存储和数字化输出；
所述第一固定装置分别与所述测振仪和TBM刀盘支撑体连接，用于所述测振仪的构件检波器与TBM刀盘支撑体的耦合，以及所述测振仪在TBM刀盘支撑体上的固定和保护；
所述震源通过第二固定装置固定在敞开式TBM主梁上，所述震源通过电源线缆与TBM设备电连接，所述震源用于激发使TBM减振的振动波；
所述第二固定装置分别与所述震源和TBM主梁连接，用于所述震源在TBM主梁上的固定；
所述系统主机分别和所述测振仪、所述震源连接；用于所述测振仪获取信号的处理分析、提供震源的使用方式及参数设定。
4.根据权利要求3所述的用于敞开式TBM施工的主动减振系统，其特征在于：所述振测仪为机械振动测试仪。
5.根据权利要求3所述的用于敞开式TBM施工的主动减振系统，其特征在于：所述测振仪检波器为三分量传感器。
6.根据权利要求3所述的用于敞开式TBM施工的主动减振系统，其特征在于：所述震源为数字式电控震源。
7.根据权利要求3所述的用于敞开式TBM施工的主动减振系统，其特征在于：所述第一固定装置经第一螺栓固定在刀盘支撑体上，第二固定装置经第二螺栓固定在主梁上。
8.根据权利要求3所述的用于敞开式TBM施工的主动减振系统，其特征在于：所述系统主机与TBM主机操控装置连接或者系统主机安装在TBM主机操控室。
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