CN114034840A - 泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于泥水盾构技术领域，具体涉及一种泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置。根据本发明的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，该探测装置设置在泥浆管道上的出浆管的入口段，用于泥水盾构岩渣状态的早期自动化识别，由于该装置包括与出浆管相连通的探测管道，两端与探测管道的管道口的内壁相连的空心钢杆、用于检测空心钢杆受到的撞击力的压力传感器以及用于检测岩渣撞击空心钢杆和探测管道的内壁的声音的声发传感器，使得该探测装置在出浆管入口段实现自动化岩渣状态探测。
Description
技术领域
本发明属于泥水盾构技术领域，具体涉及一种泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置。
背景技术
随着城市水资源优化配置建设以及海绵城市理念的推广，以输水隧道为代表的大型给排水工程建设如火如荼。泥水盾构法是水工隧道建设中较为常用的施工方法，适用于地层含水量高，破碎性强，对环保要求较高的隧道工程，具有开挖支护出渣一体化、施工安全高效等优点。然而由于施工前期勘察不完备、地质情况感知滞后等原因，由不良地质造成的泥水盾构风险事故常有发生。因此，盾构工程地质快速感知及预测成为控制盾构施工风险的重要措施。
在泥水盾构工程中，常见的地层状况感知方法是盾构主司机通过观察泥水分离站的出渣状态，结合盾构掘进参数(推力、扭矩等)和地勘报告，来判断当前掘进是否进入断层，本方法简单易操作，需要盾构主司机具有丰富的掘进经验。然而随着隧道开挖推进，泥浆循环路径逐渐增长，从掌子面开挖的岩渣经出浆管运送至泥水分离站过程较长，且运输过程中岩渣受到挤压碰撞发生二次破坏，使得通过岩渣状态判断地层状况的方法具有滞后性和模糊性。在不影响泥水盾构隧道正常施工的前提下，实现岩渣状态的快速高效识别，对盾构地质感知和风险事故防控有重要的应用价值。
申请号为202110567209.6的中国专利公开了一种基于高光谱成像的传送带搭载式岩渣矿物识别系统及方法，传送带上方依次设有岩渣清洗装置、岩渣烘干装置、水分检测装置、高光谱成像装置。其中，高光谱成像装置配有机械控制装置，可通过人工调控的方式调整高光谱成像仪器的位置与角度。且高光谱成像仪器与处理器相连，可实时分析高光谱成像装置采集的岩渣光谱信息，进行岩性匹配、矿物成分鉴定、岩渣物理状态统计等操作。该装置具有岩渣烘干、识别、挑选一体化的特点，且可实现全过程自动化操作。但只能用于由传送带等敞开运输方式运输的岩渣，难以用于盾构泥浆管道运输的岩渣状态识别，且该装置的岩渣识别具有较大滞后性。
现有泥水盾构岩渣状态识别和筛分均在出浆管末端的泥水处理站进行，由于在泥水循环出浆过程中会对岩渣造成二次破坏，所以相较于掌子面刚开挖的岩渣，泥水处理站处的岩渣更为破碎，直接用于判断地层状况会产生偏差；此外，随着隧道开挖逐步推进，泥浆循环路径将逐渐变长，由于出浆路径较长，所以用泥水站处的岩渣反馈当前地质状况存在较大滞后性。在岩渣状态识别方面，现有方法多采用盾构主司机肉眼观测的方式，判断岩渣状态，具有主观性，且易出现错误。
发明内容
为解决上述问题，提供一种泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供了一种泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，设置在泥浆管道上的出浆管上，其特征在于，包括：探测管道，与出浆管相连通；空心钢杆，该空心钢杆的两端与探测管道的管道口的内壁相连；压力传感器，设置在空心钢杆的内部空腔中，用于检测空心钢杆受到的撞击力；以及声发传感器，用于检测岩渣撞击空心钢杆和探测管道的内壁的声音。
本发明提供的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，还可以具有这样的特征，其中，探测管道通过法兰接头与出浆管可拆卸地连接。
本发明提供的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，还可以具有这样的特征，其中，空心钢杆的数量为两个，两个空心钢杆十字交叉地设置在探测管道的内壁上。
本发明提供的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，还可以具有这样的特征，其中，声发传感器设置在探测管道的外壳上，且该声发传感器的数量为4个，4个声发传感器沿着探测管道的外壳的环向轮廓均匀分布。
本发明提供的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，还可以具有这样的特征，其中，压力传感器的数量为多个，多个压力传感器均匀分布在空心钢杆的内部空腔中。
本发明提供的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，还可以具有这样的特征，其中，探测管道的横截面的大小与出浆管的横截面的大小相同，探测管道的外壳采用不锈钢材料。
本发明提供的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，还可以具有这样的特征，其中，空心钢杆的两端设有圆台状防破坏接头。
本发明提供的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，还可以具有这样的特征，还包括：数据处理部，设置在探测管道的外壳上，该数据处理部具有控制模块、数据存储模块以及显示模块，数据存储模块用于存储声发传感器的数据以及压力传感器的数据，控制模块分别与声发射传感器以及压力传感器电连接，基于内嵌的机器学习的岩渣状态识别算法，用于对声发传感器的数据以及压力传感器的数据进行分析，进而识别岩渣状态，显示模块用于显示声发射传感器以及压力传感器的工作状态。
本发明提供的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，还可以具有这样的特征，其中，数据存储模块上设置有数据输出接口，用于导出声发传感器的数据以及压力传感器的数据。
本发明提供的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，还可以具有这样的特征，还包括：供电部，用于为数据处理部、压力传感器以及声发传感器供电。
发明作用与效果
根据本发明的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，设置在泥浆管道上的出浆管上。当该探测装置设置在泥浆管道上的出浆管的入口段时用于泥水盾构岩渣状态的早期自动化识别，由于该装置包括与出浆管相连通的探测管道，两端与探测管道的管道口的内壁相连的空心钢杆、用于检测空心钢杆受到的撞击力的压力传感器以及用于检测岩渣撞击空心钢杆和探测管道的内壁的声音的声发传感器，使得该探测装置在出浆管入口段实现自动化岩渣状态探测。另外，本发明的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置通过将探测管道安装于盾构出浆管上，可以与出浆管合为一体，不影响正常掘进出渣。可见，本发明的技术方案可以同时实现出浆和探测同步进行的功能。
此外，当本发明的探测装置设置在泥浆管道上的出浆管的出口段时，采用泥水站筛分的方式得到岩渣级配的真实数据，并将其录入系统中，与监测数据条目一一对应，可以达到模型训练的目的，提高了预测模型的准确性。
附图说明
图1是本发明实施例中泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置的整体结构图一；
图2是本发明实施例中泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置的整体结构图二；
图3是本发明实施例中泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置的横截面图；
图4是本发明实施例中空心钢杆的截面图。
具体实施方式
以下结合附图以及实施例来说明本发明的具体实施方式。
<实施例>
本实施例提供一种泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置100，设置在泥浆管道上的出浆管上，其中出浆管具有入口段和出口段，且该入口段具有上游部分和下游部分。
本实施例中的探测装置100设置在泥浆管道上的出浆管的入口段的上游部分和下游部分之间，用于泥水盾构岩渣状态的早期自动化识别。
图1是本发明实施例中泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置的整体结构图一；图2是本发明实施例中泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置的整体结构图二。
如图1和图2所示，岩渣状态探测装置100主体结构设计为泥水盾构出浆管接头形式，可插入到出浆管入口段的上游部分和下游部分之间。岩渣状态探测装置100的两侧采用法兰接头连接在出浆管的入口段的上游和下游之间，保证岩渣状态探测装置100安装牢固，不会发生漏浆、脱落等故障。该岩渣状态探测装置100包括探测管道10、空心钢杆20、压力传感器30、声发传感器40、数据处理部50以及供电部60。
图3是本发明实施例中泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置的横截面图。
如图3所示，探测管道10通过法兰接头11与出浆管(图中未示出)的入口段可拆卸地连接，且与出浆管的入口段的上游部分和下游部分之间相连通。探测管道10的外壳设计为与出浆管截面及大小相同的圆形管状结构。探测管道10的外壳材料采用不锈钢，以保证装置具有足够的刚度。
图4是本发明实施例中空心钢杆的截面图。
如图4所示，空心钢杆20空心钢杆的数量为两个，两个空心钢杆20十字交叉地设置在探测管道10的内壁上。空心钢杆20的两端与探测管道10的内壁通过圆台状防破坏接头21相连。
压力传感器30的数量为多个，多个压力传感器30通过数据线31连续分布在空心钢杆20的内部空腔中，用于检测空心钢杆20各处受到的撞击力大小。
声发传感器40设置在探测管道10的外壳上，用于检测岩渣撞击空心钢杆20和探测管道10的内壁的声音。声发传感器的数量为4个，4个声发传感器40沿着探测管道10的外壳的环向轮廓均匀分布。
数据处理部50设置在探测管道10的外壳上，该数据处理部50具有数据存储模块(图中未示出)、控制模块51以及显示模块52。数据存储模块用于存储声发传感器40的数据以及压力传感器30的数据。数据存储模块上配置一个数据输出接口53(USB接口)，可将装置内的数据进行导出。控制模块51具有控制开关511以及处理器(图中未示出)。控制开关511可以控制岩渣状态探测装置100的启动与关闭。处理器分别与声发射传感器40以及压力传感器30电连接，基于内嵌的机器学习的岩渣状态识别算法，对声发传感器40的数据以及压力传感器30的数据进行分析，进而识别岩渣状态。显示模块52用于显示声发射传感器40以及压力传感器30的工作状态，以及显示岩渣状态探测装置100的运行状态。
供电部60用于为数据处理部50、压力传感器30以及声发传感器40供电，为其正常运行提供电力。供电部60配有220V电源适配器和供电插头61。供电部60的供电方式及原理均是现有技术中常见的技术方案，在此不做赘述。
本实施例中的岩渣状态探测装置100具有快速自动识别泥水盾构出浆管道内岩渣状态的功能，该装置安装操作过程如下：
用螺栓将探测管道10的两端与泥水盾构出浆管道相连，将探测管道10尽量安装在靠近出浆管道入口处，便于识别未产生二次破坏的岩渣状态；将探测管道10取供电插头61与盾构机上的供电插座相连；通过控制开关511启动探测管道10，开始数据记录和分析；通过人工查看的方式记录数据，或者插入有线接口将设备数据同步至盾构工程数据平台。
本实施例中的岩渣状态探测装置100工作原理如下：岩渣状态探测装置100安装完成并启动后，即开始采集数据并经进行渣土状态分析。泥水盾构开始出浆后，携带岩渣的泥浆穿过探测管道10内部，与探测管道10内配置的十字交叉的空心钢杆20发生碰撞，安装于空心钢杆20上的压力传感器30将记录岩渣冲击力数据，同时，安装于探测管道10的管壁外侧的声发传感器40将记录岩渣与钢条碰撞产生的声音信号，数据处理部50中的处理器对声音信号进行实时的幅频分析，并最终以该时段的最大主频、最大幅值、振铃计数、最大压力、平均压力为输入数据，对该时段的出渣量和岩渣级配(按照d≤1cm、1cm<d≤5cm、5cm<d≤10cm、d>10cm四个档次)进行预测。
<变形例>
本变形例提供了一种泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置。本变形例中的岩渣状态探测装置的结构与实施例完全相同，不同之处在于岩渣状态探测装置在泥浆管道上的设置位置不同，本变形例中的探测装置设置在泥浆管道上的出浆管的出口段。
本变形例中的岩渣状态探测装置为提高预测模型的准确性，配备了模型训练功能，进行模型训练时，将岩渣状态探测装置安装于出浆管出口附近，采用泥水站筛分的方式得到岩渣级配的真实数据，并将其录入系统中，与监测数据条目一一对应，达到模型训练的目的。
实施例作用与效果
根据本实施例的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，设置在泥浆管道上的出浆管上。当探测装置设置在泥浆管道上的出浆管的入口段时，用于泥水盾构岩渣状态的早期自动化识别，由于该装置包括与出浆管相连通的探测管道，两端与探测管道的管道口的内壁相连的空心钢杆、用于检测空心钢杆受到的撞击力的压力传感器以及用于检测岩渣撞击空心钢杆和探测管道的内壁的声音的声发传感器，使得该探测装置在出浆管入口段实现自动化岩渣状态探测。另外，本实施例的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置通过将探测管道安装于盾构出浆管上，可以与出浆管合为一体，不影响正常掘进出渣。可见，本实施例的技术方案可以同时实现出浆和探测同步进行的功能。
另外，当本实施例的探测装置设置在泥浆管道上的出浆管的出口段时，采用泥水站筛分的方式得到岩渣级配的真实数据，并将其录入系统中，与监测数据条目一一对应，可以达到模型训练的目的，提高了预测模型的准确性。
另外，本实施例的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，探测管道通过法兰接头与出浆管可拆卸地连接，使得本岩渣状态探测装置可安装于盾构出浆管任何位置。当安装于出浆管入口时，可对岩渣状态进行提早预测；当安装于出浆管出口时，可对装置算法进行实时校正。
另外，本实施例探测管道的横截面的大小与出浆管的横截面的大小相同，采用了与出浆管大小相同的管型结构，可以与出浆管无障碍连接，因此在进行岩渣状态分析时不影响盾构正常泥水循环。
上述实施例仅用于举例说明本发明的具体实施方式，而本发明不限于上述实施例的描述范围。
Claims (10)
1.一种泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，设置在泥浆管道上的出浆管上，其特征在于，包括：
探测管道，与所述出浆管相连通；
空心钢杆，该空心钢杆的两端与所述探测管道的内壁相连；
压力传感器，设置在所述空心钢杆的内部空腔中，用于检测所述空心钢杆受到的撞击力；以及
声发传感器，用于检测岩渣撞击所述空心钢杆和所述探测管道的内壁的声音。
2.根据权利要求1所述的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，其特征在于：
其中，所述探测管道通过法兰接头与所述出浆管可拆卸地连接。
3.根据权利要求1所述的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，其特征在于：
其中，所述空心钢杆的数量为两个，
两个所述空心钢杆十字交叉地设置在所述探测管道的内壁上。
4.根据权利要求1所述的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，其特征在于：
其中，所述声发传感器设置在所述探测管道的外壳上，且该声发传感器的数量为4个，
4个所述声发传感器沿着所述探测管道的外壳的环向轮廓均匀分布。
5.根据权利要求1所述的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，其特征在于：
其中，所述压力传感器的数量为多个，
多个所述压力传感器连续分布在所述空心钢杆的内部空腔中。
6.根据权利要求1所述的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，其特征在于：
其中，所述探测管道的横截面的大小与所述出浆管的横截面的大小相同，
所述探测管道的外壳采用不锈钢材料。
7.根据权利要求1所述的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，其特征在于：
其中，所述空心钢杆的两端设有圆台状防破坏接头。
8.根据权利要求1所述的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，其特征在于，还包括：
数据处理部，设置在所述探测管道的外壳上，该数据处理部具有控制模块、数据存储模块以及显示模块，
所述数据存储模块用于存储所述声发传感器的数据以及所述压力传感器的数据，
所述控制模块分别与所述声发射传感器以及所述压力传感器电连接，基于内嵌的机器学习的岩渣状态识别算法，用于对所述声发传感器的数据以及所述压力传感器的数据进行分析，进而识别岩渣状态，
所述显示模块用于显示所述声发射传感器以及所述压力传感器的工作状态。
9.根据权利要求8所述的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，其特征在于：
其中，所述数据存储模块上设置有数据输出接口，用于导出所述声发传感器的数据以及所述压力传感器的数据。
10.根据权利要求8所述的泥水盾构出浆管道岩渣状态探测装置，其特征在于，还包括：
供电部，用于为所述数据处理部、所述压力传感器以及所述声发传感器供电。
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2021
- 2021-11-10 CN CN202111326753.8A patent/CN114034840A/zh active Pending
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