CN116291495A - 一种带盾尾应力监测系统的盾构机及预防盾尾变形的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种带盾尾应力监测系统的盾构机及预防盾尾变形的方法，涉及盾尾变形监测领域，采用的方案是：包括盾尾和控制台，还包括应力监测组件，所述应力监测组件包括应变片组，所述应变片组包括多个应变片，所述应变片设置在盾尾上，所述应变片组与所述控制台电连接，所述控制台包括应力分析模块、存储模块和显示器，所述存储模块存储有盾尾三维模型和应力监测位置，所述应力分析模块能够根据应力监测位置和监测的数据生成盾尾三维应力云图，所述显示器用于显示盾尾三维应力云图。本发明能够实时监测盾尾应力，提醒操作者进行相应的操作预防盾尾变形。
Description
技术领域
本发明涉及盾尾变形监测领域，尤其涉及一种带盾尾应力监测系统的盾构机及预防盾尾变形的方法。
背景技术
盾构机的盾尾本身是一个中间没有支撑的筒体，自重几十吨，在盾构机运输、水平存放、拆解、组装和吊装作业时，会造成因自重而使盾尾椭圆变形；而且在实际盾构的施工过程中，由于受到土体以及盾构推进速度等因素的影响，盾构的盾尾处也容易产生变形，盾尾的严重变形，使隧道初装管片时难以成环，会增加管片拼装难度，还会导致管片无 法拼装等问题，甚至可能无法继续正常施工，严重影响施工质量和施工进度，所以在进行盾构施工过程中，需要针对盾尾变形量进行检测，当变形超过一定范围后，对变形位置进行及时的修复。
授权公告号为CN 216645212 U的中国实用新型专利公开了一种盾尾变形量测量装置，包括与盾尾弧度相匹配的弧形支架和嵌设在 弧形支架上的测量尺，其测量尺可以通过弧形支架紧贴盾尾内壁，然后将测量尺沿着弧支座滑动，并在盾尾变形外凸的部位尺体向外移动，能够快速测量出变形凸出量，即变形量；该测量尺可以在矫正前对盾尾进行测量，快速确定出盾尾变形区域，然后进行矫正以及对盾构机工作参数进行调整；也可以在矫正完成后，对矫正区域进行检测，确定其矫正情况是否达到预期目的。
此技术方案能够实现对变形量的检测，但只能在盾尾产生变形后进行对变形量的检测，无法实时监测盾尾应力并采取相应的措施预防盾尾变形，无法起到防范于未然的作用，盾尾变形后要进行停机修复，并且修复周期较长，严重影响工程进度。
发明内容
为了克服上述现有技术中的无法预防盾尾变形问题，本发明提供了一种带盾尾应力监测系统的盾构机及预防盾尾变形的方法，能够实时监测盾尾应力，提醒操作者进行相应的操作预防盾尾变形。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种带盾尾应力监测系统的盾构机，包括盾尾和控制台，还包括应力监测组件，所述应力监测组件包括应变片组，所述应变片组包括多个应变片，所述应变片设置在盾尾上，所述应变片组与所述控制台电连接，所述控制台包括应力分析模块、存储模块和显示器，所述存储模块存储有盾尾三维模型和应力监测位置，所述应力分析模块能够根据应力监测位置和监测的数据生成盾尾三维应力云图，所述显示器用于显示盾尾三维应力云图。通过应力监测组件、控制台的配合能够实时应力监测，并通过应力云图呈现盾尾的应力情况，使操作者掌握盾尾应力大小情况，并准确得知应力超标处的位置，能够及时进行相应的操作，有效避免盾尾变形，避免停机修复。
进一步的，所述应变片组至少设置有三个，所述应变片组沿盾尾轴向均分布，所述应变片组呈环状结构，所述应变片沿所述盾尾圆周方向均匀布置在所述盾尾上，所述应变片均与所述控制台电连接。通过设置多个环形的应变片组能够较全面的掌握盾尾应变情况，减少对盾尾监测位置的遗漏。
进一步的，所述盾尾从外向内依次包括外层钢结构、油脂管和内层钢结构，所述应变片设置在所述外层钢结构的内壁上，所述应力监测组件还包括通讯模块，所述通讯模块与所述应变片通过引线连接，所述通讯模块与所述控制台电信号连接，所述通讯模块设置在所述外层钢结构内壁上。将应变片设置在外层钢结构上能够灵敏地快速地监测盾尾应力，防止应变片变形滞后造成监测不及时无法起到预防变形的效果，同时通过通讯模块实现无线信号传输，减少布线。
进一步的，所述通讯模块与控制台通过信号传输线连接，所述信号传输线沿所述油脂管布设。借用油脂管的布设空间进行信号传输线的布设，减少打孔，减少对盾构机强度的影响。
进一步的，所述引线和所述信号传输线外部均设置有防护管。通过防护管起到保护作用。
进一步的，所述引线与所述通讯模块连接处设置有电气锁紧接头，所述通讯模块与信号传输线的连接处也设置有电气锁紧接头。通过电气锁紧接头保护线路连接处，防止进水。
进一步的，所述应力分析模块包括应力计算模块和有限元分析模块，应力云图还包括监测处的应变信息。通过应力云图显示盾尾应变，便于操作者了解盾尾的应变情况以进一步采取相应的措施。
进一步的，所述控制台还包括提示器，所述存储模块存储有盾尾监测位置处的应力阈值。通过提示器能够在应力超过阈值后及时提醒操作者，防止操作者观察不及时造成盾尾变形。
本方案还提供了一种预防盾尾变形的方法，采用上述的带盾尾应力监测系统的盾构机，包括以下步骤：
S01：数据准备和存储，将盾尾三维模型数据、监测位置、监测处应力阈值存储入存储模块；
S02：安装应力监测组件；
S03：当任一监测处应力超过应力阈值，提示器发出提示；
S04：根据应力云图得知应力超标的位置，调整盾构机掘进参数和掘进姿态。通过本方法能够准确得知应力超标的位置并指导操作者进行准确地调整工作，有效防止盾尾变形。
进一步的，在所述S01中，将前期沿掘进路线勘察的地质情况存储至存储模块中，显示器实时显示盾构机所在位置处的地质情况，在所述S04中，结合盾构机所在位置处的地质情况调整盾构机掘进参数和掘进姿态。避免操作者在调整盾构机掘进参数和掘进姿态时与当时的地质情况冲突，对盾构机产生损坏。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本方案提供了一种带盾尾应力监测系统的盾构机及预防盾尾变形的方法，通过应力监测组件、控制台的配合能够实时应力监测，并通过应力云图呈现盾尾的应力情况，使操作者掌握盾尾应力大小情况，并准确得知应力超标处的位置，能够及时进行相应的操作，有效避免盾尾变形，避免停机修复；通过设置多个环形的应变片组能够较全面的掌握盾尾应变情况，减少对盾尾监测位置的遗漏；将应变片设置在外层钢结构上能够灵敏地快速地监测盾尾应力，防止应变片变形滞后造成监测不及时无法起到预防变形的效果，同时通过通讯模块实现无线信号传输，减少布线；借用油脂管的布设空间进行信号传输线的布设，减少打孔，减少对盾构机强度的影响；通过防护管和电气锁紧接头保护引线和信号传输线；通过应力云图显示盾尾应力和应变的情况，便于操作者了解盾尾的应变情况以进一步采取相应的措施；通过提示器能够在应力超过阈值后及时提醒操作者，防止操作者观察不及时造成盾尾变形；通过本方法能够准确得知应力超标的位置并指导操作者进行准确地调整工作，有效防止盾尾变形；通过展示地质情况能够避免操作者在调整盾构机掘进参数和掘进姿态时与当时的地质情况冲突，对盾构机产生损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施方式中的应力监测组件和盾尾的装配结构示意图。
图2为本发明具体实施方式中的应变片和盾尾的装配结构示意图。
图中，1、盾尾，2、应变片，3、外层钢结构，4、内层钢结构，5、通讯模块，6、信号传输线，7、防护管，8、加强筋，9、油脂管。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，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它实施例，都属于本专利保护的范围。
发明人发现，在现有的盾构机应力应变检测中，只能在盾尾产生变形后对变形量进行应力检测，无法实现预防盾尾变形的功能；基于此，发明人所提供的本发明一实施例中，通过对盾尾进行实时应力监测，掌握盾尾掘进实时的应力数据，在盾尾变形前采取相应的措施，解决了现有技术中无法预防盾尾变形问题。
本具体实施方式提供了一种带盾尾应力监测系统的盾构机，包括盾尾1、控制台、应力监测组件、应力分析模块和显示器，还包括应力监测组件，控制台包括应力分析模块、存储模块和显示器，应力监测组件包括应变片组，应变片组包括多个应变片2，应变片2设置在盾尾1上，应变片组与控制台电连接，存储模块存储有盾尾1三维模型和监测位置，应力分析模块能够根据应变片2监测的位置和监测的数据生成盾尾1三维应力云图，三维应力云图上通过颜色显示应力大小，应力分析模块包括应力计算模块和有限元分析模块，应力云图还包括监测处的应变信息，应力计算模块搭载有应力计算软件，有限元分析模块搭载限元分析软件，能够调用应力计算模块计算的应力信息，并通过应力云图显示应力和应变情况便于操作者掌握盾尾1的应力应变的实时情况，显示器用于显示盾尾1三维应力云图，应力监测组件还包括通讯模块5，通讯模块5与应变片2通过引线连接，通讯模块5与控制台电信号连接，通过通讯模块5实现无线信号传输可减少布线，提升信息传输可靠性，在本具体实施方式中，通讯模块5采用LoRa通信模块，功耗低，成本低；通过应力监测组件、控制台的配合能够实时应力监测，并通过应力云图呈现盾尾1的实时应力情况，使操作者根据盾尾1应力情况，并准确得知应力超标处的位置，能够及时进行相应的操作，有效避免盾尾1变形，避免停机修复。
如图1和图2所示，为了全面进行盾尾1应力监测，应变片组至少设置有三个，具体的设置位置可根据盾尾变形分析来确定，应变片组沿盾尾1轴向均分布，应变片组呈环状结构，应变片2沿盾尾1圆周方向均匀布置在盾尾1上，应变片2均与控制台电连接，在本具体实施方式中，应变片组设置有三个分别位于盾尾1的前、中和后部，应变片2的尺寸根据盾尾1直径定制，保证应变片2长度应满足盾尾1状态监测需求；通过设置多个环形的应变片组能够较全面的掌握盾尾1应变情况，减少对盾尾1监测位置的遗漏。
如图1所示，盾尾1从外向内依次包括外层钢结构3、油脂管9和内层钢结构4，为了能够及时灵敏的检测到盾尾应力情况，应变片2设置在外层钢结构3的内壁上；将应变片2设置在外层钢结构3上的安装孔内能够灵敏地快速地监测盾尾1应力，极大防止应变片2变形滞后造成监测不及时无法起到预防变形的效果。
如图1所示，通讯模块5与应变片2通过引线连接，通讯模块5与控制台通过信号传输线6电连接，通讯模块5设置在外层钢结构3的内壁上；油脂管9沿盾尾轴向设置，同时在相应位置的加强筋8上开设有走线孔以保证油脂管9平直布设，为了减少布设打孔影响盾构机强度，将信号传输线6沿油脂管9布置，利用原有的走线孔实现平直走线。
如图1所示，为了对引线和信号传输线6实现防护，引线和信号传输线6上均设置有防护管7，在本具体实施方式中，防护管7为扁平钢管；引线与通讯模块5连接处设置有电气锁紧接头，所述通讯模块5与信号传输线6的连接处也设置有电气锁紧接头，通过电气锁紧接头实现连接处的防水。
为了保证及时提醒操作者，控制台还包括提示器，存储模块存储有盾尾1监测位置处的应力阈值；防止操作者观察不及时造成应力超标导致盾尾1变形。
在本具体实施方式中，采用AKEMOND阿克蒙德箔式应变片，精度和可靠性较高。
本具体实施方式还提供了一种预防盾尾变形的方法，采用上述的带盾尾应力监测系统的盾构机，包括以下步骤：
S01：数据准备和存储，将盾尾三维模型数据、监测位置、监测处应力阈值存储入存储模块；
S02：安装应力监测组件；
S03：当任一监测处应力超过应力阈值，提示器发出提示；
S04：根据应力云图得知应力超标的位置，调整盾构机掘进参数和掘进姿态。
其中，在S02中，安装应变片严格按照应变片的粘贴规定来，不再赘述。
为了避免操作者在调整盾构机掘进参数和掘进姿态时与当时的地质情况冲突，对盾构机产生损坏，在S01中，将前期沿掘进路线勘察的地质情况存储至存储模块中，显示器实时显示盾构机所在位置处的地质情况，在S04中，结合盾构机所在位置处的地质情况调整盾构机掘进参数和掘进姿态。
从以上具体实施方式中可以看出本发明具有以下有益效果：
1、通过应力监测组件、控制台的配合能够实时应力监测，并通过应力云图呈现盾尾的应力情况，使操作者得知盾尾应力情况，并准确得知应力超标处的位置，能够及时进行相应的操作，有效避免盾尾变形，避免停机修复；
2、通过设置多个环形的应变片组能够较全面的掌握盾尾1应变情况，减少对盾尾1监测位置的遗漏；
3、通过通讯模块5实现无线信号传输，减少布线，提升信息传输可靠性；
4、将应变片设置在外层钢结构3上能够灵敏地快速地监测盾尾应力，防止应变片2变形滞后造成监测不及时无法起到预防变形的效果；
5、借用油脂管9的布设空间进行信号传输线6的布设，减少打孔，减少对盾构机强度的影响；
6、通过防护管7和电气锁紧接头保护引线和信号传输线；
7、通过应力云图显示盾尾1应力和应变的情况，便于操作者了解盾尾1的应变情况以进一步采取相应的措施；
8、通过提示器能够在应力超过阈值后及时提醒操作者，防止操作者观察不及时造成盾尾变形；
9、通过本方法能够准确得知应力超标的位置并指导操作者进行准确地调整工作，有效防止盾尾1变形，避免停机修复；
10、通过展示地质情况能够避免操作者在调整盾构机掘进参数和掘进姿态时与当时的地质情况冲突，对盾构机产生损坏。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“上”、“下”、“外侧”、“内侧”等（如果存在）是用于区别位置上的相对关系，而不必给予定性。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种带盾尾应力监测系统的盾构机，包括盾尾（1）和控制台，其特征在于，还包括应力监测组件，应力监测组件包括应变片组，应变片组包括多个应变片（2），应变片（2）设置在盾尾（1）上，应变片组与控制台电连接，控制台包括应力分析模块、存储模块和显示器，存储模块存储有盾尾（1）三维模型和应力监测位置，应力分析模块能够根据应力监测位置和应力信息生成盾尾三维应力云图，显示器用于显示盾尾三维应力云图。
2.如权利要求1所述的带盾尾应力监测系统的盾构机，其特征在于，应变片组至少设置有三个，应变片组沿盾尾（1）轴向均分布，应变片组呈环状结构，应变片（2）沿盾尾（1）圆周方向均匀布置在盾尾（1）上，应变片（2）均与控制台电连接。
3.如权利要求2所述的带盾尾应力监测系统的盾构机，其特征在于，盾尾（1）从外向内依次包括外层钢结构（3）、油脂管（9）和内层钢结构（4），应变片（2）设置在外层钢结构（3）的内壁上，应力监测组件还包括通讯模块（5），通讯模块（5）与应变片（2）通过引线连接，通讯模块（5）与控制台电连接，通讯模块（5）设置在外层钢结构（3）内壁上。
4.如权利要求3所述的带盾尾应力监测系统的盾构机，其特征在于，通讯模块（5）与控制台通过信号传输线（6）连接，信号传输线（6）沿油脂管（9）布设。
5.如权利要求4所述的带盾尾应力监测系统的盾构机，其特征在于，引线和信号传输线（6）外部均设置有防护管（7）。
6.如权利要求5所述的带盾尾应力监测系统的盾构机，其特征在于，引线与通讯模块（5）连接处设置有电气锁紧接头，所述通讯模块（5）与信号传输线（6）的连接处也设置有电气锁紧接头。
7.如权利要求3所述的带盾尾应力监测系统的盾构机，其特征在于，应力分析模块包括应力计算模块和有限元分析模块，应力云图还包括监测处的应变信息。
8.如权利要求7所述的带盾尾应力监测系统的盾构机，其特征在于，控制台还包括提示器，存储模块存储有盾尾（1）监测位置处的应力阈值。
9.一种预防盾尾变形的方法，其特征在于，采用如权利要求8所述的带盾尾应力监测系统的盾构机，包括以下步骤：
S01：数据准备和存储，将盾尾三维模型数据、监测位置、监测处应力阈值存储入存储模块；
S02：安装应力监测组件；
S03：当任一监测处应力超过应力阈值，提示器发出提示；
S04：根据应力云图得知应力超标的位置，调整盾构机掘进参数和掘进姿态。
10.如权利要求9所述的预防盾尾变形的方法，其特征在于，在S01中，将前期沿掘进路线勘察的地质情况存储至存储模块中，显示器实时显示盾构机所在位置处的地质情况，在S04中，结合盾构机所在位置处的地质情况调整盾构机掘进参数和掘进姿态。
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