一种基于红外热成像的盾构刀盘结泥饼实时监测方法技术

本发明专利技术公开一种基于红外热成像的盾构刀盘结泥饼实时监测方法，其特征在于：在盾构机内部设置红外热成像装置，该红外热成像装置由红外接收部件、传输部件和成像部件组成，所述红外接收部件用于接收刀盘发射的红外线，通过传输部件传送给成像部件，并由成像部件实时显示刀盘温度。盾构工程师可迅速获悉刀盘结泥饼情况，准确判断结泥饼程度，精准定位刀盘结泥饼部位，从而采取相应的技术措施。与现有技术相比，本发明专利技术无需在刀盘切削面上或土仓内设置复杂的传感装置，属于非接触式监测方法，具有实时、高效、故障率低、安装及使用简单等优点，在盾构机械设计及盾构隧道工程施工领域具有重要的应用价值。

A real-time monitoring method for shield cutter cake based on infrared thermal imaging

The invention discloses a real-time monitoring method for the mud cake of a shield cutter head based on infrared thermal imaging, which is characterized in that an infrared thermal imaging device is arranged in the shield machine interior. The infrared thermal imaging device consists of an infrared receiving part, a transmission part and an imaging part, and the infrared receiving part is used to receive the infrared rays emitted by the cutter head. The transmission unit is transmitted to the imaging component, and the cutter head temperature is displayed in real time by the imaging component. The engineer of shield machine can quickly know the situation of the cutter head cakes, accurately judge the degree of the cakes, accurately locate the position of the cutter head cakes, and take corresponding technical measures. Compared with the prior art, the invention does not need to install complicated sensing devices on the cutter head cutting surface or in the soil bin, and belongs to the non-contact monitoring method. It has the advantages of real-time, high efficiency, low failure rate, simple installation and use, and has important application value in the field of shield machine design and shield tunnel construction.

【技术实现步骤摘要】
一种基于红外热成像的盾构刀盘结泥饼实时监测方法
本专利技术属于盾构隧道工程领域，尤其是涉及一种盾构刀盘结泥饼的检测方法。
技术介绍
近年来，随着社会经济和城市化进程的快速发展，盾构隧道技术已成为我国重大交通等基础设施建设中不可或缺的关键技术，盾构施工所涉及的地层也越来越复杂。盾构隧道施工时，随着刀盘的转动与推进，刀盘、刀具推进中与土体的相互作用产生热量，热量以热传导的形式传递给刀盘。正常情况下，由于开挖面土体不断被运出，刀盘刀具正常工作，盾构推力和扭矩均在正常水平，盾构刀盘最高温度只有30~70°。但是国内多条盾构隧道工程实例表明（如扬州瘦西湖隧道、广州地铁4号线、成都地铁5号线、武汉地铁8号线、南京地铁4号线、南昌地铁1号线），盾构在硬粘土、粉质粘土、泥岩、泥质粉砂岩、泥质砂岩等地层中掘进时，刀盘掘削面的粘性颗粒受到刀盘碾压，易附着在刀盘表面。附着的粘土在盾构推力作用下被压缩、固结，形成坚硬的泥饼，继而使得部分刀具失效（如滚刀无法正常转动而失效），堵塞刀盘开口，刀盘扭矩、推力增大，刀盘局部温度迅速升高（有时高达400°~500°），严重加大了盾构机刀盘和刀具的负荷，甚至使得刀盘材料属性变化等现象。这一方面降低了刀盘、刀具的使用寿命，另一方面泥饼清理相当繁杂、危险，对于盾构工程的正常实施产生极大影响。目前在实际工程施工中，多通过推力、扭矩和推进速度来判断刀盘结泥饼情况，这种方法往往存在严重的滞后性，当发现时刀盘结泥饼已经十分严重了，更无法准确获悉刀盘结泥饼部位，从而给后续泥饼清理工作带来较大的困难。在科研领域，目前已有较少的泥饼探测方法的提出，这些方法均需要对盾构机刀盘进行相关改造并设置接触式探测装置：或在盾构土仓中安装复杂的机械类探测泥饼的装置，或需要在刀盘掘削面安装感应装置，然后再经过复杂的传感系统进行处理。这类泥饼探测方法存在以下缺点：1、接触式探测装置为单点探测，探测范围有限，不能准确判断结泥饼部位及结泥饼程度；大量设置时安装复杂，且不经济；2、接触式探测装置，尤其时机械式探测装置存在一定的滞后性；3、接触式探测装置在刀盘掘削面或土仓中受土体挤压、摩擦影响，容易被损毁，且系统复杂，故障率高。因此，如何克服目前盾构刀盘泥饼探测的上述缺点，确保实时、高效、准确地判断盾构掘进过程中结泥饼程度和部位十分关键。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于红外热成像的盾构刀盘结泥饼实时监测方法，无需在刀盘切削面上或土仓内设置复杂的传感装置，属于非接触式监测方法，具有实时、高效、故障率低、安装及使用简单等优点，在盾构机械设计及盾构隧道工程施工领域具有重要的应用价值。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于红外热成像的盾构刀盘结泥饼实时监测方法，其特征在于：在盾构机内部设置红外热成像装置，该红外热成像装置由红外接收部件、传输部件和成像部件组成，所述红外接收部件用于接收刀盘发射的红外线，通过传输部件传送给成像部件，并由成像部件实时显示刀盘温度。进一步地，所述红外接收部件位于刀盘后部中心位置，成像部件位于盾构司机驾驶室内，红外接收部件和成像部件通过传输部件连接。进一步地，所述红外接收部件、传输部件和成像部件集成于一体安装于盾构内部。进一步地，当所述盾构在地层中掘进时，刀盘切削土体，红外接收部件接收刀盘发射的红外线，成像部件实时显示刀盘温度；当刀盘结泥饼时，泥饼附近部分刀具失效，在盾构机推力、扭矩作用下局部发生温度升高，成像部件实时显示刀盘温度，以便盾构工程师迅速获悉刀盘结泥饼情况，准确判断结泥饼程度，精准定位刀盘结泥饼部位，从而采取相应的技术措施。本专利技术与现有技术相比具有下列优点：1、本监测方法为非接触式监测，监测范围为整个刀盘面，能够准确地判断刀盘结泥饼程度和位置；安装简单、经济；2、本监测方法为非接触式监测，刀盘温度实时显示，具有同步性，快速、准确；3、本探测装置安装在刀盘后部，不受掘削面或土仓中受土体挤压、摩擦影响，不容易被损毁，且系统简单，故障率低。附图说明图1为本专利技术的一种实施实例的结构示意图。图2为采用本专利技术监测刀盘正常掘进状态的成像示意图。图3为采用本专利技术监测刀盘结泥饼状态的成像示意图。具体实施方式下面结合附图及实施实例对本专利技术作进一步描述：如图所示，一种基于红外热成像的盾构刀盘结泥饼实时监测方法，在盾构机1内部设置红外热成像装置5，该装置由红外接收部件6、传输部件7和成像部件8组成。如图所示，根据本专利技术的优选实施例，所述红外接收部件6位于刀盘3后部中心位置，成像部件8位于盾构司机驾驶室内，红外接收部件和成像部件通过传输部件7连接；或红外接收部件6、传输部件7和成像部件8集成于一体安装于盾构1内部适当部位。当盾构1在地层2中掘进时，刀盘3切削地层2，红外接收部件6接收刀盘3发射的红外线4，成像部件8实时显示刀盘温度分布9；当刀盘3结泥饼时，泥饼附近部分刀具失效（如滚刀无法正常转动而失效），在盾构机推力、扭矩作用下局部发生温度升高10，在红外热成像装置5的成像部件8上同步显示刀盘温度成像图，盾构工程师可迅速获悉刀盘结泥饼情况，准确判断结泥饼程度，精准定位刀盘结泥饼部位，从而采取相应的技术措施。由图2和图3对比可以看出，当刀盘温度成像图局部温度过高，则意味着该部位刀盘结泥饼部位，而温度越高则意味着结泥饼程度越高，因此盾构工程师可根据显示的温度成像图迅速获悉刀盘结泥饼情况，准确判断结泥饼程度，精准定位刀盘结泥饼部位。采用本专利技术的基于红外热成像的盾构刀盘结泥饼实时监测方法，无需在刀盘切削面上或土仓内设置复杂的传感装置，属于非接触式监测方法，具有实时、高效、故障率低、安装及使用简单等优点，在盾构机械设计及盾构隧道工程施工领域具有重要的应用价值。本专利技术的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本专利技术的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本专利技术的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本专利技术的保护范围应由所附的权利要求来限定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于红外热成像的盾构刀盘结泥饼实时监测方法，其特征在于：在盾构机内部设置红外热成像装置，该红外热成像装置由红外接收部件、传输部件和成像部件组成，所述红外接收部件用于接收刀盘发射的红外线，通过传输部件传送给成像部件，并由成像部件实时显示刀盘温度。

【技术特征摘要】
1.一种基于红外热成像的盾构刀盘结泥饼实时监测方法，其特征在于：在盾构机内部设置红外热成像装置，该红外热成像装置由红外接收部件、传输部件和成像部件组成，所述红外接收部件用于接收刀盘发射的红外线，通过传输部件传送给成像部件，并由成像部件实时显示刀盘温度。2.根据权利要求1所述的一种基于红外热成像的盾构刀盘结泥饼实时监测方法，其特征在于：所述红外接收部件位于刀盘后部中心位置，成像部件位于盾构司机驾驶室内，红外接收部件和成像部件通过传输部件连接。3.根据权利要求1所述的一种基于红外热成像的盾构刀...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚洲，温竹茵，侯剑锋，由广明，刘念，高卫平，孙双篪，沈奕，刘建槟，
申请(专利权)人：上海市政工程设计研究总院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31