基于双护盾TBM施工隧道中的围岩观测系统技术方案

本发明专利技术提出了一种基于双护盾TBM施工隧道中的围岩观测系统，该系统包括：围岩观测装置用于获取围岩观测孔处的围岩照片；围岩观测孔布置装置用于在管片上对称位置设置多个围岩观测孔，并将每个围岩观测孔设置于偏离管片环向中心的位置，同时设计封堵阀门，以观测结束后封堵每个围岩观测孔；围岩结构重构装置用于提取围岩照片中的节理和裂隙围岩结构，并分别建立环向和环间不同空间位置处围岩照片中岩体结构特征之间的关系，并根据围岩照片的空间位置对隧道空间围岩情况进行三维重构，以得到隧道空间相应位置的当前围岩情况。该系统操作便捷，自动化程度高，能够准确全面地获取隧道围岩情况，且只需定期维护设备即可，减小了工作人员劳动强度。

【技术实现步骤摘要】
基于双护盾TBM施工隧道中的围岩观测系统
本专利技术涉及TBM施工
，特别涉及一种基于双护盾TBM施工隧道中的围岩观测系统。
技术介绍
在水利、交通、能源、建筑、矿山等地下工程施工过程中，经常会出现因对工程地质情况认识不清而发生各类工程事故的情况，随着各类地下工程向着深部发展，地质情况趋于复杂，这一问题变得日益突出。因此，在地下工程施工中充分了解前方工程地质情况十分必要，尤其是对处于复杂地质条件下采用双护盾TBM(TunnelBoringMachine，隧道掘进机)施工的隧道。弄清隧道工程地质条件有很多方法，如地质素描，各类超前地质预报方法等。地质素描是以野外地质物象为对象，用素描技法描绘出地质客观实体的空间形态及相互关系。各类超前地质预报方法主要分为超前钻探类、反射地震类、电磁类、电法类等，各类方法都是通过分析地质介质某一性质(如弹性、导电性、导热性等)的差异来解译围岩情况。对于双护盾TBM施工的隧道，掌子面后方的围岩处于TBM护盾遮挡之下，没有空间开展地质素描，而掌子面与TBM刀盘之间的空间狭小且不便进入，在其中开展地质素描必然会耽误施工，因此，地质素描在双护盾TBM施工的隧道中几乎无法开展。超前钻探类地质预报方法影响施工且因不能向隧道正前方探测而产生盲区，这些都限制了其在TBM施工隧道中的应用。隧道内施工活动频繁，噪声源较多且复杂，TBM庞大的金属机械结构对电磁波场干扰较大，这些因素会对反射地震类、电磁类、电法类等超前地质预报方法产生较大干扰，从而产生较大误差，导致探测结果不可靠。同时各类超前地质预报方法都对解译人员的经验要求较高，结果的准确性往往受制于解译人员的专业水平。总之，各类超前地质预报方法在TBM施工的隧道中应用时几乎都面临着费时、影响施工、准确性差等问题。利用围岩出露处对围岩直接观测是获取工程地质情况最准确且简单易行的方法。在双护盾TBM施工隧道中，受制于护盾的遮挡，只能通过TBM内预留的观测窗观察局部围岩，这种方法只能获得局部点位处的围岩信息，不能准确全面地反映隧道洞周的围岩信息。采用TBM施工的隧道通常采用混凝土预制管片作为衬砌结构，管片通过螺栓连接成环状，形成封闭的支护结构。混凝土管片上布置有灌浆孔，安装管片后通过灌浆孔吹填豆砾石并灌浆，以填充管片与围岩之间空隙。管片安装完成到吹填豆砾石及灌浆，中间有数小时时间。因此，若在管片上预制数个围岩观测孔，就可以在吹填豆砾石及灌浆之前，通过围岩观测孔直接观测围岩，获取洞周不同位置处的围岩照片，进而通过对围岩照片的处理，可以综合得出洞周区域围岩地质情况，由此可以实时准确地掌握隧道区域围岩地质情况，且不耽误施工，从而为TBM安全施工提供决策支持。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种基于双护盾TBM施工隧道中的围岩观测系统。为达到上述目的，本专利技术一方面提出了基于双护盾TBM施工隧道中的围岩观测系统包括：围岩观测装置，用于获取围岩观测孔处的围岩照片；围岩观测孔布置装置，用于在管片上对称位置设置多个围岩观测孔，并将每个围岩观测孔设置于偏离管片环向中心的位置，同时设计封堵阀门，以观测结束后封堵所述每个围岩观测孔；围岩结构重构装置，用于提取所述围岩照片中的节理和裂隙围岩结构，并分别建立环向和环间不同空间位置处所述围岩照片中岩体结构特征之间的关系，并根据所述围岩照片的空间位置对隧道空间围岩情况进行三维重构，以得到隧道空间相应位置的当前围岩情况。本专利技术实施例的基于双护盾TBM施工隧道中的围岩观测系统，能够随着TBM前进，可以实时连续地掌握隧道区域围岩地质情况，并且充分利用管片拼装机闲置时间，不影响施工，同时，能够解决双护盾TBM施工中由于护盾遮挡而无法直接观测围岩的问题，能够准确全面地获取隧道围岩情况，且操作便捷，自动化程度高，只需定期维护设备即可，减小了工作人员劳动强度。另外，根据本专利技术上述实施例的基于双护盾TBM施工隧道中的围岩观测系统还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述围岩观测装置由观测轨道、相机保护罩、相机安装架、第一电机、轮子、工业相机、有机玻璃板和多根支撑杆组成。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述多根支撑杆将所述观测轨道固定于移动TBM管片拼装机后部的施工平台上。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述观测轨道随所述施工平台沿隧道掘进方向设置，且整体呈弧形，断面为工字型，以使得行走装置的轮子在所述观测轨道上运动。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述行走装置由第二电机、齿轮和四个轮子组成，所述观测轨道两侧各布置多个轮子，每个轮子由所述第二电机通过齿轮传动，所述行走装置两侧通过螺栓连接。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述相机安装架横跨所述观测轨道，且所述相机安装架下端与所述行走装置相连。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述相机保护罩固定于所述相机安装架的安装孔处。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述工业相机安装于所述相机保护罩内，所述相机保护罩上端设置有机玻璃板，其中，所述工业相机的镜头可遥控伸缩，使得所述工业相机的工作状态包括遥控拍照状态。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述移动TBM管片拼装机使所述工业相机处于目标管片所述围岩观测孔中心形成的环向平面上，以在启动所述第一电机使所述轮子在所述观测轨道上运动时，改变所述工业相机与管片上所述围岩观测孔的相对位置，并遥控所述工业相机的镜头，以获取预设拍摄角度后进行遥控拍照，并采用所述围岩结构重构算法对所述围岩照片进行处理，以获取所述当前围岩情况。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术一个实施例的基于双护盾TBM施工隧道中的围岩观测系统结构示意图；图2为根据本专利技术一个实施例的封堵阀门的结构示意图；图3为根据本专利技术一个实施例的行走装置的结构示意图；图4为根据本专利技术一个实施例的基于双护盾TBM施工隧道中的围岩观测系统中主要部件的细部图；图5为根据本专利技术一个实施例的工业相机、相机安装架及相机保护罩的结构示意图；图6为根据本专利技术一个实施例的观测轨道的安装结构示意图；图7为根据本专利技术一个实施例的管片围岩观测孔基于管片外侧展开的结构示意图，其中，a为平面布置图，b为A-A剖面图，c为B-B剖面图；图8为根据本专利技术一个实施例的基于双护盾TBM施工隧道中的围岩观测系统的整体结构示意图。附图标记说明：100-基于双护盾TBM施工隧道中的围岩观测系统、101-围岩观测装置、102-围岩观测孔布置装置、103-围岩结构重构装置、1-多个围岩观测孔、2-封堵阀门、3-观测轨道、4-相机保护罩、5-相机安装架、6-电机、7-多个轮子、8-工业相机、9-有机玻璃板、10-多根支撑杆、11-齿轮、12-螺栓-和13-安装孔。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，实施例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例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双护盾TBM施工隧道中的围岩观测系统，其特征在于，包括：围岩观测装置，用于获取围岩观测孔处的围岩照片；围岩观测孔布置装置，用于在管片上对称位置设置多个围岩观测孔，并将每个围岩观测孔设置于偏离管片环向中心的位置，同时设计封堵阀门，以观测结束后封堵所述每个围岩观测孔；以及围岩结构重构装置，用于提取所述围岩照片中的节理和裂隙围岩结构，并分别建立环向和环间不同空间位置处所述围岩照片中岩体结构特征之间的关系，并根据所述围岩照片的空间位置对隧道空间围岩情况进行三维重构，以得到隧道空间相应位置的当前围岩情况。

【技术特征摘要】
1.一种基于双护盾TBM施工隧道中的围岩观测系统，其特征在于，包括：围岩观测装置，用于获取围岩观测孔处的围岩照片；围岩观测孔布置装置，用于在管片上对称位置设置多个围岩观测孔，并将每个围岩观测孔设置于偏离管片环向中心的位置，同时设计封堵阀门，以观测结束后封堵所述每个围岩观测孔；以及围岩结构重构装置，用于提取所述围岩照片中的节理和裂隙围岩结构，并分别建立环向和环间不同空间位置处所述围岩照片中岩体结构特征之间的关系，并根据所述围岩照片的空间位置对隧道空间围岩情况进行三维重构，以得到隧道空间相应位置的当前围岩情况。2.根据权利要求1所述的基于双护盾TBM施工隧道中的围岩观测系统，其特征在于，所述围岩观测装置由观测轨道、相机保护罩、相机安装架、第一电机、轮子、工业相机、有机玻璃板和多根支撑杆组成。3.根据权利要求2所述的基于双护盾TBM施工隧道中的围岩观测系统，其特征在于，所述多根支撑杆将所述观测轨道固定于移动TBM管片拼装机后部的施工平台上。4.根据权利要求2或3所述的基于双护盾TBM施工隧道中的围岩观测系统，其特征在于，所述观测轨道随所述施工平台沿隧道掘进方向设置，且整体呈弧形，断面为工字型，以使得行走装置的轮子在所述观测轨道上运动。5.根据权利要求4所述的基于双护盾TBM...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐千军，汤志立，金峰，李超毅，秦鹏翔，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11