一种盾构机尾盾密封系统综合预警装置及其工作方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种盾构机尾盾密封系统综合预警装置及其工作方法，包括尾盾，尾盾通过尾盾刷与管片相连接且尾盾与尾盾刷和管片之间形成一尾刷腔，盾壳上设有盾壳压力监测单元，上位机与盾构机导向系统相连接，所述尾盾上设有尾盾间隙监测单元，尾刷腔内设有尾刷腔压力监测单元；所述盾壳压力监测单元、尾盾间隙监测单元和尾刷腔压力监测单元均与上位机相连接。本发明专利技术通过对尾刷腔内压力、盾壳土压、尾盾间隙以及盾构姿态多方位数据采集，实现了多参数耦合共同判断尾盾密封状态，提高预警准确性，并且通过上位机实现尾盾圆周方向上多道油脂腔任意位置的密封安全等级可视化显示，便于工作人员直观观察。

A comprehensive early warning device of shield sealing system and its working method

The invention provides a comprehensive early warning device for shield sealing system and its working method, which comprises a tail shield, the tail shield is connected with the segment through the tail shield brush, and a tail brush cavity is formed between the tail shield and the tail shield brush and the segment, the shield shell is provided with a shield pressure monitoring unit, the upper computer is connected with the shield guiding system, the tail shield is provided with a tail shield gap monitoring unit, and the tail brush cavity The shield shell pressure monitoring unit, the tail shield clearance monitoring unit and the tail brush cavity pressure monitoring unit are all connected with the upper computer. The invention realizes the multi parameter coupling to judge the sealing state of the tail shield and improve the early warning accuracy through the multi-directional data collection of the pressure in the tail brush cavity, the earth pressure of the shield shell, the clearance between the tail shield and the shield posture, and realizes the visual display of the sealing safety level of the arbitrary positions of the multi grease cavities in the peripheral direction of the tail shield through the upper computer, which is convenient for the staff to observe directly.

【技术实现步骤摘要】
一种盾构机尾盾密封系统综合预警装置及其工作方法
本专利技术涉及盾构机尾盾密封预警的
，尤其涉及一种盾构机尾盾密封系统综合预警装置及其工作方法。
技术介绍
随着国内外城市基础建设的不断发展，全断面隧道掘进机作为隧道开挖的绝对利器得到越来越广泛的应用。伴随而来的是对于设备安全使用的不断完善，毕竟盾构机需要在地下或是水下几十米深的地方连续工作相当长的一段时间。例如，2018年2月7日发生的佛山地铁2号线大规模地陷事故，就是由于在风险高的富水中粗砂地层施工过程中因尾盾密封失效而导致大量土体和地下水从尾盾涌入，造成坍塌。尾盾密封系统作为盾构机三大关键密封系统之一，用来实现盾构机主机尾部(尾盾)与管片之间的密封功能，从而使得管片外部所注浆液以及地层水土无法进入盾构机内部。通常情况下尾盾密封系统由三道尾盾密封刷、盾体、管片、尾盾密封油脂组成。如附图2所示，尾盾刷通过基座钢板固定在尾盾3内侧，尾刷钢丝端以一定预压力的方式压紧在管片6外侧，以侧边并排的方式构成闭合圆环。三道尾刷与尾盾3、管片6组成两道密封腔，腔体内填充油脂，以形成密封系统。尾盾的密封状态直接关系到整个隧道的安全，一旦失效，直接面临着浆液和地层水土灌入隧道，造成极大的人员和财产损失。而目前对于尾盾密封系统的控制方式仍是粗放的，甚至于对密封系统的设计都没有严格意义的理论支撑，国内外对于密封状态的监测和预警也几乎是空白，在专利申请号为“CN201410717824.0”、专利名称为“一种盾构机用尾盾油脂密封系统”中公开了一种尾盾油脂腔密封结构，同时对各注油口进行压力检测，在一定程度上起到预警作用，但是整体检测粗放，并且由于油脂的流动性差，沿程压力损失大，测量的压力并不是油脂腔内真实压力。
技术实现思路
针对现阶段盾构机尾盾密封系统缺少有效的风险监测的技术问题，本专利技术提出一种盾构机尾盾密封系统综合预警装置及其工作方法。为了解决上述问题，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种盾构机尾盾密封系统综合预警装置，包括尾盾，尾盾通过尾盾刷与管片相连接且尾盾与尾盾刷和管片之间形成一尾刷腔，盾壳上设有盾壳压力监测单元，上位机与盾构机导向系统相连接，所述尾盾上设有尾盾间隙监测单元，尾刷腔内设有尾刷腔压力监测单元；所述盾壳压力监测单元、尾盾间隙监测单元和尾刷腔压力监测单元均与上位机相连接。优选地，所述盾壳压力监测单元包括若土压传感器，土压传感器通过通信线缆与PLC信息采集系统相连接，PLC信息采集系统与上位机相连接且土压传感器安装在盾体预留的安装孔内。优选地，所述土压传感器包括固定式土压传感器和可拆卸式土压传感器；所述固定式土压传感器的壳体通过连接法兰与安装孔固定连接；所述可拆卸式土压传感器的壳体上设有一导向杆，可拆卸式土压传感器设置在安装孔内且安装孔一侧设有闸门，闸门与可拆卸式土压传感器相配合。优选地，所述尾盾间隙监测单元包括若干个测距模块，测距模块通过通信线缆与PLC信息采集系统相连接，PLC信息采集系统与上位机相连接；所述测距模块的壳体安装在尾盾的预留孔内且尾盾内开设一线缆通道，通信线缆嵌入在线缆通道内。优选地，所述若干个测距模块沿尾盾圆周方向均与布置且测距模块的检测探头面向尾盾圆心设置。优选地，所述尾刷腔压力监测单元包括若干个压力传感器且若干个压力传感器串联连接后通过通信线缆与PLC信息采集系统相连接，PLC信息采集系统与上位机相连接。优选地，所述压力传感器包括安装底座，安装底座固定在尾刷腔内的安装槽中，安装底座上设有一开孔，压力探头设置在开孔内且开孔两侧均设有线缆槽，线缆槽内穿设传感器线缆，压力探头通过传感器线缆与相邻的压力探头相连接；所述开孔上固定设有一压块且压块上设有一检测孔，检测孔与压力探头相配合。优选地，所述尾刷腔内均设有一线缆通道且相邻线缆通道相连通，线缆通道内穿设传感器线缆。一种盾构机尾盾密封系统综合预警装置的工作方法，包括以下步骤：S1，首先上位机接收到各个尾盾间隙数据，并计算管片中心坐标以及任意点尾盾间隙大小；S2，根据任意点尾盾间隙数据结合从盾构机导向系统中调取的盾构姿态数据，查表计算对应的任意点尾刷密封承压安全阈值；S3，上位机接收到盾壳外部不同位置的土压数据和各尾刷腔内不同位置的油脂压力数据；S4，对比各个点位尾刷腔内油脂压力和盾壳外部土压数据，结合步骤S2中的尾刷密封承压安全阈值，判断密封风险等级；S5，根据各个点位的密封风险等级，在上位机上形成可视化的显示界面，实时显示尾盾一周各点风险等级、各点位置的尾刷腔内压力、盾壳外部土压和尾盾间隙数据。优选地，所述步骤S1中管片中心坐标计算方法，包括如下步骤：a.设定尾盾圆心为原点坐标(0，0)，尾盾正上方角度为0°，沿掘进方向顺时针增大；b.将尾盾圆周方向上布置的若干个测距模块，角度分别设定为C1、C2……Cn，测距模块测的指向尾盾圆心方向与管片之间的间隙为i，检测探头表面与尾盾内表面存在安装高度差为h，尾盾与管片之间实际间隙为d＝i+h，设地尾盾半径为R，则计算得出管片上相应位置的横坐标X＝(R-d)×sinc1。。。。n，纵坐标为Y＝(R-d)×cosc1。。。。。n；c.求得管片各位置坐标后，根据最小二乘法拟合圆算法，求得管片圆心坐标(δx，δy)以及管片外表面在平面上的方程表达式，进而获得管片外表面圆周方向上任一点坐标。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1、本专利技术通过在油脂腔内采用连续多点串联式压力传感器，检测尾刷腔内真实压力，对于尾盾密封系统注脂压力的控制更加准确，解决了传统尾刷腔油脂检测时，油脂的流动性差，沿程压力损失大，测量的压力并不是油脂腔内真实的压力的问题。2、本专利技术对于尾盾密封系统的状态判断不单单依靠尾刷腔内的压力监测，而是通过对尾刷腔内压力、盾壳土压、尾盾间隙以及盾构姿态多方位数据采集，实现了多参数耦合共同判断尾盾密封状态，提高预警准确性，并且将尾盾圆周方向多道油脂腔任意位置的密封安全等级在上位机上实现可视化显示，显示更加直观，便于工作人员了解尾盾密封状态。3、本专利技术通过根据盾构机姿态和盾尾间隙计算不同位置尾刷密封安全阈值，对于开挖直径越来越大的盾构机具有非常重要的指导意义，该尾刷密封安全阈值有助于提高盾尾密封失效风险监测的准确性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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专利技术的一些实施例，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为本专利技术的整体结构示意图。图2为现有尾盾密封结构示意图。图3为本专利技术中尾盾间隙监测单元安装示意图。图4为图3的局部放大示意图。图5为本专利技术中尾盾间隙计算示意图。图6为本专利技术中盾壳压力监测单元安装示意图。图7为图6的局部放大示意图。图8为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盾构机尾盾密封系统综合预警装置，包括尾盾(3)，尾盾(3)通过尾盾刷与管片(6)相连接且尾盾(3)与尾盾刷和管片(6)之间形成一尾刷腔(16)，盾壳上设有盾壳压力监测单元，上位机(9)与盾构机导向系统相连接，其特征在于，所述尾盾(3)上设有尾盾间隙监测单元，尾刷腔(16)内设有尾刷腔压力监测单元；所述盾壳压力监测单元、尾盾间隙监测单元和尾刷腔压力监测单元均与上位机(9)相连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种盾构机尾盾密封系统综合预警装置，包括尾盾(3)，尾盾(3)通过尾盾刷与管片(6)相连接且尾盾(3)与尾盾刷和管片(6)之间形成一尾刷腔(16)，盾壳上设有盾壳压力监测单元，上位机(9)与盾构机导向系统相连接，其特征在于，所述尾盾(3)上设有尾盾间隙监测单元，尾刷腔(16)内设有尾刷腔压力监测单元；所述盾壳压力监测单元、尾盾间隙监测单元和尾刷腔压力监测单元均与上位机(9)相连接。


2.根据权利要求1所述的盾构机尾盾密封系统综合预警装置，其特征在于，所述盾壳压力监测单元包括土压传感器(7)，土压传感器(7)通过通信线缆与PLC信息采集系统(8)相连接，PLC信息采集系统(8)与上位机(9)相连接且土压传感器(7)安装在盾体预留的安装孔(12)内。


3.根据权利要求2所述的盾构机尾盾密封系统综合预警装置，其特征在于，所述土压传感器(7)包括固定式土压传感器(701)和可拆卸式土压传感器(702)；所述固定式土压传感器(701)的壳体通过连接法兰(13)与安装孔(12)固定连接；所述可拆卸式土压传感器的壳体上设有一导向杆(10)，可拆卸式土压传感器(702)设置在安装孔(12)内且安装孔(12)一侧设有闸门(11)，闸门(11)与可拆卸式土压传感器(702)相配合。


4.根据权利要求1所述的盾构机尾盾密封系统综合预警装置，其特征在于，所述尾盾间隙监测单元包括若干个测距模块(4)，测距模块(4)通过通信线缆与PLC信息采集系统(8)相连接，PLC信息采集系统(8)与上位机(9)相连接；所述测距模块(4)的壳体安装在尾盾(3)的预留孔(5)内且尾盾(3)内开设一布线通道，通信线缆嵌入在布线通道内。


5.根据权利要求4所述的盾构机尾盾密封系统综合预警装置，其特征在于，所述若干个测距模块(4)沿尾盾(3)圆周方向均匀布置且测距模块(4)的检测探头面向尾盾圆心设置。


6.根据权利要求1所述的盾构机尾盾密封系统综合预警装置，其特征在于，所述尾刷腔压力监测单元包括若干个压力传感器(14)且若干个压力传感器(14)串联连接后通过通信线缆与PLC信息采集系统(8)相连接，PLC信息采集系统(8)与上位机(9)相连接。


7.根据权利要求6所述的盾构机尾盾密封系统综合预警装置，其特征在于，所述压力传感器(14)包括安装底座(145)，安装底座(145)...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏晓龙，王杜娟，李光，李莉，狄晓红，杜孟超，高博，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41