一种基于扭推比的破碎地层TBM卡机风险预警方法技术

本发明专利技术公开了一种基于扭推比的破碎地层TBM卡机风险预警方法，步骤如下：S1，通过露出护盾围岩地质素描，采集围岩状态数据；S2，通过TBM数据采集系统，获取TBM掘进参数数据；S3，建立扭推比与围岩状态对应关系；S4，通过主司机记录的TBM掘进报告，获取掘进状态数据；S5，建立基于扭推比的卡机风险评判标准；S6，通过TBM实时掘进参数，根据该评判标准，判断TBM卡机风险并进行实时预警。本发明专利技术能够及时有效掌握隧道围岩状态、TBM的掘进状态以及TBM掘进可能遭遇的卡机风险，使施工人员能够及时掌握各方面的信息，及时施作TBM卡机预防措施，可有效降低TBM被卡风险，提高TBM施工效率。

A risk early warning method of TBM jammer in broken formation based on torsion push ratio

【技术实现步骤摘要】
一种基于扭推比的破碎地层TBM卡机风险预警方法
本专利技术涉及全断面隧道掘进机施工控制
，具体涉及一种基于扭推比的破碎地层TBM卡机风险预警方法。
技术介绍
全断面岩石隧道掘进机（TBM）作为隧道施工的重要工具，具有施工安全、快速的优点，TBM法已经成为了隧道施工的主要方法。但与之不相适应的是，TBM在破碎地层中施工时适应性差，掘进速度明显下降，且一旦发生卡机，将导致工期严重延误，因此如何提前预判TBM卡机风险，及时采取措施，对于提高TBM在破碎地层的适应性意义重大。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于扭推比的破碎地层TBM卡机风险预警方法，能够实现TBM卡机风险的预判，有利于提高TBM在破碎地层的适应性。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：设计一种基于扭推比的破碎地层TBM卡机风险预警方法，包括下列步骤：S1，通过露出护盾的围岩地质素描，采集围岩状态数据；采集的围岩状态数据包括掘进里程、围岩破碎塌腔位于隧道断面的位置、塌腔范围、塌腔深度，还包括支护塌腔所采用的钢拱架型号与间距、所采用钢筋排型号与间距、所采用的锚杆长度与间距。S2，通过TBM数据采集系统，获取TBM掘进参数数据；获取的掘进参数数据包括但不限于TBM历史数据中的掘进里程、推力、扭矩、推进速度、贯入度。S3，根据步骤S1和S2获得的围岩状态数据和掘进参数数据，建立扭推比与围岩状态对应关系：所述的扭推比与围岩状态对应关系的建立方法：根据掘进参数中的推力、扭矩历史数据，运算扭矩和推力的比值，简称扭推比；根据围岩状态数据和掘进参数数据记录的掘进里程，建立不同里程扭推比历史数据与围岩地质素描的对应关系；当围岩状态发生异常时，扭推比也异常偏离正常值；围岩坍塌发生在掌子面时，扭推比异常增大；围岩坍塌发生在护盾上方时，扭推比异常减小。S4，通过主司机记录的TBM掘进报告，获取掘进状态数据；所述的掘进状态数据包括TBM是否发生卡机；已发生卡机时是刀盘被卡还是护盾被卡，未卡机时的掘进速度和设备利用率是否正常。S5，将步骤S3获得的扭推比与围岩状态对应关系和步骤S4获得的掘进状态数据相对应，建立基于扭推比的卡机风险评判标准。S6，通过获取TBM实时掘进参数，根据基于扭推比的卡机风险评判标准，判断TBM卡机风险并进行实时预警。所述的基于扭推比的卡机风险评判标准分三种状态：①TBM在围岩完整性好的地层正常掘进时，TBM扭矩和推力正相关，扭推比维持在相对稳定状态；②TBM在破碎地层掘进时发生卡刀盘前，掌子面坍塌的岩块与刀盘接触，推力一定的情况下，刀盘旋转除了需要提供克服滚刀破岩的正常扭矩外，还必须提供克服坍塌岩块对刀盘的阻力矩，此时扭矩倍增，导致扭矩推力比远远超出正常值，因此，当扭推比异常增大且扭矩异常增大时，即存在TBM卡刀盘的高风险；③TBM在破碎地层掘进发生卡护盾前，护盾上方坍塌的岩块堆积在护盾上，TBM除了需要提供克服刀盘前方滚刀破岩的推力外，还必须提供后方克服坍塌岩块对护盾的摩擦阻力，此时推力倍增，导致扭矩推力比远远低于正常值，因此，当扭推比异常降低且推力异常增大时，即存在TBM卡护盾的高风险；将上述三种状态下扭矩、推力以及扭推比的临界值作为TBM卡机风险评判标准，当获取的TBM实时掘进参数满足②或③的条件时，即存在卡机风险，需要发出预警提醒。本专利技术的有益效果在于：本专利技术基于扭推比的破碎地层TBM卡机风险预警方法，根据采集的围岩状态数据和TBM掘进参数的历史数据，建立扭推比与围岩状态对应关系，再与TBM掘进状态相对应起来，建立基于扭推比的卡机风险评判标准：当围岩状态发生异常时，扭推比也异常偏离正常值，当围岩坍塌发生在掌子面时，扭推比异常增大；当围岩坍塌发生在护盾上方时，扭推比异常减小；因此，当扭推比异常增大且扭矩异常增大时，即存在TBM卡刀盘的高风险；当扭推比异常降低且推力异常增大时，即存在TBM卡护盾的高风险。将获取的TBM实时掘进参数与该评判标准相比较，如果数据符合卡刀盘或卡护盾的条件，即存在卡机风险，应发出预警信号，提醒工作人员及时采取措施，避免出现卡机的情况。本专利技术能够及时有效掌握隧道围岩状态、TBM的掘进状态以及TBM掘进可能遭遇的卡机风险，并及时将信息反馈给现场施工人员，使施工人员能够及时掌握各方面的信息，及时施作TBM卡机预防措施，即使TBM被卡也能及时进行TBM脱困处理，可有效降低TBM被卡风险，降低TBM卡机对工期的影响，提高TBM施工效率。本专利技术能够实现TBM卡机风险的提前预判，当出现卡刀盘或卡护盾的风险时，能够提前获知风险、发出预警，使工作人员提前获知风险情况、及时采取措施，避免卡机情况的发生；采用本专利技术基于扭推比的破碎地层TBM卡机风险预警方法，判断结果准确率高，能够有效减少卡机，对于提高TBM在破碎地层的适应性意义重大。附图说明图1为本专利技术所提供的基于扭推比的破碎地层TBM卡机风险预警方法的总体流程图；图2为某隧道某段的围岩状态图；图3为某隧道某掘进段扭推比与围岩状态对应关系。具体实施方式下面结合实施例来说明本专利技术的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本专利技术，并不以任何方式限制本专利技术的范围。在以下实施例中所涉及的设备元件如无特别说明，均为常规设备元件。实施例1：一种基于扭推比的破碎地层TBM卡机风险预警方法，包括下列步骤：S1，通过露出护盾的围岩地质素描，采集围岩状态数据；采集的围岩状态数据包括掘进里程、围岩破碎塌腔位于隧道断面的位置、塌腔范围、塌腔深度，还包括支护塌腔所采用的钢拱架型号与间距、所采用钢筋排型号与间距、所采用的锚杆长度与间距；某隧道某段的围岩状态图如图2所示。S2，通过TBM数据采集系统，获取TBM掘进参数数据；获取的掘进参数数据包括但不限于TBM历史数据中的掘进里程、推力、扭矩、推进速度、贯入度。S3，根据步骤S1和S2获得的围岩状态数据和掘进参数数据，建立扭推比与围岩状态对应关系：所述的扭推比与围岩状态对应关系的建立方法：根据掘进参数中的推力、扭矩历史数据，运算扭矩和推力的比值，简称扭推比；根据围岩状态数据和掘进参数数据记录的掘进里程，建立不同里程扭推比历史数据与围岩地质素描的对应关系；某隧道某掘进段扭推比与围岩状态对应关系如图3所示。当围岩状态发生异常时，扭推比也异常偏离正常值；围岩坍塌发生在掌子面时，扭推比异常增大；围岩坍塌发生在护盾上方时，扭推比异常减小。S4，通过主司机记录的TBM掘进报告，获取掘进状态数据；所述的掘进状态数据包括TBM是否发生卡机；已发生卡机时是刀盘被卡还是护盾被卡，未卡机时的掘进速度和设备利用率是否正常。S5，将步骤S3获得的扭推比与围岩状态对应关系和步骤S4获得的掘进状态数据相对应，建立基于扭推比的卡机风险评判标准。S6，通过获取TBM实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于扭推比的破碎地层TBM卡机风险预警方法，其特征在于，包括下列步骤：/nS1，通过露出护盾的围岩地质素描，采集围岩状态数据；/nS2，通过TBM数据采集系统，获取TBM掘进参数数据；/n获取的掘进参数数据包括但不限于TBM历史数据中的掘进里程、推力、扭矩、推进速度、贯入度；/nS3，根据步骤S1和S2获得的围岩状态数据和掘进参数数据，建立扭推比与围岩状态对应关系：/n所述的扭推比与围岩状态对应关系的建立方法：根据掘进参数中的推力、扭矩历史数据，运算扭矩和推力的比值，简称扭推比；根据围岩状态数据和掘进参数数据记录的掘进里程，建立不同里程扭推比历史数据与围岩地质素描的对应关系；/n当围岩状态发生异常时，扭推比也异常偏离正常值；围岩坍塌发生在掌子面时，扭推比异常增大；围岩坍塌发生在护盾上方时，扭推比异常减小；/nS4，通过主司机记录的TBM掘进报告，获取掘进状态数据；/n所述的掘进状态数据包括TBM是否发生卡机；已发生卡机时是刀盘被卡还是护盾被卡，未卡机时的掘进速度和设备利用率是否正常；/nS5，将步骤S3获得的扭推比与围岩状态对应关系和步骤S4获得的掘进状态数据相对应，建立基于扭推比的卡机风险评判标准；/nS6，通过获取TBM实时掘进参数，根据基于扭推比的卡机风险评判标准，判断TBM卡机风险并进行实时预警；/n所述的基于扭推比的卡机风险评判标准分三种状态：/n①TBM在围岩完整性好的地层正常掘进时，TBM扭矩和推力正相关，扭推比维持在相对稳定状态；/n②TBM在破碎地层掘进时发生卡刀盘前，掌子面坍塌的岩块与刀盘接触，推力一定的情况下，刀盘旋转除了需要提供克服滚刀破岩的正常扭矩外，还必须提供克服坍塌岩块对刀盘的阻力矩，此时扭矩倍增，导致扭矩推力比远远超出正常值，因此，当扭推比异常增大且扭矩异常增大时，即存在TBM卡刀盘的高风险；/n③TBM在破碎地层掘进发生卡护盾前，护盾上方坍塌的岩块堆积在护盾上，TBM除了需要提供克服刀盘前方滚刀破岩的推力外，还必须提供后方克服坍塌岩块对护盾的摩擦阻力，此时推力倍增，导致扭矩推力比远远低于正常值，因此，当扭推比异常降低且推力异常增大时，即存在TBM卡护盾的高风险；/n将上述三种状态下扭矩、推力以及扭推比的临界值作为TBM卡机风险评判标准，当获取的TBM实时掘进参数满足②或③的条件时，即存在卡机风险，需要发出预警提醒。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于扭推比的破碎地层TBM卡机风险预警方法，其特征在于，包括下列步骤：
S1，通过露出护盾的围岩地质素描，采集围岩状态数据；
S2，通过TBM数据采集系统，获取TBM掘进参数数据；
获取的掘进参数数据包括但不限于TBM历史数据中的掘进里程、推力、扭矩、推进速度、贯入度；
S3，根据步骤S1和S2获得的围岩状态数据和掘进参数数据，建立扭推比与围岩状态对应关系：
所述的扭推比与围岩状态对应关系的建立方法：根据掘进参数中的推力、扭矩历史数据，运算扭矩和推力的比值，简称扭推比；根据围岩状态数据和掘进参数数据记录的掘进里程，建立不同里程扭推比历史数据与围岩地质素描的对应关系；
当围岩状态发生异常时，扭推比也异常偏离正常值；围岩坍塌发生在掌子面时，扭推比异常增大；围岩坍塌发生在护盾上方时，扭推比异常减小；
S4，通过主司机记录的TBM掘进报告，获取掘进状态数据；
所述的掘进状态数据包括TBM是否发生卡机；已发生卡机时是刀盘被卡还是护盾被卡，未卡机时的掘进速度和设备利用率是否正常；
S5，将步骤S3获得的扭推比与围岩状态对应关系和步骤S4获得的掘进状态数据相对应，建立基于扭推比的卡机风险评判标准；
S6，通过获取TBM实时掘进参数，根据基于扭推比的卡机风险评判标准，判断TBM卡机风险并进行实时预警；...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙振川，杨延栋，周建军，陈馈，李凤远，韩伟锋，秦银平，赵海雷，潘东江，寇晓林，
申请(专利权)人：中铁隧道局集团有限公司，盾构及掘进技术国家重点实验室，
类型：发明
国别省市：广东;44