一种大直径盾构机刀盘系统关键位置受力检测方法技术方案

本发明专利技术提供一种盾构机刀盘系统关键位置受力的检测方法，在盾构机出厂前预先在相关位置埋入应变计，并在工厂中模拟盾构机在施工中可能遇到的各种受力状况，对盾构机刀盘系统进行标定，得到各测点精确的受力‑应变换算关系，从而准确的反应盾构机刀盘系统外部的受力状态，达到对盾构机刀盘系统外部环境进行实时检测，达到在外部环境异常时及时发现并停机调整的目的，确保盾构机安全可靠的工作。

【技术实现步骤摘要】
一种大直径盾构机刀盘系统关键位置受力检测方法
本专利技术涉及大直径盾构机隧道开挖地下施工检测
，具体涉及一种大直径盾构机刀盘系统关键位置受力检测方法。
技术介绍
盾构机是一种利用盾构法进行隧道开挖的隧道掘进机，是集机、电、液一体的大型地下施工设备，它集合了地下隧道施工过程中的开挖、出渣、支护、注浆、导向等全部功能，广泛应用于软土地层下的交通、水利等地下工程的开挖建设。盾构机的结构由刀盘系统、盾体、后配套设施等组成。大直径盾构机在施工过程中，由于地下外部环境较为复杂，且地质条件随时会产生突变，例如在较好的地层掘进中掌子面遭遇破碎带、较硬孤石等情况，这就可能会导致盾构机刀盘系统面板产生较大变形，甚至开裂等问题，这些情况都会影响工程的施工进度，造成巨大的经济损失。因此对盾构机刀盘系统的受力检测是极其重要的，通过对刀盘系统的应变检测及前期的标定得到刀盘系统的受力情况从而真实可靠的反应盾构机刀盘系统外边受力状况是亟需解决的问题。目前，国内外对盾构机刀盘系统关键位置应变检测方法及受力-应变关系的研究相对较少，并且由于刀盘系统的结构和工作环境较为复杂，现场选点测试也较为麻烦。虽然有学者做过一定的研究，但都是在较易贴片的位置来进行测量或者是采用三维激光扫描等方法，这些方法或是不能对难以贴片的位置进行测量，或是测量的精度不够，因此具有一定的局限性和片面性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种盾构机刀盘系统关键位置受力的检测方法，在盾构机出厂前预先在相关位置埋入应变计，并在工厂中模拟盾构机在施工中可能遇到的各种受力状况，对盾构机刀盘系统进行标定，得到各测点精确的受力-应变换算关系，从而准确的反应盾构机刀盘系统外部的受力状态，达到对盾构机刀盘系统外部环境进行实时检测，达到在外部环境异常时及时发现并停机调整的目的，确保盾构机安全可靠的工作。本专利技术提供的解决技术方案如下：一种大直径盾构机刀盘系统关键位置受力检测方法，步骤一：在盾构机出厂前，将应变计按照刀盘系统测点关键位置布置模型上的测点位置与盾构机上对应的位置埋入盾构机刀盘系统中；步骤二：利用屏蔽线将位于盾构机上的应变计、信号测试分析系统、信号调理器和无线发射模块对应电连接，所述信号接收模块与所述无线发射模块相匹配，用于接收无线发射模块发出的信号，所述信号接收模块与安装在盾构机控制室的上位机通过屏蔽线连接；步骤三：上位机实时记录盾构机刀盘系统上的各测试点的应变值，并匹配标定时的各种工况，按照特定工况下各测试点的标定曲线进行数据处理，将测得的应变值转换为各处的受力，按照盾构机刀盘系统各部位的许用受力给各处测试点的受力设定阈值，当检测到的受力大于设定的阈值时，上位机即报警停机。在施工过程中通过布置在刀盘系统中的应变计来检测相应位置的应变状态，通过标定得到的受力-应变换算关系得到刀盘系统的外部受力状态，实现对盾构机异常掘进的警报。盾构机在地下掘进施工的过程中，当遇到地质异常突变时，例如在较好的地层掘进中掌子面遭遇破碎带、较硬孤石等情况，盾构机与外部环境之间会有相互作用，使得刀盘系统的某些部分承受超出其许用应力的外力，从而使刀盘系统产生大变形甚至开裂，影响施工进程甚至导致停机。为了减少这种情况，可以在出厂前将应变计按照刀盘系统测点关键位置布置模型埋入盾构机中，并通过模拟可能遇到的不同工况来标定，得到刀盘系统的受力-应变关系，在施工过程中通过布置在刀盘系统中的应变计来检测相应位置的应变，通过标定得到的受力-应变关系得到刀盘系统的外部受力状态，实现对盾构机异常掘进环境的警报。测点布置模型，在盾构机各部件达到出厂的标准后即可在刀盘系统的面板及内部布置多组应变计，每组应变计包括三个方向不同的应变计，应变计用于检测所在位置的应变；在围绕刀盘系统的牛腿一周的表面均匀布置多组应变计；并将应变计通过屏蔽线与布置在刀盘系统后方的信号测试分析系统连接，信号测试分析系统用于将应变计测得的信号转换为应变信号。将信号测试分析系统与信号调理器与无线发射模块对应电连接，信号接收模块与无线发射模块相匹配，用于接收无线发射模块发出的信号，信号接收模块与安装在盾构机控制室的上位机通过屏蔽线连接。信号调理器用于将信号测试分析系统所得的应变信号转换成标准信号并进行A/D转换，无线发射模块为ZigBee信号发射模块，可以将信号调理器处理的信号进行发射，信号接收模块可以接收无线发射模块的无线信号，并将无线信号通过屏蔽线传输至位于盾构机控制室的上位机。标定方法，在工厂中，在盾构机刀盘系统上与出厂的盾构机的刀盘系统中设置应变计的位置相应的测点布置应变计，并将信号测试分析系统与信号调理器与无线发射模块对应电连接，信号接收模块与无线发射模块相匹配，用于接收无线发射模块发出的信号，信号接收模块与安装在盾构机控制室的上位机通过屏蔽线连接后，可进行刀盘系统的标定：刀盘系统的标定：为了模拟掌子面整体压力升高和局部较硬孤石对刀盘系统面板和牛腿的异常作用的受力情况，可在刀盘系统前方掌子面的位置布置数量不同的千斤顶，在整个刀盘系统前方布置数个千斤顶来模拟掌子面整体压力升高的受力状况，在刀盘系统局部布置少量千斤顶来模拟掌子面局部较硬孤石的受力状况；在记录千斤顶施加的推力大小的同时，用信号测试分析系统记录应变计的应变，将千斤顶的推力作为横坐标，信号测试分析系统记录的应变值作为纵坐标，绘制标定曲线并进行拟合，得到受力-应变的换算公式，记录各测试点的标定曲线及其解析式。应用方法：在施工过程中使用信号测试分析系统连接盾构机刀盘系统中的各组应变计，将信号测试分析系统通过无线信号传输机构与位于盾构机控制室中的上位机相连接，上位机实时记录检测各测试点的应变值，并匹配标定时的各种工况，按照特定工况下各测试点标定曲线进行数据处理，将测得的应变值转换为各处的受力，按照各部位的许用受力给各处测试点的受力设定阈值，当检测到的受力大于设定的阈值时，上位机即刻发出停机警报。与现有技术相比，本专利技术提供的一种大直径盾构机刀盘系统关键位置受力检测方法具有以下优点：本专利技术首先在盾构机出厂前预先在相关位置埋入应变计，并在工厂中模拟盾构机在施工中可能遇到的各种外部环境对应变计进行标定，得到相关位置精确的应变和外部受力的换算关系，进而在实际施工中通过应变计的数值进行计算，得到准确的盾构机刀盘系统外部的受力状态，达到对盾构机刀盘系统外部环境是否异常进行实时检测的目的，并反馈给盾构机操作人员，确保盾构机可以安全可靠的工作。本专利技术提供了一种简单有效的盾构机刀盘系统应变检测方法，解决了难以检测盾构施工过程中刀盘系统外部受力状态的难题，减少了盾构机发生故障的概率，提高了盾构机的掘进效率。附图说明图1为盾构机的总体结构示意图；图2为盾构机的刀盘系统的结构示意图；图3为盾构机的刀盘系统的面板上的测点分布图；图4为盾构机的刀盘系统的牛腿上的测点分布图；图5为每组应变计的粘贴形式示意图；图6为无线信号传输路径示意图；图7为刀盘系统标定过程的结构示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大直径盾构机刀盘系统关键位置受力检测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：在盾构机出厂前，将应变计按照刀盘系统测点关键位置布置模型上的测点位置与盾构机上对应的位置埋入盾构机刀盘系统中；/n步骤二：利用屏蔽线将位于盾构机上的应变计、信号测试分析系统、信号调理器和无线发射模块对应电连接，所述信号接收模块与所述无线发射模块相匹配，用于接收无线发射模块发出的信号，所述信号接收模块与安装在盾构机控制室的上位机通过屏蔽线连接；/n步骤三：上位机实时记录盾构机刀盘系统上的各测试点的应变值，并匹配标定时的各种工况，按照特定工况下各测试点的标定曲线进行数据处理，将测得的应变值转换为各处的受力，按照盾构机刀盘系统各部位的许用受力给各处测试点的受力设定阈值，当检测到的受力大于设定的阈值时，上位机即刻发出停机警报。/n

【技术特征摘要】
1.一种大直径盾构机刀盘系统关键位置受力检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在盾构机出厂前，将应变计按照刀盘系统测点关键位置布置模型上的测点位置与盾构机上对应的位置埋入盾构机刀盘系统中；
步骤二：利用屏蔽线将位于盾构机上的应变计、信号测试分析系统、信号调理器和无线发射模块对应电连接，所述信号接收模块与所述无线发射模块相匹配，用于接收无线发射模块发出的信号，所述信号接收模块与安装在盾构机控制室的上位机通过屏蔽线连接；
步骤三：上位机实时记录盾构机刀盘系统上的各测试点的应变值，并匹配标定时的各种工况，按照特定工况下各测试点的标定曲线进行数据处理，将测得的应变值转换为各处的受力，按照盾构机刀盘系统各部位的许用受力给各处测试点的受力设定阈值，当检测到的受力大于设定的阈值时，上位机即刻发出停机警报。


2.根据权利要求1所述的一种大直径盾构机刀盘系统关键位置受力检测方法，其特征在于，步骤一中的刀盘...

【专利技术属性】
技术研发人员：石泉，柳一凡，吴遁，曹洪波，李涛，彭碧林，李军武，宁波，杨妹，夏毅敏，
申请(专利权)人：新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，中铁十四局集团隧道工程有限公司，中南大学，
类型：发明
国别省市：新疆;65