盾构机刀盘变形检测方法及盾构机刀盘变形检测系统技术方案

本发明专利技术涉及盾构机刀盘变形检测方法及盾构机刀盘变形检测系统，盾构机刀盘变形检测系统执行的盾构机刀盘变形检测方法包括步骤：在盾构机掘进时，获取刀盘后方的各个检测点与刀盘之间的距离；判断一：在设定时间内，比较所有检测点的检测距离，若某个检测点的检测距离始终为最小值，则判定该检测点为硬地层相对点，其正前方对应的区域是掌子面的硬度最高的区域；判断二：若在刀盘旋转两周以上的设定时间内，某个检测点的检测距离呈周期性变化，且在相邻两个周期中，前一个周期中出现检测距离最小值的时刻与后一个周期中出现检测距离最小值的时刻的间隔与刀盘转动一周的时间相等，则判定滚刀出现异常；从而为盾构司机提供参考，以便妥善应对。以便妥善应对。以便妥善应对。

【技术实现步骤摘要】
盾构机刀盘变形检测方法及盾构机刀盘变形检测系统


[0001]本专利技术涉及盾构机
，具体涉及盾构机刀盘变形检测方法及盾构机刀盘变形检测系统。

技术介绍

[0002]盾构机包括刀盘和盾体，盾体沿长度方向分为切口环、支承环和盾尾三部分，前部为切口环，切口环与刀盘相邻，切口环与刀盘之间有一定间隙，切口环内安装有与刀盘前面板平行的前隔板，切口环设有刃口，施工时切入土层，具有开挖和支撑土体的功能，中部为支承环,是盾构的主要受力结构，盾壳的外荷载均由其承受，后部为盾尾，是由盾构外壳钢板延长构成，在盾尾的掩护下拼装隧道衬砌，盾尾末端设有盾尾密封装置，以防止泥水和注浆材料从盾尾与衬砌之间的空隙内流入。
[0003]近年来，盾构法施工的应用越来越广泛，刀盘作为盾构机的关键部件之一，直接承担着开挖掌子面的作用。当刀盘掘进至全断面硬岩地层时或上软下硬等恶劣地层时，易发生变形、开裂等异常损坏现象，滚刀刀具易发生偏磨、“糊刀”等现象。如不能及时察觉和迅速应对，可能会造成设备损坏，严重影响施工进度。
[0004]申请公布号为CN113108727A的专利申请文件中公开了一种用于感知盾构机刀盘中心区域变形的检测系统，通过液压系统中的压力传感器来监测液压油的压力是否下降，如果压力保持不变，则说明盾构机刀盘正常工作，未发生变形；若液压油的压力下降，则说明盾构机刀盘中心区域发生了凹陷变形。但是，其只是利用液压的原理定性地判断刀盘是否变形，无法得知具体的变形量，且仅可感知刀盘的中心处是否变形，具有一定的局限性，影响对刀盘变形、开裂等异常损坏现象的有效预防，无法反映出掘进至上软下硬地层时的刀盘变形情况以及滚刀刀具出现异常时的刀盘变形情况，不便于指导盾构司机及时应对，影响对刀盘变形、开裂等异常损坏现象的有效预防。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种盾构机刀盘变形检测方法，以解决现有检测方法只能定性判断刀盘中心是否变形而不利于对刀盘变形开裂进行有效预防的问题；本专利技术的目的在于提供一种盾构机刀盘变形检测系统，以解决现有检测系统只能定性判断刀盘中心是否变形而不利于对刀盘变形开裂进行有效预防的问题。
[0006]本专利技术的盾构机刀盘变形检测方法的技术方案是：
[0007]盾构机刀盘变形检测方法，包括以下步骤：
[0008](1)在盾构机掘进时，获取处于刀盘后方的各个检测点与刀盘后端面之间的距离，所述距离为各个检测点的检测距离，各检测点处在与刀盘轴线垂直的同一平面上且呈圆周分布；
[0009](2)进行如下的至少一个判断：
[0010]判断一：在设定时间内，比较所有检测点的检测距离，若某个检测点的检测距离始
终为最小值，则判定该检测点为硬地层相对点，硬地层相对点正前方对应的区域是掌子面的硬度最高的区域；
[0011]判断二：若在刀盘旋转两周以上的设定时间内，某个检测点的检测距离呈周期性变化，且在相邻两个周期中，前一个周期中出现检测距离最小值的时刻与后一个周期中出现检测距离最小值的时刻的间隔与刀盘每转动一周所用的时间相等，则判定滚刀出现异常。
[0012]有益效果：利用各检测点的检测距离随时间的变化情况进行比较，可预判掌子面状况和刀具异常情况；在盾构机掘进到硬地层时，掌子面硬度高的区域给刀盘的反作用力大，进而体现在刀盘的变形量上，使对应的检测点的变形量大，如果在设定监测时间内，在比较所有检测点后，某个检测点的检测距离始终为最小值，则表明该检测点对应的是掌子面硬度最高的区域，进而盾构司机可根据数据具体信息，妥善设置掘进参数，以使刀盘的转速、角度、推进力与掌子面的地层硬度相适应；当某个检测点的检测距离呈周期性变化且最小值呈周期性出现，即每当刀盘转动一周就会出现变形量最大的情况，则说明在出现检测距离最小值时，刀盘上位于该检测点附近的滚刀可能发生了偏磨或者“糊刀”等异常现象，进而为盾构司机提供参考，以便妥善应对，及时进仓检查刀具情况。
[0013]进一步地，所述判断一中，若某个检测点的检测距离始终为最大值，则判定该检测点为软地层相对点，软地层相对点正前方对应的区域是掌子面的硬度最低的区域。
[0014]有益效果：判断硬地层相对点和软地层相对点，适用掌子面各区域硬度差异较大的情况，有利于指导盾构司机调整掘进参数以与掌子面相适应。
[0015]本专利技术的盾构机刀盘变形检测系统的技术方案是：
[0016]盾构机刀盘变形检测系统，包括控制器、距离传感器和刀盘旋转角度测量装置；距离传感器设有至少两个，各距离传感器固定在切口环上且沿切口环的圆周方向布置，距离传感器的探头构成检测点，各检测点处在与刀盘轴线垂直的同一平面，距离传感器用于检测刀盘后端面与检测点之间的距离；刀盘旋转角度测量装置用于检测刀盘的旋转角度；距离传感器、刀盘旋转角度测量装置与控制器信号连接，控制器用于执行盾构机刀盘变形检测方法，盾构机刀盘变形检测方法包括以下步骤：
[0017](1)在盾构机掘进时，获取处于刀盘后方的各个检测点与刀盘后端面之间的距离，所述距离为各个检测点的检测距离，各检测点处在与刀盘轴线垂直的同一平面上且呈圆周分布；
[0018](2)进行如下的至少一个判断：
[0019]判断一：在设定时间内，比较所有检测点的检测距离，若某个检测点的检测距离始终为最小值，则判定该检测点为硬地层相对点，硬地层相对点正前方对应的区域是掌子面的硬度最高的区域；
[0020]判断二：若在刀盘旋转两周以上的设定时间内，某个检测点的检测距离呈周期性变化，且在相邻两个周期中，前一个周期中出现检测距离最小值的时刻与后一个周期中出现检测距离最小值的时刻的间隔与刀盘每转动一周所用的时间相等，则判定滚刀出现异常。
[0021]有益效果：通过在切口环圆周方向上布设距离传感器，可检测到刀盘与切口环之间的距离值变化并进行比较，可预判掌子面状况和刀具异常情况；在盾构机掘进到硬地层
时，掌子面硬度高的区域给刀盘的反作用力大，进而体现在刀盘的变形量上，使对应的检测点的变形量大，如果在设定监测时间内，在比较所有检测点后，某个检测点的检测距离始终为最小值，则表明该检测点对应的是掌子面硬度最高的区域，进而盾构司机可根据数据具体信息，妥善设置掘进参数，以使刀盘的转速、角度、推进力与掌子面的地层硬度相适应；当某个检测点的检测距离呈周期性变化且最小值在同一相位反复出现，即每当刀盘转动一周就会出现变形量最大的情况，则说明在该相位时，刀盘上位于该检测点附近的滚刀可能发生了偏磨或者“糊刀”等异常现象，进而为盾构司机提供参考，以便妥善应对，及时进仓检查刀具情况。
[0022]进一步地，所述判断一中，若某个检测点的检测距离始终为最大值，则判定该检测点为软地层相对点，软地层相对点正前方对应的区域是掌子面的硬度最低的区域。
[0023]有益效果：判断硬地层相对点和软地层相对点，适用掌子面各区域硬度差异较大的情况，有利于指导盾构司机调整掘进参数以与掌子面相适应。
[0024]进一步地，距离传感器的后部设置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.盾构机刀盘变形检测方法，其特征是，包括以下步骤：(1)在盾构机掘进时，获取处于刀盘(1)后方的各个检测点与刀盘(1)后端面之间的距离，所述距离为各个检测点的检测距离，各检测点处在与刀盘(1)轴线垂直的同一平面上且呈圆周分布；(2)进行如下的至少一个判断：判断一：在设定时间内，比较所有检测点的检测距离，若某个检测点的检测距离始终为最小值，则判定该检测点为硬地层相对点，硬地层相对点正前方对应的区域是掌子面的硬度最高的区域；判断二：若在刀盘(1)旋转两周以上的设定时间内，某个检测点的检测距离呈周期性变化，且在相邻两个周期中，前一个周期中出现检测距离最小值的时刻与后一个周期中出现检测距离最小值的时刻的间隔与刀盘(1)每转动一周所用的时间相等，则判定滚刀出现异常。2.根据权利要求1所述的盾构机刀盘变形检测方法，其特征是，所述判断一中，若某个检测点的检测距离始终为最大值，则判定该检测点为软地层相对点，软地层相对点正前方对应的区域是掌子面的硬度最低的区域。3.盾构机刀盘变形检测系统，包括控制器，其特征是，还包括距离传感器和刀盘旋转角度测量装置；距离传感器设有至少两个，各距离传感器固定在切口环(21)上且沿切口环(21)的圆周方向布置，距离传感器的探头构成检测点，各检测点处在与刀盘(1)轴线垂直的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳春，张志国，邓永忠，吕炎，王杜娟，李凯凯，陈曦，齐卫国，汪海，于德涌，柳敏，王平豪，黄昭明，
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：