一种盾构法施工盾尾间隙及偏转角度的监测预警系统技术方案

本发明专利技术公开了一种盾构法施工盾尾间隙及偏转角度的监测预警系统，其特征在于包括，监测子系统和预警子系统；所述监测子系统包括测距传感器、电源模块和数据传输模块；所述预警子系统包括数据处理模块、分级预警模块和警报装置。本发明专利技术利用传感测距技术可有效和准确的测量出盾构尾盾的最大偏转角度，且在最大偏转角度的基础上测算出能反应盾构实际工作状态的最小盾尾间隙，并通过分阶段预警充分保证了盾构施工的安全可靠和高效性。盾构施工的安全可靠和高效性。盾构施工的安全可靠和高效性。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构法施工盾尾间隙及偏转角度的监测预警系统


[0001]本专利技术属于盾构施工
，具体地，涉及一种盾构法施工盾尾间隙及偏转角度的监测预警系统。

技术介绍

[0002]在盾构法隧道施工过程中，由于盾构机姿态调整，常常导致盾尾与管片之间的间隙过小，进而导致管片受到挤压发生损伤。在盾构施工时，有效测量盾构机与管片偏转角度及盾尾间隙，并且设置自动预警系统，可以有效提高施工的安全性和掘进效率。
[0003]当前，施工过程中对盾尾间隙的监测主要以人工监测为主，对于盾尾姿态控制和间隙自动化测量的技术尚未成熟，经现有技术文献检索发现，中国专利(申请号为20192221200.0)公开了一种盾构法隧道施工盾尾间隙的测量装置，包括测量单元及计算单元，所述测量单元与所述计算单元电性信号连接；所述测量单元包括安装支架、激光测距传感器及激光轮廓传感器；所述激光测距传感器与所述激光轮廓传感器均固定于所述安装支架并通过所述安装支架与盾构机撑靴固定，所述激光测距传感器的位置设置为保证其发出的激光垂直射向盾构机壳体，所述激光轮廓传感器的位置设置为保证其发出的激光垂直射向盾构机撑靴之间的盾构机环片内边。虽然上述技术方案能通过激光测距测量盾尾间隙、环片圆心，但是不能消除因盾尾的偏转而导致尾盾间隙监测的误差，因此盾尾间隙的检测准确度还有待提高。
[0004]中国专利(申请号为202111431719.7)公开了一种基于测量扩挖间隙的盾构卡机监测及预防装置，包括设置在盾构盾壳内部且用于监测扩挖间隙变化对的监测机构以及设置在盾构盾壳内部且用于预防盾构发生卡机的预防机构；监测机构包括壳体以及通过滚动组件设置在壳体内的监测组件，监测组件的金属探头伸出盾构盾壳外侧并与围岩接触。虽然上述技术方案可通过监测组件中的金属探头与围岩接触，利用弹簧产生的压缩量读取扩挖间隙的尺寸信息，并借助土压力测量传感器感知盾构外侧土压力变化情况，以防止卡机，但是由于设置了较多相互配合的机械部件，设备维护繁琐，容易出现故障，且是间接通过弹簧压缩量以及土压力进行监测，误差仍然较大。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提出一种盾构法施工盾尾间隙及偏转角度的监测预警系统，本方明利用传感测距技术可有效和准确的测量出盾构尾盾的最大偏转角度，且在最大偏转角度的基础上测算出能反应盾构实际工作状态的最小盾尾间隙，并通过分阶段预警充分保证了盾构施工的安全可靠和高效性。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现。
[0007]一种盾构法施工盾尾间隙及偏转角度的监测预警系统，其特征在于包括，监测子系统和预警子系统；
[0008]所述监测子系统包括测距传感器、电源模块和数据传输模块；所述预警子系统包
括数据处理模块、分级预警模块和警报装置；
[0009]所述电源模块用于向测距传感器供电；所述测距传感器沿盾尾盾壳的轴向分两组布置，同组所述测距传感器位于盾尾盾壳的同一断面，所述测距传感器用于监测测距传感器所处位置的盾壳与管片之间的实时直线距离d；所述数据传输模块用于将测距传感器测得的实时直线距离d传输至数据处理模块；
[0010]所述数据处理模块用于根据实时直线距离d计算出实时最大偏转角度α
max
和实时最小盾尾间隙l
min
，并将实时最大偏转角度α
max
和实时最小盾尾间隙l
min
传输至分级预警模块；
[0011]所述分级预警模块包括，用于预设低阶角度阈值α
min
和高阶角度阈值α
max
；用于将实时最大偏转角度α
max
与预设的低阶角度阈值α
min
和高阶角度阈值α
max
进行比对，当实时最大偏转角度α
max
介于低阶角度阈值α
min
和高阶角度阈值α
max
之间，则发出警报信息至警报装置，当实时最大偏转角度α
max
大于高阶角度阈值α
max
时，则发出停机指令至盾构机推进系统，使盾构机推进系统停止工作；所述警报装置用于接收警报信息发出声光警报，以提醒施工人员。
[0012]优选的，所述测距传感器为光电测距仪，所述测距传感器通过螺栓或磁铁固定于盾尾盾壳。
[0013]优选的，每组所述测距传感器沿盾尾盾壳的同一断面均匀布置设置有四个，其中一组测距传感器沿盾尾盾壳断面的周向依次分别编号为A1、B1、C1、D1，另一组测距传感器沿盾尾盾壳断面的周向依次分别编号为A2、B2、C2、D2，且测距传感器A1与A2、测距传感器B1与B2、测距传感器C1与C2、测距传感器D1与D2均沿盾构机的轴线处于同一水平位置上。
[0014]优选的，所述测距传感器用于监测测距传感器A1、B1、C1、D1、A2、B2、C2、D2所处位置的盾壳与管片之间的实时直线距离d
A1
、d
B1
、d
C1
、d
D1
、d
A2
、d
B2
、d
C2
、d
D2
；所述数据处理模块用于根据实时直线距离d
A1
、d
B1
、d
C1
、d
D1
、d
A2
、d
B2
、d
C2
、d
D2
按下述公式计算出实时最大偏转角度α
max
和实时最小盾尾间隙l
min
：
[0015][0016]l
mix
＝D0‑
L
×
tanα
max
[0017]其中，d
H
＝Max{|d
A1
‑
d
A2
|,|d
C1
‑
d
C2
|}，d
V
＝Max{|d
B1
‑
d
B2
|,|d
D1
‑
d
D2
|}，D0＝sum{d
A1
,d
B1
,d
C1
,d
D1
,d
A2
,d
B2
,d
C2
,d
D2
}/8；
[0018]式中，L为两组所述测距传感器所在断面之间的间距，D0为盾尾初始间隙，d
H
、d
V
为相互垂直的方向上的最大偏转距离。
[0019]优选的，每组所述测距传感器沿盾尾盾壳同一断面的0点、3点、6点、9点钟位置布置一个传感器。
[0020]优选的，两组所述测距传感器中邻近盾尾的一组所在断面距盾尾间距为0.3～0.5m，两组所述测距传感器所在断面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾构法施工盾尾间隙及偏转角度的监测预警系统，其特征在于包括，监测子系统和预警子系统；所述监测子系统包括测距传感器、电源模块和数据传输模块；所述预警子系统包括数据处理模块、分级预警模块和警报装置；所述电源模块用于向测距传感器供电；所述测距传感器沿盾尾盾壳的轴向分两组布置，同组所述测距传感器位于盾尾盾壳的同一断面，所述测距传感器用于监测测距传感器所处位置的盾壳与管片之间的实时直线距离d；所述数据传输模块用于将测距传感器测得的实时直线距离d传输至数据处理模块；所述数据处理模块用于根据实时直线距离d计算出实时最大偏转角度α
max
和实时最小盾尾间隙l
min
，并将实时最大偏转角度α
max
和实时最小盾尾间隙l
min
传输至分级预警模块；所述分级预警模块包括，用于预设低阶角度阈值α
min
和高阶角度阈值α
max
；用于将实时最大偏转角度α
max
与预设的低阶角度阈值α
min
和高阶角度阈值α
max
进行比对，当实时最大偏转角度α
max
介于低阶角度阈值α
min
和高阶角度阈值α
max
之间，则发出警报信息至警报装置，当实时最大偏转角度α
max
大于高阶角度阈值α
max
时，则发出停机指令至盾构机推进系统，使盾构机推进系统停止工作；所述警报装置用于接收警报信息发出声光警报，以提醒施工人员。2.如权利要求1所述的一种盾构法施工盾尾间隙及偏转角度的监测预警系统，其特征在于，所述测距传感器为光电测距仪，所述测距传感器通过螺栓或磁铁固定于盾尾盾壳。3.如权利要求1所述的一种盾构法施工盾尾间隙及偏转角度的监测预警系统，其特征在于，每组所述测距传感器沿盾尾盾壳的同一断面均匀布置设置有四个，其中一组测距传感器沿盾尾盾壳断面的周向依次分别编号为A1、B1、C1、D1，另一组测距传感器沿盾尾盾壳断面的周向依次分别编号为A2、B2、C2、D2，且测距传感器A1与A2、测距传感器B1与B2、测距传感器C1与C2、测距传感器D1与D2均沿盾构机的轴线处于同一水平位置上。4.如权利要求3所述的一种盾构法施工盾尾间隙及偏转角度的监测预警系统，其特征在于，所述测距传感器用于监测测距传感器A1、B1、C1、D1、A2、B2、C2、D2所处位置的盾壳与管片之间的实时直线距离d
A1
、d
B1
、d
C1
、d
D1
、d
A2
、d
B2
、d
C2
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永康，吴怀娜，罗桂军，肖超，吴耀文，刘湛，钟文京，王云龙，刘源，程红战，韩海召，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：