[發明專利]隧道掘進機搭載激發極化超前探測電極伸縮監測保護系統

有效

• 申請號: 201710154390.1
• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN106990441B
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 聶利超;郭謙;張永恒;劉斌;高博洋;劉海東;王秀凱;張諾亞;葛尚奇;王厚同;梅宇
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01V3/08
• 分類號: G01V3/08;G01B11/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發明公開了一種隧道掘進機搭載的激發極化超前探測測量電極伸縮監測與保護系統，包括設置于電極外側的電極伸縮長度監測單元、電極伸縮過程保護單元，電極伸縮過程保護單元包括啟合保護模塊、磁性閉合密封模塊以及彈性傳動模塊，啟合保護模塊外套于電極端部且具有開合口，啟合保護模塊外側設置有磁性閉合密封模塊以及彈性傳動模塊，通過彈性傳動模塊保證啟合保護模塊在接觸掌子面時閉合，接觸掌子面后由于來自掌子面的壓力克服磁性閉合密封模塊的磁力使啟合保護模塊打開，使電極突出于啟合保護模塊；電極伸縮長度監測單元包括與電極前部的前端接觸判識模塊和設置于電極桿尾部的后端長度追蹤模塊實現對電極伸縮長度進行實時監控。

技術領域

本發明涉及一種隧道掘進機搭載的激發極化超前探測測量電極伸縮監測與保護系統。

背景技術

近年來，隧道施工中采用隧道掘進機機械施工的比例越來越高，隧道掘進機是利用回轉刀具開挖，同時破碎洞內圍巖及掘進，形成整個隧道斷面的一種新型、先進的隧道施工機械。然而由于地下地質條件復雜，隧道掘進機在掘進過程中很容易因地下各種不良地質災害而造成時間、財產乃至人員的損失。為此，目前，一種新型的激發極化發超前預報系統已經搭載于國產隧道掘進機上，這種激發極化系統在隧道掘進機主體的刀盤上設有多個供電和測量電極艙，電極在進行激發極化法預報時從刀盤中伸出，與掌子面接觸，形成閉合回路，進行掌子面前方不良地質的探測工作。

然而，在實際應用過程中，測量電極的使用存以下問題：

隧道掘進機搭載的激發極化電極必須與掌子面進行良好接觸，而在工程使用中往往由于掌子面不平整性導致掌子面與刀盤距離隨電極位置的變化而變化，即不同的電極伸出長度要求是不同的。如果伸出長度過長，由于刀盤與掌子面距離很難改變且小于伸出長度，勢必會造成電極軸向應力過大而造成電極的損壞，影響隧道掘進機隧道施工效率，而如果伸出長度不夠，電極沒有接觸掌子面，就無法測得原始數據。此外，激發極化法探測完成后，測量電極必須保證完全回收，如果因不知情導致在測量電極仍部分伸出的情況下進行掘進，會導致測量電極因其與掌子面的巨大切向摩擦力的導致電極損壞。傳統的激發極化法沒有明確的方法來保證電極與前方掌子面有效的接觸以及電極回收完全，只能憑借電極艙監控或者親自到前方掌子面查看，不僅使激發極化法的探測結果準確性降低，而且費時費力，工作效率低，也可能對技術員的人身安全造成威脅。

目前的隧道掘進機搭載的激發極化超前地質預報方案，在電極伸出電極艙外時，電極頭是裸露在外的，缺少一定的保護措施，而由于隧道掘進機開挖面附近圍巖還沒有進行襯砌處理，小型落石、塌方、突水突泥、高應力區的小型巖爆等常見現象很容易在電極伸出時造成電極的損壞，延誤施工進度。

隧道掘進機刀盤是一個相對封閉的金屬殼體空間，無線信號難以從中傳出，阻隔了刀盤與護盾之間的信號傳輸。通常的無線傳輸無法滿足隧道掘進機掘進機刀盤上的測量電極及傳感器與主控室之間的信號傳輸，而傳統的電纜傳輸占用空間大，且在工程應用中發現線纜容易因隧道掘進機掘進過程中刀盤旋轉而扭斷。

因此，本發明設計了一種隧道掘進機搭載的激發極化超前地質預報電極的伸縮長度監測與保護系統，以滿足隧道掘進機施工激發極化法對電極的特殊要求。本發明著力要實現電極伸縮長度信號采集問題，使隧道掘進機駕駛人員能夠對電極伸縮過程進行實時檢測；實現電極伸縮長度信號從封閉的刀盤內傳到刀盤外，實現信號的正常傳輸；實現對電極的保護，減少電極損壞的發生。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種隧道掘進機搭載的激發極化超前探測測量電極伸縮監測與保護系統，本發明通過電極伸縮長度監測單元、電極伸縮過程保護單元以及信號處理與傳輸單元實現電極的伸縮長度檢測、保護以及測量信號的傳輸。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：