[發明專利]一種TBM開挖巖渣信息自動采集與分析系統及方法

有效

• 申請號: 202010985349.0
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112127896B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 張曉平;謝維強;劉泉聲
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;E21D9/087;E21D9/12;E21F17/18;G06K9/00;G06K9/20;G06K9/34;G06K9/46;H04N7/18
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 劉琰

本發明公開了一種TBM開挖巖渣信息自動采集與分析系統及方法，該系統包括：用于采集巖渣圖像的視覺傳感器；用于運輸巖渣的TBM配套皮帶，皮帶上設有條紋；用于對巖渣圖像進行處理以獲得渣料中各巖渣的形狀和大小的控制器；用于顯示巖渣信息的TBM操作室顯示器，控制器與視覺傳感器相連。采用在TBM皮帶上布置多處測點的方式，以獲得更全面和精確的巖渣二維信息，通過控制器的處理，估算得到巖渣的形狀、粒徑以及級配等巖渣三維特征，進而為根據巖渣特征來判斷圍巖地質情況和調整TBM掘進參數提供重要依據。本發明解決了作業人員無法及時全面地觀察圍巖情況及人工篩分巖渣費時費力的問題，具有能實時對巖渣圖像進行采集和分析，以便及時提供掌子面巖體信息。

技術領域

本發明涉及隧道掘進機(TBM)、巖渣信息自動采集系統和巖渣信息分析系統技術領域，尤其涉及一種TBM開挖巖渣信息自動采集與分析系統及方法。

背景技術

隨著我國基礎設施、鐵路、公路、南水北調和西氣東輸等工程需要建設，全斷面隧道掘進機(TBM)以其安全、高效、經濟、環保等優點，被廣泛應用于深埋長大隧道的施工。

在TBM掘進過程中，需要根據圍巖的地質情況對圍巖的類型和質量進行判斷，從而便于根據圍巖的類型和質量來選擇相適應的TBM掘進參數和圍巖支護形式。

通常情況下，作業人員可對裸露的圍巖進行肉眼觀察，評估圍巖的質量。但在TBM掘進過程中，由于TBM護盾遮擋和噴混等作業條件的限制，作業人員往往無法及時全面地觀察圍巖情況。因此，無法判斷圍巖的類型和質量，進而該地質TBM掘進參數和圍巖支護形式的選擇。

研究表明，由于巖渣形成過程是巖-機相互作用的過程，因此TBM開挖后形成的巖渣可反映圍巖類型和質量及TBM掘進參數變化。如果圍巖比較完整，節理和其它不連續面不發育，巖渣就會呈現出以均勻的巖片為主，有少量的巖塊和一些巖粉，TBM所需推力及扭矩較大；如果圍巖中節理或其它的不連續面比較發育，那么巖渣中就會含有較多的大小不均的巖塊，同時巖片含量下降；如果巖石強度較低，那么巖渣中巖粉的含量就會增加，TBM推力以及扭矩就會降低。

然而，從當前隧道圍巖地質情況的測試技術來看，對TBM開挖巖渣信息的采集與分析并不能做到精準、快速。現有技術只利用一個高速攝像機在皮帶上方進行拍照，所獲取的巖渣形狀和大小僅為二維參數，比較片面；利用傳統篩分法測試巖渣耗時長，無法做到實時獲取，不能及時提供有效信息。

因此，如何在TBM掘進過程中自動快速地獲取巖渣三維特征，以便根據巖渣特征來判斷圍巖的地質情況，一直是本領域技術人員探索的課題。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中的缺陷，提供一種TBM開挖巖渣信息自動采集與分析系統及方法，該系統能夠連續自動采集TBM皮帶上巖渣圖像，進而實時圖像處理，獲取巖渣形狀及大小特征，為根據巖渣特征來判斷圍巖地質情況和調整TBM掘進參數提供重要依據。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明提供一種TBM開挖巖渣信息自動采集與分析系統，該系統包括：視覺傳感器、TBM配套皮帶、控制器、TBM操作室顯示器；其中：

TBM配套皮帶用于對巖渣進行運輸；TBM配套皮帶上平行設置有采用不同顏色和寬度的條紋，用于判斷多個視覺傳感器抓拍的照片區域是否一致；

視覺傳感器有多個，分別等間距的設置在TBM皮帶機的正上方，視覺傳感器用于采集TBM配套皮帶上的巖渣圖像；

控制器一端與多個視覺傳感器均相連，另一端與TBM操作室顯示器相連；控制器用于對條紋上的巖渣圖像進行處理以獲得渣料中各巖渣的形狀和大小；

TBM操作室顯示器用于顯示巖渣信息。

進一步地，本發明的視覺傳感器包括：工業相機、定焦鏡頭、補光燈、工業相機螺帽；其中：