[發(fā)明專利]一種頂管開挖面穩(wěn)定性的監(jiān)控系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011388628.5
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112539065B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王樂天;屈勇;張虎;陳志成;羅向源;李航;夏曉斌;歐陽耀華;寧小亮;徐振磊;黃鵬輝;吳偉青;魯兵;陳解選;楊帥
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;E21D9/12
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 劉俊

1.一種頂管開挖面穩(wěn)定性的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括有用于確定泥水艙(0)設(shè)定壓力值的設(shè)定土壓力傳感器(d)、用于測量泥水艙(0)實時壓力值的實時土壓力傳感器(1)，泥水艙(0)、進(jìn)泥管(2)、排泥管(3)、壓漿主管(4)、單向閥(5)、流量計(6)、調(diào)節(jié)閥(7)和控制器(8)、電源(9)、配料池(13)、壓漿管路(14)、全自動全站儀(15)、固定支架(16)、全站儀棱鏡(17)、監(jiān)控終端(18)、進(jìn)泥池(19)、排泥池(20)，其中設(shè)定土壓力傳感器(d)埋設(shè)在頂管穿越區(qū)域(b)內(nèi)，實時土壓力傳感器(1)裝設(shè)在泥水艙(0)后面板上，進(jìn)泥管(2)的一端與進(jìn)泥池(19)連接，進(jìn)泥管(2)的另一端依次通過調(diào)節(jié)閥(7)、流量計(6)、單向閥(5)與泥水艙(0)的壓漿管路(14)連接，排泥管(3)的一端與排泥池(20)連接，排泥管(3)的另一端依次通過流量計(6)、調(diào)節(jié)閥(7)與泥水艙(0)的壓漿管路(14)連接，配料池(13)通過壓漿主管(4)與泥水艙(0)的壓漿管路(14)連接，控制器(8)與調(diào)節(jié)閥(7)連接，電源(9)供電至控制器(8)，用于測量頂管機頂進(jìn)距離的全自動全站儀(15)固定于始發(fā)井井底，與全自動全站儀(15)配合使用的全站儀棱鏡(17)固定在頂管機上，全自動全站儀(15)的讀數(shù)通過無線通訊模塊實時上傳至監(jiān)控終端(18)，設(shè)定土壓力傳感器(d)及實時土壓力傳感器(1)與監(jiān)控終端(18)的輸入端電連接，監(jiān)控終端(18)的輸出端與控制器(8)電連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂管開挖面穩(wěn)定性的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，上述監(jiān)控終端(18)還連接有用于信號處理的電腦(10)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂管開挖面穩(wěn)定性的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，上述配料池(13)還連接有泥漿泵(11)，泥漿泵(11)由電機(12)驅(qū)動，電機(12)驅(qū)動泥漿泵(11)將配料池(13)中配置好的穩(wěn)定劑通過壓漿管路(14)壓入泥水艙(0)，監(jiān)控終端(18)的輸出端與電機(12)電連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的頂管開挖面穩(wěn)定性的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，上述泥水艙(0)中的壓漿管路(14)上均勻分布有管孔(24)，使穩(wěn)定劑能夠與泥水較均勻的混合。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂管開挖面穩(wěn)定性的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，上述流量計(6)是電磁流量計；控制器(8)是PLC控制器。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂管開挖面穩(wěn)定性的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，上述全自動全站儀(15)通過固定支架(16)固定在始發(fā)井井底。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂管開挖面穩(wěn)定性的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，上述用于測量頂管機頂進(jìn)距離的全自動全站儀(15)的測量時間間隔設(shè)置為10-30s。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂管開挖面穩(wěn)定性的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，上述與全自動全站儀(15)配合使用的棱鏡(17)固定在頂管機后面板中心位置。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂管開挖面穩(wěn)定性的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，上述預(yù)先埋設(shè)在頂管穿越區(qū)域(b)的設(shè)定土壓力傳感器(d)共布置有2個，分別裝設(shè)在頂管機穿越區(qū)域(b)兩側(cè)的兩個鉆孔(c)內(nèi)，泥水艙(0)后面板上安裝的實時土壓力傳感器(1)共布置有4個，分別分布在面板中心的上側(cè)、左側(cè)、下側(cè)和右側(cè)。

10.一種頂管開挖面穩(wěn)定性監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1至9任一項所述的頂管開挖面穩(wěn)定性的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括有如下步驟：

S1：在頂管開工指定時間間隔前，獲取埋設(shè)在頂管穿越區(qū)域(b)內(nèi)的設(shè)定土壓力傳感器(d)在指定時間段內(nèi)測得的平均壓力值作為泥水艙(0)的設(shè)定壓力值；

S2：控制頂管機通過進(jìn)泥管(2)向泥水艙(0)注入一定密度的進(jìn)泥水直至泥水艙壓力達(dá)到上述泥水艙(0)的設(shè)定壓力值；其中，所述泥水艙壓力的大小由裝設(shè)在泥水艙(0)后面板上的實時土壓力傳感器(1)獲取；

S3：在所述頂管機正常頂進(jìn)的過程中，利用全自動全站儀(15)測量頂管機頂進(jìn)距離，以及利用進(jìn)泥管(2)和排泥管(3)上安裝的流量計(6)和調(diào)節(jié)閥(7)，對單位時間內(nèi)進(jìn)入和排出泥水艙(0)的泥水量進(jìn)行實時控制，使泥水艙壓力始終保持平衡，平衡關(guān)系通過以下公式表示：

q_v2·ρ₂＝q_v1·ρ₁+S·v·ρ

式中，S為開挖面面積，ρ為開挖面土體天然密度，v為單位時間的平均頂進(jìn)速度，進(jìn)泥水的密度ρ₁和排泥水密度ρ₂由泥漿比重計測取，q_v1為單位時間進(jìn)入進(jìn)泥管(2)的進(jìn)泥流量，q_v2為單位時間排出排泥管(3)的排泥流量；

當(dāng)?shù)貙訔l件改變時，調(diào)整進(jìn)泥水密度，并利用監(jiān)控終端(18)及控制器(8)調(diào)整進(jìn)泥管(2)和排泥管(3)上安裝的調(diào)節(jié)閥(7)的開度，維持泥水艙壓力的穩(wěn)定；當(dāng)遇到滲透系數(shù)大的地層時，將配料池(13)中配置好的穩(wěn)定劑通過壓漿管路(14)壓入泥水艙(0)，以利于在開挖面位置形成泥膜。