[發明專利]一種TBM刀盤振動監測及評價方法

有效

• 申請號: 202110643410.8
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113390502B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 霍軍周;許陪玉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00;G06F30/20;H04L67/025;H04L67/12
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

本發明提供了一種TBM刀盤振動監測及評價方法，屬于TBM振動測試技術領域。通過搭建遠程數據采集系統，實現TBM刀盤振動數據的遠距離實時采集。同時依據不同施工標段振動監測數據，結合TBM掘進參數、地質報告等，進行工況、地質劃分。研究不同圍巖條件下的刀盤滾刀破巖載荷，通過有限元與動力學仿真，確定不同工況下的刀盤振動水平評價方法，即振動限值。防止過大的振動造成TBM刀盤損壞等工程問題，確保施工設備安全可靠的掘進。

技術領域

本發明屬于TBM振動測試技術領域，具體涉及一種TBM刀盤振動監測及評價方法。

背景技術

TBM是一種集掘進、出渣和支護于一體的高端隧道掘進裝備，主要包括刀盤系統、支撐系統推進系統、后配套系統等。其工作原理是刀盤旋轉時，利用盤形滾刀進行破巖，并依靠支撐推進系統承擔反作用力和反扭矩實現主機向前推進。刀盤是TBM的核心部件，其壽命等同于TBM的壽命，掘進過程中會遇到髙硬度、高溫、高石英含量的＂三高＂圍巖環境，加以不同類型的滾刀群多點沖擊破巖特性，使得刀盤振動極其劇烈，受力規律極其復雜，易引起主機系統的劇烈振動，而極端惡劣的振動往往會造成刀盤面板開裂、主軸承密封失效、主梁焊縫開裂等嚴重的工程問題，極大影響隧道施工的效率和安全。

由于隧道施工工期要求緊張、TBM造價高以及TBM零部件的更換困難，保證TBM在安全載荷下掘進很有必要。目前振動監測已成為設備診斷技術的重要環節，振動大小也已作為設備安全運行參數來考核，然而對于TBM刀盤的振動水平，目前還缺乏相應的振動監測方法及振動水平衡量標準。

發明內容

本發明的目的在于提供一種TBM刀盤振動監測及評價方法，從而對TBM刀盤進行狀態監測，當振動監測數值超過刀盤振動限值，即表明刀盤振動存在異常。施工現場的操作人員從而可以調整掘進參數，保證TBM的安全掘進。

本發明的技術方案：

1.一種TBM刀盤振動監測及評價方法，其特征在于，該TBM刀盤振動監測及評價方法包括搭建遠程數據采集系統和TBM刀盤振動水平評價方法兩個部分；通過搭建遠程數據采集系統實現TBM刀盤振動數據的遠距離實時采集；同時依據不同施工標段振動監測數據，結合TBM掘進參數、地質報告，進行工況、地質劃分，確定不同圍巖條件下的刀盤破巖載荷，通過有限元與動力學仿真，確定不同巖石工況下的刀盤振動水平評價方法，即振動限值；

(Ⅰ)搭建遠程數據采集系統

遠程數據采集系統主要由無線傳感器節點、網關、現場服務器、無線英特爾網、本地服務器和數據采集軟件組成；無線傳感器節點將采集到的數據傳輸給安置在主梁上的網關，網關通過網線將數據信號發送給TBM掘進現場服務器；遠程接收端即本地服務器和現場服務器通過無線因特網進行信息交流，現場服務器通過采集軟件發射端，將數據向本地服務器采集軟件接收端傳輸數據信號，實現數據的遠距離實時采集；

(Ⅱ)確定TBM刀盤振動水平評價方法

1)數據處理

因為數據采集系統需要長時間地監測多個施工標段，所以原始監測數據涉及到多種圍巖工況，且存在著大量的不完整、不一致或異常數據，因此需要對原始數據進行預處理。首先對傳感器失靈及TBM停機導致的數據缺失及零值進行數據間的清洗剔除，其次對掘進參數數據進行降維，根據相關性挑選出可進行分析的掘進參數，最后對橫縱向振動數據進行濾波，去除刀盤回轉產生的科氏加速度影響。因為原始數據包含多種類型的數據表，所以可根據時間，實現振動數據、掘進參數數據及地質數據的匹配。

2)確定Ⅰ-Ⅴ類巖石工況下的刀盤許用應力

a、首先通過Ansys Workbench分析刀盤結構在名義載荷即滾刀承受載荷的極限值下的靜強度，從而計算刀盤各結構的許用安全系數，選擇最薄弱的部位的安全系數作為振動限值的安全系數；