[發明專利]一種用于盾構隧道掘進速度耦合控制的裝置和方法

在審

• 申請號: 202111482803.1
• 申請日: 2021-12-07
• 公開（公告）號: CN114278311A
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 錢浩勇;許成順;杜修力
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;E21D9/093
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種用于盾構隧道掘進速度耦合控制的裝置和方法，包括土壓力監測單元、溫度監測單元和終端控制平臺三大部分。所述土壓力監測單元包括微型土壓力計、無線傳感器和獨立電源。所述溫度監測單元包括溫度傳感器、無線傳感器和獨立電源。所述終端控制平臺包括無線接收器、連接線和數據處理平臺。本發明能夠實現對盾構隧道的掘進速度控制，保證盾構隧道掘進正常進行。結合土壓力和溫度兩個關鍵指標對掘進速度進行控制，優化盾構隧道掘進速度，延長刀盤的使用壽命；引入土壓力和溫度雙控反饋調節機制，可以根據土體密度、隧道埋深和含水量的條件的不同，能夠實時調節盾構隧道掘進速度。

技術領域

本發明是涉及盾構隧道領域，特別是涉及一種用于盾構隧道掘進速度耦合控制的裝置和方法。

背景技術

盾構法因其施工速度快、對周圍環境擾動小等優點，被大量地應用在城市地下隧道建設中。在盾構隧道的掘進過程中，掘進速度主要受兩方面限制：盾構機土倉出土速度和刀盤溫度。

一方面，盾構機在掘進出土時，盾構機的掘進速度與土倉的出土速度相匹配，單位時間內盾構機開挖的土量與出土量相等，土倉內的土壓力值應保持穩定。如果掘進速度和土倉出土速度不匹配，則盾構掘進不能正常進行。為了保證盾構隧道正常開挖，可以通過控制土倉內的土壓力來控制盾構隧道的掘進速度。

另一方面，在掘進過程中，隨著盾構刀盤轉動與推進,刀盤會與開挖面的巖土體相互摩擦并產生大量的熱量,熱量進一步傳遞到刀盤。刀盤溫度的急劇升高會加速刀盤的損耗，減少刀盤的使用時間并影響盾構掘進效率，嚴重時還會使在刀盤局部區域造成較大的應力集中，產生疲勞破壞，影響盾構的正常開挖。為了確保刀盤的溫度在可承受范圍內，需要控制盾構隧道的掘進速度。

因此，為了保證盾構隧道的正常掘進和出土，同時保證盾構隧道刀盤的正常工作，控制盾構隧道的掘進速度十分重要。本發明提出了一種用于盾構隧道掘進速度耦合控制的裝置和方法，一方面通過控制土倉內的土壓力來控制掘進速度；另一方面，通過控制盾構刀盤的溫度來控制掘進速度，通過兩種控制方法的耦合來決定最終的盾構隧道掘進速度。耦合控制裝置和方法既保證了土倉正常出土，又保證了盾構刀盤正常工作。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：本發明提供一種用于盾構隧道掘進速度耦合控制的裝置和方法，采用土壓力和溫度耦合方法對盾構隧道掘進速度進行控制，保證盾構隧道的正常運行。

為實現本發明之目的，采用以下技術方案予以實現：

一種用于盾構隧道掘進速度耦合控制的裝置，包括由土壓力監測單元(1)，溫度監測單元(2)和終端控制平臺(3)三大部分組成。

作為本發明的優選技術方案，所述土壓力監測單元(1)包括微型土壓力計(4)，無線傳感器(5)和獨立電源(6)。微型土壓力計(4)和無線傳感器(5)連接在一起組成土壓力監測單元(1)，連接在土倉(7)內壁，用于監測土倉(7)內土壓力值大小，保證掘進速度與土倉(7)的出土速度相協調。

作為本發明的優選技術方案，所述溫度監測單元(2)包括溫度傳感器(8)、無線傳感器(5)和獨立電源(6)。溫度傳感器(8)、無線傳感器(5)和獨立電源(6)連接在一起組成溫度監測單元(2)。溫度監測單元(2)固定在刀盤(8)正面，實時監測刀盤(9)的溫度變化，便于調整掘進速度，保證刀盤的溫度在正常范圍內。

作為本發明的優選技術方案，所述終端控制平臺(3)包括無線接收器(10)、連接線(11)和數據處理平臺(12)。無線接收器(10)接收來自土壓力監測單元(1)和溫度監測單元(2)傳遞的無線電信號，通過連接線(11)將無線電信號輸入到數據處理平臺(12)轉化為實時監測數據，根據土倉(7)內土壓力值和刀盤(9)的溫度值進行耦合控制，調整盾構掘進速度，保證掘進的正常進行。

一種用于盾構隧道掘進速度耦合控制的試驗方法，包括試驗內容、監測方案、試驗步驟和試驗系統。