本申請屬于盾構(gòu)施工，更具體地說，是涉及一種盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識方法、裝置與系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、盾構(gòu)機(jī)是當(dāng)前地下隧道工程安全、綠色、高效建造的關(guān)鍵裝備，在鐵路、公路、水利電力等隧道建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。盾構(gòu)機(jī)在施工過程中，由于地質(zhì)條件和外部環(huán)境復(fù)雜，盾體可能會遭遇基巖凸起、孤石等情況，導(dǎo)致掘進(jìn)參數(shù)出現(xiàn)異常變化，嚴(yán)重地還會導(dǎo)致盾體被卡、變形等異常問題。不僅影響施工進(jìn)度，還會帶來較大施工風(fēng)險和隱患。并且盾體異常受力情況存在一定偶然性，難以提前預(yù)判，因此，需要提出一種有效的判識方法，以及時準(zhǔn)確地判斷出盾體異常受力狀態(tài)，評估施工風(fēng)險并給出建議措施。

2、當(dāng)前，針對上述盾體異常受力狀態(tài)判識或檢測的研究較少，現(xiàn)有方式主要是通過在盾體上布設(shè)應(yīng)變片或應(yīng)變計的方式來實現(xiàn)，這種方式可以采用預(yù)埋或后期布設(shè)兩種方式。預(yù)埋是在盾構(gòu)機(jī)出廠前制造過程中進(jìn)行埋設(shè)布置，并在廠內(nèi)提前進(jìn)行試驗標(biāo)定，在后續(xù)施工過程中可以實時監(jiān)測盾體異常受力狀態(tài)，這種方式一定程度上會增加設(shè)備成本和施工周期，一般適用于新機(jī)和再制造設(shè)備；后期在設(shè)備出廠后如再進(jìn)行布設(shè)傳感器，無法布置在盾體內(nèi)側(cè)靠前端處，僅可布置于盾尾內(nèi)壁處，這種方式需要布設(shè)傳感器處盾體產(chǎn)生變形才能讀取數(shù)據(jù)，具有一定滯后性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請實施例的目的在于提供一種盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識方法、裝置與系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的盾體異常受力狀態(tài)判識難度大的技術(shù)問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，在第一方面，本申請?zhí)峁┮环N盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識方法，包括如下步驟：

3、采集盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)參數(shù)；

4、依據(jù)所述掘進(jìn)參數(shù)的變化情況計算總推力變化率kt、刀盤推力變化率kc以及土倉隔板擠壓力變化率kp并實時分析；

5、當(dāng)所述總推力變化率kt超過臨界值[kt]，且刀盤正常轉(zhuǎn)動,所述刀盤推力變化率kc未超過臨界值[kc]，所述土倉隔板擠壓力變化率kp未超過臨界值[kp]，輸出盾體異常受力；

6、判識所述盾體異常受力狀態(tài)并測量和/或計算異常受力方位。

7、根據(jù)本申請的一些實施例，判識所述盾體異常受力狀態(tài)包括：

8、盾構(gòu)總推力ft增加并分析推進(jìn)速度v；

9、當(dāng)推進(jìn)速度v呈下降趨勢但不為0時，則輸出盾體外周存在異常受力；

10、當(dāng)推進(jìn)速度v下降至0或保持為0時，則輸出盾體前端切口環(huán)存在被卡風(fēng)險。

11、根據(jù)本申請的一些實施例，測量和/或計算異常受力方位包括：

12、采集激光導(dǎo)向系統(tǒng)測得的盾構(gòu)位姿水平趨向值dh和垂直趨向值dv；

13、計算所述盾構(gòu)位姿水平趨向值dh的變化量δdh與所述垂直趨向值dv的變化量δdv；

14、當(dāng)δdh或δdv超過臨界值[d]時，輸出盾體外周存在異常受力；

15、依據(jù)所述δdh與δdv確認(rèn)盾體軌跡偏移方向。

16、根據(jù)本申請的一些實施例，依據(jù)所述δdh與δdv確認(rèn)盾體軌跡偏移方向包括：

17、計算盾體偏轉(zhuǎn)角度θ：

18、

19、根據(jù)本申請的一些實施例，所述異常受力方位與所述盾體軌跡偏移方向相反。

20、根據(jù)本申請的一些實施例，測量和/或計算異常受力方位包括：

21、測量盾體尾部與管片之間的環(huán)向間隙；

22、盾體位姿偏離趨向與所述環(huán)向間隙的縮減趨勢一致。

23、根據(jù)本申請的一些實施例，所述環(huán)向間隙在測量時，需按照環(huán)向均勻測量至少8個點位。

24、根據(jù)本申請的一些實施例，所述異常受力方位與所述盾體位姿偏離趨向相反。

25、在第二方面，本申請還提供一種盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識裝置，包括：

26、數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)；

27、計算分析模塊，用于依據(jù)所述掘進(jìn)參數(shù)的變化情況計算總推力變化率kt、刀盤推力變化率kc以及土倉隔板擠壓力變化率kp并實時分析；當(dāng)所述總推力變化率kt超過臨界值[kt]，且刀盤正常轉(zhuǎn)動,所述刀盤推力變化率kc未超過臨界值[kc]，所述土倉隔板擠壓力變化率kp未超過臨界值[kp]，輸出盾體異常受力；

28、判識模塊，用于判識所述盾體異常受力狀態(tài)并測量和/或計算異常受力方位。

29、在第三方面，本申請還提供一種盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識系統(tǒng)，包括存儲器以及處理器，所述存儲器中存儲有盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識程序，所述處理器運(yùn)行所述盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識程序，以使所述盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識系統(tǒng)執(zhí)行上述的盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識方法。

30、本申請?zhí)峁┑亩軜?gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識方法、裝置與系統(tǒng)的有益效果在于：

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請?zhí)峁┑亩軜?gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識方法針對盾構(gòu)機(jī)盾體可能出現(xiàn)的異常受力狀況，充分結(jié)合掘進(jìn)參數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行計算分析，不僅能夠快速判斷問題原因并給出異常受力的大致方位，更無需額外布置檢測裝置或系統(tǒng)，是一種低成本、便捷有效的方式，為相關(guān)施工人員處理類似問題提供了準(zhǔn)確可靠的指導(dǎo)依據(jù)。

技術(shù)特征：

1.一種盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識方法，其特征在于，判識所述盾體異常受力狀態(tài)包括：

3.如權(quán)利要求1或2所述的盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識方法，其特征在于，測量和/或計算異常受力方位包括：

4.如權(quán)利要求3所述的盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識方法，其特征在于，依據(jù)所述δdh與δdv確認(rèn)盾體軌跡偏移方向包括：

5.如權(quán)利要求4所述的盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識方法，其特征在于，所述異常受力方位與所述盾體軌跡偏移方向相反。

6.如權(quán)利要求1或2所述的盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識方法，其特征在于，測量和/或計算異常受力方位包括：

7.如權(quán)利要求6所述的盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識方法，其特征在于，所述環(huán)向間隙在測量時，需按照環(huán)向均勻測量至少8個點位。

8.如權(quán)利要求7所述的盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識方法，其特征在于，所述異常受力方位與所述盾體位姿偏離趨向相反。

9.一種盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識裝置，其特征在于，包括：

10.一種盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識系統(tǒng)，其特征在于，包括存儲器以及處理器，所述存儲器中存儲有盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識程序，所述處理器運(yùn)行所述盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識程序，以使所述盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識系統(tǒng)執(zhí)行如權(quán)利要求1至8任一項所述的盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識方法。

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┝艘环N盾構(gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識方法、裝置與系統(tǒng)，涉及盾構(gòu)施工技術(shù)領(lǐng)域，該判識方法針對盾構(gòu)機(jī)在施工過程中的盾體異常受力所引起的掘進(jìn)參數(shù)異常變化，實時進(jìn)行監(jiān)測和分析，從而及時準(zhǔn)確地判斷出盾體異常受力狀態(tài)，同時評估施工風(fēng)險并給出建議措施。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請?zhí)峁┑亩軜?gòu)機(jī)盾體異常受力狀態(tài)及位置判識方法，利用盾構(gòu)機(jī)現(xiàn)有掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行判識，無需在盾體內(nèi)部增加布置應(yīng)變傳感器進(jìn)行監(jiān)測，具有低成本、便捷有效的優(yōu)勢，可為盾構(gòu)施工技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)并處置盾體異常受力問題提供指導(dǎo)依據(jù)。

技術(shù)研發(fā)人員：夏毅敏,肖京,黃建軍,馮國偉,耿傳政,吳遁,王小丁,蘇保柱,周子雄,傅杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14