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盾构机施工孤石探测装置及探测方法

文献发布时间:2023-06-19 18:37:28


盾构机施工孤石探测装置及探测方法

技术领域

本发明涉及盾构机技术领域,特别涉及一种盾构机施工孤石探测装置及探测方法。

背景技术

花岗岩风化土中存在的球状风化核,俗称“孤石”,孤石形状各异,大小从几十公分到几米,强度可以达到100MPa以上,由于埋藏分布及大小是随机的,很难通过地质钻探探明其分布情况。相对于孤石的强度,周边风化土层的强度要小很多。

现有技术中,盾构机在控制刀盘旋转和推进过程中,盾构机的前端(即刀盘)需要承受周围土层或砂层的压力,一般会在刀盘设置土压压力变送器进行压力测量,来控制盾构机的推进速度,但无法在触碰到孤石后确定孤石的大小和位置分布情况,来进一步控制盾构机的推进速度和破石强度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种盾构机施工孤石探测装置,旨在解决盾构机推进过程中如何探测孤石大小和位置的技术问题。

为实现上述目的,本发明提出的盾构机施工孤石探测装置,包括:

刀盘,所述刀盘安装于盾构机本体,所述刀盘沿圆心向外辐射式设有圆心区域、中间圆区域和外圆区域,所述圆心区域的表面沿圆周方向均匀开设有多个第一通孔,所述中间圆区域的表面沿圆周方向均匀开设有多个第二通孔;

感应装置,包括底座、多个第一感应探头和多个第二感应探头,所述底座安装于所述盾构机本体,每个所述第一感应探头对应安装于一个所述第一通孔内,每个所述第二感应探头对应安装于一个所述第二通孔内,所述第一感应探头和所述第二感应探头均包括连接部、压力变送器和切削部,所述连接部安装于所述底座,所述连接部的部分结构设于所述第二通孔内,所述切削部可活动连接于所述通孔内,所述连接部设有导柱,所述导柱的轴线与水平地面相互平行,所述导柱的外部套接有弹簧套,所述切削部活动连接于所述导柱且可水平移动,所述弹簧套的两端分别抵接于所述连接部和所述切削部,所述切削部的部分结构凸出于所述刀盘的表面;

以及控制组件,所述盾构机本体和所述压力变送器均电性连接于所述控制组件;

在预设时间段内,所述盾构机本体驱动所述刀盘旋转,并沿水平方向推进;同一孤石与所述刀盘的表面的若干个所述切削部抵接,所述切削部朝所述连接部方向运动,以顶压所述压力变送器,若干个所述压力变送器同时发出压力信号,所述控制组件根据所述压力信号的发生点位绘制所述孤石相对于所述刀盘表面的分布图,以判断所述孤石的位置和大小。

可选地,所述第二通孔的数量与所述第一通孔的数量相同。

可选地,所述第一通孔的数量有3至5个。

可选地,所述第一通孔和所述第二通孔在高度方向上的截面形状均为圆形;

所述连接部和所述切削部在高度方向上的截面形状均为圆形。

可选地,所述底座包括第一底座和第二底座,所述第一感应探头安装于所述第一底座,所述第二感应探头安装于所述第二底座;

所述第二底座的表面开设有第三通孔,供所述第一底座穿过;

所述盾构机本体还设有第一水平驱动机构和第二水平驱动机构,所述第一底座安装于所述第一水平驱动机构,所述第二底座安装于所述第二水平驱动机构。

本发明还公开了盾构机施工孤石探测方法,其中,包括以下步骤:

A、在预设时间段内,所述盾构机本体驱动所述刀盘旋转,并沿水平方向推进,所述切削部的部分结构凸出于所述刀盘的表面,以用于抵接和破碎土壤内的孤石;

B、在推进过程中,同一孤石与所述刀盘的表面的若干个所述切削部抵接,所述切削部朝所述连接部方向运动,以顶压所述压力变送器;

C、若干个所述压力变送器同时发出压力信号;

D、所述控制组件根据所述压力信号的发生点位绘制所述孤石相对于所述刀盘表面的分布图,以判断所述孤石的位置和大小;

E、所述盾构机本体继续向前推进,以破碎所述孤石。

本发明有益效果:实际应用中,本发明探测装置可与现有的盾构机本体组合使用。具体地,在预设时间段内,盾构机本体驱动刀盘旋转,并沿水平方向推进,切削部的部分结构凸出于刀盘的表面,以用于随时抵接和破碎土壤内的孤石;在推进过程中,孤石与刀盘的表面的若干个述切削部抵接,刀盘持续推进过程中,使切削部朝连接部方向运动,以顶压压力变送器;若干个压力变送器同时发出压力信号,控制组件根据压力信号的发生点位绘制孤石相对于刀盘表面的分布图,以判断孤石相对于刀盘的位置关系和孤石的大小。根据所判断孤石位置和大小,控制组件控制盾构机本体继续向前推进,使刀盘和切削部在预设速度和工作强度下破碎孤石。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明盾构机施工孤石探测装置一实施例的剖面结构示意图(左视图方向);

图2为图1中A的放大结构示意图;

图3为图1中刀盘的工作原理图(主视图方向,破碎大体积孤石);

图4为图1中刀盘的工作原理图(主视图方向,破碎小体积孤石)。

附图标号说明:

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

需要说明,本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。

另外,在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1至图4所示,在本发明实施例中,该盾构机施工孤石探测装置,包括:刀盘2,所述刀盘2安装于盾构机本体1,所述刀盘2沿圆心向外辐射式设有圆心区域21、中间圆区域22和外圆区域23,所述圆心区域21的表面沿圆周方向均匀开设有多个第一通孔(图中未标出),所述中间圆区域22的表面沿圆周方向均匀开设有多个第二通孔221;感应装置,包括底座、多个第一感应探头31和多个第二感应探头41,所述底座安装于所述盾构机本体1,每个所述第一感应探头31对应安装于一个所述第一通孔内,每个所述第二感应探头41对应安装于一个所述第二通孔221内,所述第一感应探头31和所述第二感应探头41均包括连接部341、压力变送器342和切削部343,所述连接部341安装于所述底座,所述连接部341的部分结构设于所述第二通孔221内,所述切削部343可活动连接于所述通孔内,所述连接部341设有导柱3411,所述导柱3411的轴线与水平地面相互平行,所述导柱3411的外部套接有弹簧套3412,所述切削部343活动连接于所述导柱3411且可水平移动,所述弹簧套3412的两端分别抵接于所述连接部341和所述切削部343,所述切削部343的部分结构凸出于所述刀盘2的表面;以及控制组件5,所述盾构机本体1和所述压力变送器342均电性连接于所述控制组件5;在预设时间段内,所述盾构机本体1驱动所述刀盘2旋转,并沿水平方向推进;同一孤石与所述刀盘2的表面的若干个所述切削部343抵接,所述切削部343朝所述连接部341方向运动,以顶压所述压力变送器342,若干个所述压力变送器342同时发出压力信号,所述控制组件5根据所述压力信号的发生点位绘制所述孤石相对于所述刀盘2表面的分布图,以判断所述孤石的位置和大小。

本发明有益效果:实际应用中,本发明探测装置可与现有的盾构机本体1组合使用。如上所述的,相对于孤石的强度,周边风化土层的强度要小很多,而本申请中利用土层和孤石的强度差值大的特点,利用压力传感器,在无孤石情况下,压力传感器的压力信号稳定,在有孤石的情况下,压力传感器的压力信号发生较大改变,本申请针对盾构机推进过程中压力信号发生改变后如何探测孤石大小和位置,提出相关解决方案。具体地,在预设时间段内,盾构机本体1驱动刀盘2旋转,并沿水平方向推进,切削部343的部分结构凸出于刀盘2的表面,以用于随时抵接和破碎土壤内的孤石;在推进过程中,孤石与刀盘2的表面的若干个述切削部343抵接,刀盘2持续推进过程中,使切削部343朝连接部341方向运动,以顶压压力变送器342;若干个压力变送器342同时发出压力信号,控制组件5根据压力信号的发生点位绘制孤石相对于刀盘2表面的分布图,以判断孤石相对于刀盘2的位置关系和孤石的大小。根据所判断孤石位置和大小,控制组件5控制盾构机本体1继续向前推进,使刀盘2和切削部343在预设速度和工作强度下破碎孤石。刀盘2的圆心区域21和中间圆区域22均开孔并设置感应装置,以保证刀盘2表面的感应面积最大。设置外圆区域23不开孔,确保开孔后的刀盘2结构强度稳定。现有技术中,压力变送器342的外壳为不锈钢一体车工件,加工成本较高,其测量前端的感压弹性体(以下简称弹性体)直接与土壤的固液混合的测量介质接触,而土壤的固液混合流体一般会含有比较大的砂石颗粒等坚硬颗粒物,坚硬颗粒物不断地对弹性体进行摩擦、冲击,长期使用很容易使弹性体变薄,厚度不均,由此会使弹性体的微应变发生改变,从而导致测量结果的不准确。另外,压力变送器342作为一个磨损件,一般盾构机每行进1000-2000米就需要更换一次压力变送器342,作业成本较高,也降低了生产效率。为解决上述技术问题,压力变送器342设置在通孔内,并通过切削部343与土壤相隔绝,靠切削部343的动态产生压力信号,不会产生磨损的现象。同时,盾构机推进过程中,很容易出现小体积孤石碎块不能被刀盘2及刀具破碎的现象,而在刀盘2前滚动,严重磨损刀具和刀盘2,为解决上述技术问题,凸出于刀盘2表面的切削部343可活动,即凸出于刀盘2表面或被孤石顶压进通孔,该类结构设置,可改变孤石碎块相对于刀盘2的位置,即孤石碎块可能会在切削部343收回通孔时落下,当其他点位的切削部343再次凸出于刀盘2表面时,会顶压磨碾与其位置相对的碎块,增加破石效果。

所述控制组件5根据所述压力信号的发生点位绘制所述孤石相对于所述刀盘2表面的分布图,以判断所述孤石的位置和大小,如图3所示,多个点位上的切削部343被同一块大体积的孤石B触碰顶压,从而触发压力传感器,图3中直线形虚线表示:控制组件5将发出压力信号的多个发生点位相连,从而可估算处的该孤石B的大致体积、形状和相对于刀盘2的位置区域,图3中弧形虚线表示孤石B的真实形状和位置,从图中可知,图3中共有7个点位的压力传感器被触发,控制组件5根据信号发出点位画出具有最大轮廓的假想图。同理地,如图4所示,多个点位上的切削部343被同一块小体积的孤石C触碰顶压,从而触发压力传感器,图4中直线形虚线表示:控制组件5将发出压力信号的多个发生点位相连,从而可估算处的该孤石C的大致体积、形状和相对于刀盘2的位置区域,图4中弧形虚线表面孤石C的真实形状和位置,从图中可知,图4中共有4个点位的压力传感器被触发,控制组件5根据信号发出点位画出具有最大轮廓的假想图。

关于本申请技术方案装置的补充说明:切削部343被顶压进通孔后,若无孤石顶压或压力减小,在弹簧套3412的作用下,切削部343复位。切了保证破石效率和效果,切削部343与刀盘2使用相同材料制作,本文不再赘述。

本发明的技术方案中,所述第二通孔221的数量与所述第一通孔的数量相同。进一步地,本发明的技术方案中,所述第一通孔的数量有3至5个。

优选地,如图3和图4所示,第一通孔和第二通孔221的数量均为5个,则第一感应探头31和第二感应探头41均设5个,该类结构设置,其目的在于,使每个第二感应探头41与至少两个第一感应探头31的间距相同(圆心之间),即每个第二感应探头41与至少两个第一感应探头31相对应设置,第二感应探头41与第一感应探头31的间距(P1)大于相邻两个第一感应探头31的间距(P2),在间距P1范围内,第一感应探头31和第二感应探头41的切削部343可对体积较大的碎块进行破碎,在间距P1范围内,可对体积较小的碎块进行破碎。即每个第二感应探头41与至少两个第一感应探头31相对应设置,其目的在于,碎块在三个切削部343所围成的三角区域内可被限位和破碎。

本发明的技术方案中,所述第一通孔和所述第二通孔221在高度方向上的截面形状均为圆形;所述连接部341和所述切削部343在高度方向上的截面形状均为圆形。

切削部343在高度方向上截面为圆形,有利于从相邻两切削部343的周向碾碎石块。

本发明的技术方案中,所述底座包括第一底座3和第二底座4,所述第一感应探头31安装于所述第一底座3,所述第二感应探头41安装于所述第二底座4;所述第二底座4的表面开设有第三通孔(图中未标出),供所述第一底座3穿过;所述盾构机本体1还设有第一水平驱动机构(图中未画出)和第二水平驱动机构(图中未画出),所述第一底座3安装于所述第一水平驱动机构,所述第二底座4安装于所述第二水平驱动机构。

如上所述的,盾构机推进过程中,很容易出现小体积孤石碎块不能被刀盘2及刀具破碎的现象,而在刀盘2前滚动,严重磨损刀具和刀盘2,为解决上述技术问题,凸出于刀盘2表面的切削部343可活动,即凸出于刀盘2表面或被孤石顶压进通孔,该类结构设置,可改变孤石碎块相对于刀盘2的位置,即孤石碎块可能会在切削部343收回通孔时落下,当其他点位的切削部343再次凸出于刀盘2表面时,会顶压磨碾与其位置相对的碎块,增加破石效果。该类结构设置,通过第一、第二水平驱动机构可独立驱动第一底座3和第二底座4移动,则第一感应探头31和第二感应探头41可独立控制伸出和缩回,以增加刀盘2前石块的流动性,提高破石效率,增加破石效果。

本发明还公开了盾构机施工孤石探测方法,其中,包括以下步骤:

A、在预设时间段内,所述盾构机本体驱动所述刀盘旋转,并沿水平方向推进,所述切削部的部分结构凸出于所述刀盘的表面,以用于抵接和破碎土壤内的孤石;

B、在推进过程中,同一孤石与所述刀盘的表面的若干个所述切削部抵接,所述切削部朝所述连接部方向运动,以顶压所述压力变送器;

C、若干个所述压力变送器同时发出压力信号;

D、所述控制组件根据所述压力信号的发生点位绘制所述孤石相对于所述刀盘表面的分布图,以判断所述孤石的位置和大小;

E、所述盾构机本体继续向前推进,以破碎所述孤石。

以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的发明构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

技术分类

06120115636544