盾构刀盘状态感知的数据传输技术研究

盾构机掘进技术、设备技术的发展,以及智能化盾构概念的提出,驱使着对旋转刀盘状态感知技术的研究。将各种旋转刀盘状态感知技术进行对比研究,最终给出通过中心回转接头实现大电流传输,通过工业无线总线技术实现大数据量交互,有线和无线技术结合的方案,来解决智能化盾构构想中存在的旋转的刀盘和盾构之间供电及大数据交互传输问题。

刀盘状态检测数据传输方法研究

近年来地下交通运输的建设不断发展,隧道施工难度相应增加,隧道掘进设备面临着复杂地层施工环境与更高的地面沉降控制要求。刀盘作为隧道掘进机主要部件,由于人员无法直接接触,而且缺乏有效的状态检测手段。由于不能及时掌握前方土体的情况,掘进存在一定风险。通过对刀盘状态检测方法的类别进行研究,介绍多种数据传输方法,可有效解决了刀盘状态检测的问题。

盾构隧道施工刀盘状态实时监测系统研制

盾构隧道施工中,由于盾构刀盘后面为有压舱,刀盘工作处于“黑箱”状态。为了实时监测盾构掘进过程中刀盘滚刀及刀盘整体的工作状态,研发了一套盾构隧道施工刀盘状态实时监测系统。该系统由传感器、控制与数据传输及算法与显示三个子系统组成;传感器子系统集成了自制的滚刀磨损量与转速传感器、温度传感器、数据采集模块和电源;集成的传感器安装于刀盘滚刀刀箱内,可实时监测滚刀的磨损量、转速与刀盘的温度。采集的数据通过有线或无线传输到中心端,再通过有线方式传送给上位机。上位机软件集成了盾构设计参数及隧道地层参数、盾构施工参数、传感器监测参数,可实时显示传感器采集的参数,并结合地层条件与盾构施工参数综合判定盾构刀盘工作状态,预测滚刀使用寿命。经过实验室测试、工厂测试,结果表明该系统满足设计要求,可用于盾构刀盘工作状态监测。

引绰济辽工程二标隧洞段TBM滚刀磨损规律

通过在引绰济辽工程二标隧洞段隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)刀盘上搭载刀盘状态监测系统,实现TBM掘进中滚刀磨损的实时监测。基于监测系统的实时滚刀磨损记录,获得单滚刀全寿命磨损规律。将单滚刀全寿命磨损过程分为低速磨损、加速磨损和均速磨损3个阶段,磨损过程中刃宽变化对滚刀速率影响显著。通过在TBM掘进过程中跟踪记录岩体条件,结合TBM掘进参数和监测数据,分析地层参数和掘进参数对滚刀磨损速率的影响。结果表明:滚刀破岩体积磨损速率较适合用于衡量滚刀磨损速率;岩石磨蚀性、岩体完整性和岩体可掘性指数是影响滚刀磨损速率的关键参数,可为将来精细滚刀磨损预测模型研究提供依据。