一种土压平衡盾构隧道掘进渣土自动改良方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 110552705 A(43)申请公布日 2019.12.10

(21)申请号 201910445028.9(22)申请日 2019.05.27

(71)申请人 中铁十八局集团第四工程有限公司

地址 300350 天津市津南区双港科技园丽

港园33号

申请人 中铁十八局集团有限公司　

西南交通大学(72)发明人 万朝栋　晋智斌　刘子田　晋智毅　(74)专利代理机构 天津盛理知识产权代理有限

公司 12209

代理人 董一宁(51)Int.Cl.

E21D 9/06(2006.01)E21D 9/00(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图1页

(54)发明名称

一种土压平衡盾构隧道掘进渣土自动改良方法

(57)摘要

一种土压平衡盾构隧道掘进渣土自动改良方法，在螺旋输送机尾通过非接触式探测方法对渣土的性状进行判别，判定流塑性级别，将判定结果通过PLC程序传输到盾构机操作平台的渣土改良控制系统，选择与流塑性级别匹配的改良参数对渣土流塑性进行实时改良。本发明对渣土的流塑性判别不具有随机性和不确定性，能够自动识别渣土的流塑性并据此进行自动分析得出改良参数，根据改良参数自动对渣土进行自动改良；同时该改良方法不影响盾构机的正常掘进且具有连续反复实时改良的功能。CN 110552705 ACN 110552705 A

权　利　要　求　书

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1.一种土压平衡盾构隧道掘进渣土自动改良方法，其特征在于：在螺旋输送机尾通过非接触式探测方法对渣土的性状进行判别，判定流塑性级别，将判定结果通过PLC程序传输到盾构机操作平台的渣土改良控制系统，选择与流塑性级别匹配的改良参数对渣土流塑性进行实时改良。

2.根据权利要求1所述的一种土压平衡盾构隧道掘进渣土自动改良方法，其特征在于：所述非接触式探测方法采用图像识别系统，在螺旋输送机机尾设置高速摄像头。

3.根据权利要求1所述的一种土压平衡盾构隧道掘进渣土自动改良方法，其特征在于：所述非接触式探测方法采用主动微波。

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CN 110552705 A

说　明　书

一种土压平衡盾构隧道掘进渣土自动改良方法

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技术领域

[0001]本发明属于隧道机械自动化技术领域，特别涉及一种土压平衡盾构隧道掘进渣土自动改良方法。

背景技术

[0002]渣土改良是通过土压平衡盾构机专门配制的装置向刀盘、土仓以及螺旋输送机中注入改良剂，使盾构机刀盘截割下来的渣土具有较好的流塑性及较小的摩擦力。一方面，渣土流塑性的好坏决定盾构机的运行状态，渣土是否能够顺利排出，是否卡刀盘以及螺旋输送机的喷涌等；另一方面，渣土改良的好坏直接影响地层扰动及利于地表沉降的控制。因此，土压平衡盾构掘进过程中，渣土改良是一个重要的技术环节，渣土改良的效果决定渣土的流塑性是否达到理想状态。

[0003]传统的渣土改良过程为：盾构机司机在操作室通过设置在螺旋输送机尾的摄像头输出的图像对渣土的形态进行经验判断，根据判别结论，手动调整渣土改良参数(种类、掺量、压力、流量等)。这种方法主要由盾构机司机通过肉眼对摄像头输出的图像对渣土的流塑性进行判别，具有一定随机性，渣土的流塑性及改良参数因人而异，而且同一个人在不同的状态下判别结果也不同，肉眼从观察到判断需要一定的反应时间，因此常规的渣土改良方式有一定滞后性。

[0004]申请号为CN108318350A的中国发明专利说明书中介绍了一种在土仓内测评渣土性状的方法及装置。该方法主要通过安设在土仓内部的扭矩传感器实时测评渣土的阻抗扭矩，以扭矩幅值大小来评价渣土流塑性级别，根据测评级别来进行就近钻孔改良或者不改良，使得土仓内的渣土时刻处于理想流塑性状态。实现上述方法的装置，包括剪切板装置部分、保护罩部分、剪切扭矩测试部分和驱动部分；其中，通过驱动部分控制剪切板的转速；通过剪切扭矩测试部分测试剪切板所受的扭矩值；通过剪切板机械部分保障剪切板始终与电机保持同轴等速旋转；通过保护罩部分实现防水、防尘及防外部冲击。该方法在土仓内部设置渣土流塑性感知系统，实施起来主要有以下局限：1、土压平衡盾构机土仓空间有限，再在土仓内安装感知设备，一方面设备的工作状态很难保持正常；另一方面，空间限制会使得出土困难；2、土仓难以进入，感知设备出现故障需要停机进入土仓进行维修、调整。

[0005]申请号为CN201510318977.2的中国发明专利说明书中介绍了一种在单圆盾构渣土流动性可视化观测系统，此设备包括前方土仓内测评渣土性状的方法及装置。单圆盾构土仓渣土流动特性观测试验系统进行观测试验的方法，试验时先以土体的基本物理力学性质指标为控制指标，在模型土箱中配制与真实土体性质相似的透明土，并在透明土中加入碳颗粒作为示踪粒子；通过加载装置给土体加压，控制盾构模型掘进驱动电机驱动盾构机模型外壳在外层套管中前进，同时刀盘和螺旋输送机开始转动，模拟盾构机掘进过程，使渣土实现从刀盘开口进入模拟盾构的土仓并经过螺旋输送机排出的全过程；试验过程中用激光器将片光从模型箱顶部、侧面分别射入放有碳颗粒的透明土中，通过高像素相机拍照捕捉透明土中碳颗粒在单圆盾构机模型运转时的分布及运动图像，在计算机上使用数据处理

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说　明　书

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软件控制图像采集并对图像数据进一步处理得到流场特性参数分布规律。该方法通过可视化的方法得到渣土流场分布特性，这种方法对土体颜色要求很高，目前只处于实验室研究阶段，无法应用到实际掘进工作中。发明内容

[0006]本发明的目的就在于克服上述现有技术中存在的不足，而提供一种土压平衡盾构隧道掘进渣土自动改良方法，该改良方法对渣土的流塑性判别不具有随机性和不确定性，能够自动识别渣土的流塑性并据此进行自动分析得出改良参数，根据改良参数自动对渣土进行自动改良；同时该改良方法不影响盾构机的正常掘进且具有连续反复实时改良的功能。

[0007]如上构思，本发明的技术方案是：一种土压平衡盾构隧道掘进渣土自动改良方法，其特征在于：在螺旋输送机尾通过非接触式探测方法对渣土的性状进行判别，判定流塑性级别，将判定结果通过PLC程序传输到盾构机操作平台的渣土改良控制系统，选择与流塑性级别匹配的改良参数对渣土流塑性进行实时改良。[0008]所述非接触式探测方法采用图像识别系统，在螺旋输送机机尾设置高速摄像头。[0009]所述非接触式探测方法采用主动微波。[0010]本发明具有如下的优点和积极效果：[0011]1、本发明能够以非接触式探测方法对渣土的流塑性进行快速识别判定流塑性级别，即高速摄像机能够快速拍摄渣土状态，利用不同时刻的流态对流塑性进行判定。[0012]2、本发明将渣土流塑性识别结果通过PLC程序传输到操作平台，将与流塑性级别匹配的改良参数对渣土流塑性进行实时改良，流塑性与对应改良参数是业界已经成熟的技术。

[0013]3、本发明具有连续反复实时改良的功能。对于不同地质条件下，本发明能够自动识别渣土的流塑性，并据此进行自动分析得出改良参数，根据改良参数自动对渣土进行自动改良。对改良后的渣土的流塑性再次自动识别，得出新的改良参数，进行自动改良，如此反复，对土压平衡盾构机掘进过程中渣土进行实时改良，使掘进处于最优状态，地层的扰动处于最优的状态。[0014]4、使用本发明不影响盾构机的正常掘进。附图说明

[0015]图1是本发明的施工流程图；[0016]图2是本发明的施工结构示意图。[0017]图中：1-刀盘；2-土仓；3-推移千斤顶；4-管片；5-盾尾密封刷；6-螺旋输送机；7-带式输送机；8-高速摄像头；9-图像传输线路；10-图像识别和流塑性判别系统；11-渣土流塑性级别传输线路；12-操作台；13-改良参数信号传输线路；14-改良材料；15-材料传输管路。具体实施方式

[0018]如图所示：一种土压平衡盾构隧道掘进渣土自动改良方法，在螺旋输送机机尾布置三个高速摄像头(一个正对机尾，两个放在侧面)，拍摄速度为50帧每秒，超过人眼识别速

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度，将拍摄的渣土状态图像通过图像传输线路传输到内部设置有图像识别和流塑性判别系统的处理中心中，通过图像识别系统对图像进行连续识别，通过流塑性判别系统得出渣土流塑性级别。将渣土流塑性的级别判定结果通过PLC程序传输到操作台的渣土改良控制系统，选择与渣土流塑性的级别匹配的改良参数对渣土流塑性进行实时改良，流塑性与对应改良参数是业界已经成熟的技术。

[0019]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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CN 110552705 A

说　明　书　附　图

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图1

图2

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