[发明专利]用于TBM的滚动接触式电法实时超前探测搭载装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧道不良地质体探测的实时超前探测领域，尤其涉及一种用于TBM的滚动接触式电法实时超前探测搭载装置及方法。

背景技术

随着各大城市地铁建设力度的不断加大，跨江越海隧道工程不断增加，国家的重点建设项目，如长距离供水、水下交通、西气东输等工程都将涉及到穿越江河的问题；铁路、公路、市政、供水、供气、防洪、水电等隧道工程的建设。这些都会使隧道(隧洞)的数量大幅度增多。TBM施工是主流的隧道开挖方法，TBM(Tunnel Boring Machine)主要是利用机械压力对岩石土地进行切削、破碎，是高度机械化和自动化的大型地下隧道开挖设备，具有高效、快速、优质、安全等优点。经过半个多世纪的发展，TBM掘进技术已相当成熟，但是TBM施工对地质状况非常敏感,在深埋长大隧洞TBM施工中,经常遇到不良地质体,如大规模塌方、涌水,岩爆等,都会严重影响TBM正常的掘进施工。为保证TBM施工安全,需要实时对不良地质体进行超前地质探测和超前地质预报,判断可能发生施工地质灾害的相对位置、规模和严重程度等,以便提前做好技术准备,指导TBM施工。然而TBM装置十分复杂，刀盘改装空间和超前预报时间十分有限，使用现有的电法探测方式费时费力，无法在TBM上有效搭载，难以满足TBM施工快速、准确的探测前方的不良地质体的要求。

为了实现探测系统与TBM的一体化集成化，亟需研制用于TBM电法超前探测的搭载装置，在掘进机施工条件下实现实时的探测，提高探测效率。然而由于TBM的机械构造和特有的施工形式，电法探测装置搭载在TBM上面临着诸多问题，主要如下：

①允许探测周期短。TBM仅有较短的时间不工作停机保养，而探测需在该时间范围内快速高效的完成。快速完成供电电极和测量电极快速布置，是提高TBM搭载电法探测效率需解决的首要问题。

②刀盘电极易损毁。电法探测装置采用接触式电极，与掌子面接触耦合。在TBM掘进或刀盘维修时，需要转动刀盘。转动的过程中会破坏电极及推出装置，影响超前地质探测。采用新型的不易损坏的接触式电极是一个亟需解决的重要问题。

③TBM施工过程中，刀盘相对于TBM主体结构不停转动，为实现两者之间的有效安全连接，亟需提出一种回转接线装置。能够在TBM刀盘转动的同时顺利实现电缆的回转以及刀盘电极用水和液压油的回转。

发明内容

本发明针对于现有TBM电法搭载装置存在的技术问题，提出了一种用于TBM的滚动接触式电法实时超前探测搭载装置及方法，为TBM的安全施工提供技术支撑。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于TBM的滚动接触式电法实时超前探测的搭载装置，包括：滚动液压电极、回转接线设备、合并管路和固定电极；所述滚动液压电极与所述回转接线设备通过合并管路完成刀盘与TBM主体之间电性信号以及油液管路连接；回转接线设备和固定电极分别与电法探测的主机系统连接；

所述回转接线设备包括：电法回转接线设备外环、电法回转接线设备内环、TBM回转接线设备外环以及TBM回转接线设备内环；

所述TBM回转接线设备内环与TBM主体连接并保持静止，所述电法回转接线设备外环通过电刷与电法回转接线设备内环连接，所述电法回转接线设备内环与TBM回转接线设备内环连接，所述TBM回转接线设备内环连接电法探测的主机系统。

进一步地，所述滚动液压电极包括滚动液压供电电极和滚动液压测量电极；固定电极包括进行供电的固定供电电极B和进行测量的固定测量电极N。

进一步地，

所述滚动液压供电电极安装在刀盘的大半径上，构成多个相同极性的供电电极；

所述滚动液压测量电极安装在刀盘的小半径上，构成阵列式测量电极系。

进一步地，所述主机系统分别通过回转接线设备为滚动液压供电电极和固定供电电极B供电，同时通过回转接线设备采集滚动液压测量电极和固定测量电极N的数据。

进一步地，进行探测时，所述主机系统发出的油液加压指令通过回转接线设备传送至刀盘滚动液压电极内部的液压油缸，液压油缸加压后将滚动液压电极伸出至接触掌子面，完成探测的电路布置。

进一步地，所述滚动液压电极还包括：绝缘层，耐磨保护套和液压油缸；

所述滚动液压电极与液压油缸连接，所述液压油缸固定在刀盘前面板上，所述液压油缸由缆线连接回转接线设备；所述滚动液压电极的外部由绝缘层包裹，所述耐磨保护套是电极的框架外壳。

进一步地，所述合并管路包括：液压供油管、多芯电缆和供水水管；