[发明专利]全断面岩石掘进机主梁及其连接法兰振动及应变的监测方法

说明书

本发明提供了全断面岩石掘进机主梁及其连接法兰振动及应变的监测方法，属于全断面岩石掘进机地下施工实时监测技术领域。通过布置在TBM主梁前段及其连接法兰的无线传感器和应变片监测其运行过程中的振动和应变状态，同时基于无线网络协议接受传输振动及应变数据，实现对TBM主梁前段及其连接法兰的实时监测。针对主梁及其与连接法兰的振动和应变，进行了测点的安全性布局，这既节省了传感器的数量又能最大限度地对主梁及其连接法兰进行安全性监测，以确保TBM安全可靠地进行工作。另外，提出了间接预测模型可以运用此模型在已测数据的基础上实现对其他位置的合理预测。

技术领域

本发明涉及一种全断面岩石掘进机主梁及其连接法兰处振动及应变实时监测方法，属于全断面岩石掘进机地下施工实时监测技术领域。

背景技术

全断面掘进装备(简称TBM)，是隧道掘进大型复杂成套装备，广泛应用于水利、交通、国防、能源等地下工程建设。由于TBM掘进环境复杂，且岩石具有高硬度、高耐磨性，高温、高围压等特点，再加上TBM滚刀多点冲击破岩的特点，滚刀切削岩石过程中将产生强冲击载荷，这些载荷将传递到TBM自身，致使TBM会出现剧烈的振动现象，最终造成TBM某些关键部位发生磨损甚至断裂，由于各部分之间是以螺栓紧固，其振动和变形会产生较大力，可能造成螺栓损伤断裂，因此连接位置更应进行重点监测。

TBM主机系统主要包含刀盘系统、支撑盾体、驱动电机、主梁、支撑靴等关键部位(图1所示)，刀盘系统负责主要掘进工作，而主梁(图1中1c)则承担主要支撑作用，两者之间通过螺栓进行连接，但恶劣的载荷条件往往造成TBM剧烈振动，这也增加了连接法兰位置的受力和变形，为了保证掘进部分和支撑部份之间的紧密连接和TBM的正常掘进，必须掌握TBM连接法兰的振动情况和关键结构部位的应变情况，建立起实时监测系统对其振动和应变情况进行监测，这既可以提醒工程施工人员进行及时的检修，避免进一步的破坏，同时也可以为减振方案的改进以及寿命的估计提供依据。

目前国内外对TBM主梁及其连接法兰振动和应变的监测方案相对研究较少。并且由于法兰本身螺栓较为密集，无法全部安装传感器进行检测。虽也有一些学者也做过一定的理论研究，但对法兰处简化较为严重，因此具有一定的局限性和较大的误差。

基于以上情况，由于主梁前段最靠近刀盘系统，其振动情况较之中段和后段要大，因此本发明针对主梁前段(图2所示)及其与刀盘连接的法兰(图2中2a)的振动和应变，进行了测点的安全性布局，这既节省了传感器的数量又能最大限度地对主梁及其连接法兰进行安全性监测。另外，提出了间接预测模型可以运用此模型在已测数据的基础上实现对其他位置的合理预测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全断面岩石掘进机主梁及其连接法兰处振动和应变实时监测方法，利用振动和应变传感器及其无线数据传输系统获取监测数据，实现对TBM主梁前段及其连接法兰应变状态长期实时监测，并及时反馈给操作人员，防止TBM突发事故的产生，确保TBM安全可靠地工作。

本发明采用的技术方案

本发明的技术方案：

一种全断面岩石掘进机主梁及其连接法兰振动及应变的监测方法，所用的全断面岩石掘进机主梁前端及其连接法兰应变监测系统，包含用于测量振动的加速度节点、用于测量测量应变的应变计、接受无线信号的无线网关、显示测量数据的计算机、主梁前段测点布置模型、主梁前段连接法兰处测点布置模型和间接预测模型；通过布置在TBM主梁前段及其连接法兰的无线传感器监测其运行过程中的振动和应变状态，同时基于无线网络协议接受传输振动及应变数据，实现对TBM主梁前段及其连接法兰的实时监测；具体包括主梁前段测点布置模型、主梁前段连接法兰处测点布置模型、保护措施和间接预测模型；

(1)主梁前段测点布置模型

主梁前段测点布置模型测点布置模型如下：