[发明专利]一种顶管机机头及管道关键位置受力监测装置及方法

权利要求书

1.一种顶管机机头及管道关键位置受力的监测方法，其特征在于，

包含有一检测装置，所述检测装置包括顶管机的机头及管道、用于测量应变的应变计、信号传输系统、信号测试分析系统、机头及管道测点关键位置布置模型、顶管机的机头及管道应变标定方法、标定时用于提供力的千斤顶、标定时用于提供反力的墙体、标定时用于提供围压的高压水带、用于换算机头及管道受力和表面应力的数学模型；

在顶管机出厂前将应变计按照机头及管道测点关键位置布置模型埋入顶管机机头及管道中，并将应变计通过信号传输系统与信号测试分析系统连接，通过标定得到机头及管道相应位置的受力-应变换算关系，从而建立用于换算机头及管道受力和表面应力的数学模型，在施工过程中通过布置在机头及管道中的应变计来监测相应位置的应变状态，通过用于换算机头及管道受力和表面应力的数学模型得到机头及管道的外部受力状态和表面应力状态，按照各部位的许用受力和许用应力给各处测试点的设定阈值，当监测到的受力或者表面应力大于设定的阈值时即报警停机；

在顶管机机头各部件达到出厂的标准后即可在机头的后面板上布置多组应变计，在管道出厂前在管道的一个截面上布置多组应变计，一组所述的应变计包括三个方向不同的应变计，应变计用于监测所在位置的径向和径向应变，并将应变计通过信号传输系统与信号测试分析系统连接，再将信号测试分析系统与上位机连接；

在测点布置应变计之后，可进行机头及管道的标定：

机头的标定为了模拟掌子面压力过大使机头的轴向力异常的情况，可在机头前方掌子面的位置布置数量不同的千斤顶，在整个机头前方布置足够数量的千斤顶来模拟掌子面整体压力升高的受力状况，在机头局部布置少量千斤顶来模拟掌子面局部较硬孤石的受力状况；在记录千斤顶施加的推力大小的同时，用信号测试分析系统记录应变计的应变，通过数据分析建立用于换算机头及管道受力和表面应力的数学模型；

管道的标定为了模拟土压、水压升高使顶管机管道的径向力异常的情况，可使用高压水带围绕管道外侧一周，然后在水带中充水，不断提高水带的压力，以此来模拟机头及管道围压升高的受力状况，在记录高压水带水压大小的同时，用信号测试分析系统记录应变计的应变，通过数据分析建立用于换算机头及管道受力和表面应力的数学模型；

为了模拟较硬孤石使机头和管道局部径向力异常的情况，可使用千斤顶布置在管道外侧的不同位置，然后不断提高千斤顶的顶力，以此来模拟管道遇到较硬孤石局部受力较大的状况，在记录千斤顶的顶力大小的同时，用信号测试分析系统记录应变计的应变，通过数据分析建立用于换算机头及管道受力和表面应力的数学模型；

为了模拟掌子面压力升高使管道轴向力异常的情况，可在管道前面布置墙体模拟待测管道前方管道、机头和掌子面，在管道后方布置千斤顶，在管道外侧布置表面粗糙的高压水带来模拟管道顶进过程中的土体压力和土体摩擦力，在记录千斤顶的顶力大小的同时，用信号测试分析系统记录应变计的应变，通过数据分析建立用于换算机头及管道受力和表面应力的数学模型。

2.如权利要求1所述的顶管机机头及管道关键位置受力的监测方法，其特征在于，信号传输系统包括用于连接应变计与采集器的三芯屏蔽线、用于连接采集器和控制器的RS485通讯扩展线和用于连接控制器和控制器以及控制器到工控机的铠装电缆。

3.如权利要求1所述的顶管机机头及管道关键位置受力的监测方法，其特征在于，信号测试分析系统为分布式结构，具体包括采集器、控制器、上位机，每个待测截面布置1台采集仪，每8个采集仪布置一个控制器，将所有控制器与上位机连接。