[发明专利]基于刀具转速比的盾构掘进掌子面地层分布监测方法

说明书

本发明涉及一种基于刀具转速比的盾构掘进掌子面地层分布监测方法。本发明基于每把刀具的标准化转速分布轮廓图，结合刀具轨迹半径分布图，将刀盘上所有刀具在掘进过程中的转速比分布情况，通过汇总并对不同大小的转速比点进行颜色区分标识形成掌子面标准化转速完整度图，直观反映当前地层情况以及掌子面完整性，并通过一定的分析原则进一步分析出地层软硬不均分布情况以及所处掌子面位置，从而为掘进施工决策提供参考。

技术领域

本发明涉及盾构施工技术领域，具体涉及一种基于刀具转速比的盾构掘进掌子面地层分布监测方法。

背景技术

盾构施工过程中，由于地层变化的不确定性，导致盾构掘进过程中常出现泥水仓压力、刀盘扭矩、盾构推力波动较大等特点；而随着盾构开挖直径越来越大，掌子面地层情况越来越复杂，而现有地质勘查多采用地质钻机钻孔取芯的方法，此方法受地面环境影响，部分地段无法进行地质勘查，部分钻孔取芯部位均位于盾构掘进隧道边缘，地勘结果不够准确且不连续，不能及时反映出盾构当前掘进地层变化情况，而盾构施工对地层的敏感性较强，特别是施工风险较高的软硬不均地层，如能及时的掌握当前掘进掌子面地层情况对盾构施工具有重要的指导意义。

发明内容

本发明旨在提供一种基于刀具转速比的盾构掘进掌子面地层分布监测方法，以便能更为及时、直观的监测到盾构掘进过程中的地层变化及掌子面完整度情况，进一步分析出地层软硬不均分布情况，从而为掘进施工决策提供参考。

为解决上述技术问题，本发明主要采用以下技术方案：

设计一种基于刀具转速比的盾构掘进掌子面地层分布监测方法，包括如下步骤：

（Ⅰ）在掌子面中刀盘圆点为极点建立极坐标系，极轴表示转速比，极角表示刀具在掌子面中所处位置；

（Ⅱ）由过极点的纵横轴将掌子面分成四个象限，或者以极点为顶点将掌子面分成一定数量的扇形区域；

（Ⅲ）依据下列步骤获取各被监测刀具随刀盘运转至不同象限或扇形区域内某点位置处的转速比：

① 测量或采集盾构施工过程中的刀具实际转速S_实际，单位（m/s）；

② 获取或计算刀具理论转速S_理论，单位（m/s）：

S_理论= （L_轨迹×υ）/（π×D_刀×60s），

式中，L_轨迹为刀盘旋转一周的刀具运动轨迹时计量长度（m），υ为刀盘转速（r/min）D_刀为未磨损时新刀具的直径（m）；π为圆周率。

当刀盘转速一定，刀具在该轨迹上的任何位置点的瞬时转速一定等于S_理论。

③计算刀具转速比

i=S_实际/S_理论×100% ；

（Ⅳ）根据每把刀具的标准化转速分布轮廓图，结合刀具轨迹半径分布图，汇总盘上所有刀具在掘进过程中的转速比分布情况，并以不同颜色对不同大小的转速比点进行区分标识，以形成掌子面标准化转速完整度图，直观反映当前地层情况以及掌子面完整性，进一步分析出地层软硬不均分布情况，从而为掘进施工决策提供参考。

进一步的，以黑色点代表该刀具所在半径轨迹上运转至位置时的刀具转速比为0（即未旋转），灰色点表示该刀具所在半径轨迹上运转至该位置时刀具转速比大于等于100%，转速比点由灰色→黑色，由浅→深，代表刀具转速比由高→低，通过颜色灰度（或其它不同色相）标识可更加直观形象的判断出该掌子面完整度及地层情况，进一步则可判定地层软硬不均及其掌子面内所处位置。

进行掌子面完整度分析可依据如下原则：