[发明专利]一种护盾式TBM隧道围岩超挖感知与围岩变形监测装置

说明书

本公开提供一种护盾式TBM隧道围岩超挖感知与围岩变形监测装置，涉及隧道围岩变形监测领域，包括用于通过销轴转动连接护盾开孔一侧的盖板，盖板朝向护盾开孔的一侧连接有刻度盘，刻度盘上标定有盖板与护盾所呈夹角的角度，用于测取盖板远离销轴一端距离护盾的距离，盖板能够绕销轴转动改变与护盾外壁的夹角，以改变刻度盘进入护盾开孔的体积，通过盖板配合刻度盘形成形变量测量装置，利用盖板接触围岩后的转动位移带动刻度盘移动，使得刻度盘进入护盾内的部分发生变化，便于从护盾内部对刻度盘状态进行观察，以获取盖板接触围岩的状态，从而直观的获取围岩的形变情况。

技术领域

本公开涉及隧道围岩变形监测领域，特别涉及一种护盾式TBM隧道围岩超挖感知与围岩变形监测装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

随着我国隧道的建设逐渐向深埋长大方向发展，TBM工法越来越发挥着不可替代的作用，在建以及规划的TBM开挖隧道数量占总隧道数量的比例逐年增长。但是随着埋深的加大，TBM穿越深埋高应力地层时，隧道围岩在高应力的作用下将发生随时间增长而逐渐增大的向内收敛变形效应。

发明人发现，当围岩变形过大时，则会对TBM护盾造成强烈挤压，导致TBM无法前进而形成卡机灾害，围岩大变形导致的卡机灾害比例约为37％，并因此造成了极大的经济损失。监测隧道围岩的变形是预防卡机灾害的有效方法；然而，由于护盾式TBM与围岩之间的间隙过小，难以布置结构复杂的围岩变形监测设备，而利用超声波等非接触方式对护盾侧面的围岩形变量进行测量时，容易受到设备本身超前探测等设备的干扰，产生探测噪声，需要进行繁琐的去噪处理才能获取形变数据，导致形变量无法实时直观的获取，常规的监测方法尚无法应用，难以满足对围岩变形监测以辅助调整TBM运行状态的需求。

发明内容

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种TBM隧道围岩超挖感知与围岩变形监测方法及方法，通过盖板配合刻度盘形成形变量测量装置，利用盖板接触围岩后的转动位移带动刻度盘移动，使得刻度盘进入护盾内的部分发生变化，便于从护盾内部对刻度盘状态进行观察，以获取盖板接触围岩的状态，从而直观的获取围岩的形变情况。

本公开的第一目的是提供一种护盾式TBM隧道围岩超挖感知与围岩变形监测装置，采用以下技术方案：

包括用于通过销轴转动连接护盾开孔一侧的盖板，盖板朝向护盾开孔的一侧连接有刻度盘，刻度盘上标定有盖板与护盾所呈夹角的角度，用于测取盖板远离销轴一端距离护盾的距离，盖板能够绕销轴转动改变与护盾外壁的夹角，以改变刻度盘进入护盾开孔的体积。

进一步地，所述盖板朝向护盾一面的面积大于护盾开孔的面积，盖板能够完全覆盖遮挡护盾开孔。

进一步地，所述盖板一端安装有销轴，另一端用于接触隧道围岩以带动盖板转动，盖板通过销轴安装在护盾的外壁上，且销轴位于护盾开孔的一侧。

进一步地，所述的刻度盘为扇形板，圆心端与销轴同轴布置，半径为盖板沿垂直销轴轴线方向上长度的一半。

进一步地，所述刻度盘的圆心角等于盖板初始状态下与护盾外壁的夹角，刻度盘的刻度布置在扇形板的圆弧端。

进一步地，所述盖板与护盾之间连接有弹性件，用于推动盖板远离销轴一端抵接围岩。

进一步地，还包括覆盖遮挡护盾开孔的遮罩，遮罩与盖板相对设置，且位于护盾内连接护盾内壁。

进一步地，所述遮罩朝向护盾开孔的一侧设有凹槽，用于容纳穿过护盾开孔进入护盾内的刻度盘。

本公开的第二目的是提供一种TBM隧道围岩超挖感知与围岩变形监测方法，利用如上所述的护盾式TBM隧道围岩超挖感知与围岩变形监测装置，包括以下步骤：

调整盖板状态，使得盖板远离销轴一端接触隧道围岩；