[发明专利]一种TBM刀盘振动监测及评价方法

说明书

本发明提供了一种TBM刀盘振动监测及评价方法，属于TBM振动测试技术领域。通过搭建远程数据采集系统，实现TBM刀盘振动数据的远距离实时采集。同时依据不同施工标段振动监测数据，结合TBM掘进参数、地质报告等，进行工况、地质划分。研究不同围岩条件下的刀盘滚刀破岩载荷，通过有限元与动力学仿真，确定不同工况下的刀盘振动水平评价方法，即振动限值。防止过大的振动造成TBM刀盘损坏等工程问题，确保施工设备安全可靠的掘进。

技术领域

本发明属于TBM振动测试技术领域，具体涉及一种TBM刀盘振动监测及评价方法。

背景技术

TBM是一种集掘进、出渣和支护于一体的高端隧道掘进装备，主要包括刀盘系统、支撑系统推进系统、后配套系统等。其工作原理是刀盘旋转时，利用盘形滚刀进行破岩，并依靠支撑推进系统承担反作用力和反扭矩实现主机向前推进。刀盘是TBM的核心部件，其寿命等同于TBM的寿命，掘进过程中会遇到髙硬度、高温、高石英含量的＂三高＂围岩环境，加以不同类型的滚刀群多点冲击破岩特性，使得刀盘振动极其剧烈，受力规律极其复杂，易引起主机系统的剧烈振动，而极端恶劣的振动往往会造成刀盘面板开裂、主轴承密封失效、主梁焊缝开裂等严重的工程问题，极大影响隧道施工的效率和安全。

由于隧道施工工期要求紧张、TBM造价高以及TBM零部件的更换困难，保证TBM在安全载荷下掘进很有必要。目前振动监测已成为设备诊断技术的重要环节，振动大小也已作为设备安全运行参数来考核，然而对于TBM刀盘的振动水平，目前还缺乏相应的振动监测方法及振动水平衡量标准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TBM刀盘振动监测及评价方法，从而对TBM刀盘进行状态监测，当振动监测数值超过刀盘振动限值，即表明刀盘振动存在异常。施工现场的操作人员从而可以调整掘进参数，保证TBM的安全掘进。

本发明的技术方案：

1.一种TBM刀盘振动监测及评价方法，其特征在于，该TBM刀盘振动监测及评价方法包括搭建远程数据采集系统和TBM刀盘振动水平评价方法两个部分；通过搭建远程数据采集系统实现TBM刀盘振动数据的远距离实时采集；同时依据不同施工标段振动监测数据，结合TBM掘进参数、地质报告，进行工况、地质划分，确定不同围岩条件下的刀盘破岩载荷，通过有限元与动力学仿真，确定不同岩石工况下的刀盘振动水平评价方法，即振动限值；

(Ⅰ)搭建远程数据采集系统

远程数据采集系统主要由无线传感器节点、网关、现场服务器、无线英特尔网、本地服务器和数据采集软件组成；无线传感器节点将采集到的数据传输给安置在主梁上的网关，网关通过网线将数据信号发送给TBM掘进现场服务器；远程接收端即本地服务器和现场服务器通过无线因特网进行信息交流，现场服务器通过采集软件发射端，将数据向本地服务器采集软件接收端传输数据信号，实现数据的远距离实时采集；

(Ⅱ)确定TBM刀盘振动水平评价方法

1)数据处理

因为数据采集系统需要长时间地监测多个施工标段，所以原始监测数据涉及到多种围岩工况，且存在着大量的不完整、不一致或异常数据，因此需要对原始数据进行预处理。首先对传感器失灵及TBM停机导致的数据缺失及零值进行数据间的清洗剔除，其次对掘进参数数据进行降维，根据相关性挑选出可进行分析的掘进参数，最后对横纵向振动数据进行滤波，去除刀盘回转产生的科氏加速度影响。因为原始数据包含多种类型的数据表，所以可根据时间，实现振动数据、掘进参数数据及地质数据的匹配。

2)确定Ⅰ-Ⅴ类岩石工况下的刀盘许用应力

a、首先通过Ansys Workbench分析刀盘结构在名义载荷即滚刀承受载荷的极限值下的静强度，从而计算刀盘各结构的许用安全系数，选择最薄弱的部位的安全系数作为振动限值的安全系数；