[发明专利]一种TBM撑靴内置式围岩原位测试装置与方法

权利要求书

1.一种TBM撑靴内置式围岩原位测试装置，其特征在于：包括声发射仪压力盒、位移测量装置、液压加载装置、承压板、垫板、外壳和采集控制器；所述声发射仪压力盒、位移测量装置、液压加载装置、承压板和垫板设置于所述外壳内，所述外壳用于保护内部部件并将装置固定在TBM撑靴内，所述承压板包括上承压板和下承压板，所述声发射仪压力盒设置于所述上承压板和下承压板之间，所述下承压板的底部设置所述垫板，所述垫板的底部设置所述液压加载装置，所述位移测量装置设置于所述垫板的顶部，所述外壳的顶盖上设置有所述位移测量装置和所述上承压板能够顶出的孔位；所述采集控制器用于将采集的数据进行储存、处理。

2.根据权利要求1所述的TBM撑靴内置式围岩原位测试装置，其特征在于：所述声发射仪压力盒为直径10cm、高度6-8cm的圆柱体，所述声发射仪压力盒内部设有振弦式应变计模块和声发射传感器模块。

3.根据权利要求2所述的TBM撑靴内置式围岩原位测试装置，其特征在于：所述声发射仪压力盒通过导线与所述采集控制器连接，导线包括传输数据导线和供电导线，所述导线从所述声发射仪压力盒的侧壁引出并向下穿过所述垫板，与其它部件导线集成为一束导线后从外壳上的线管进出口引出，连接至所述采集控制器上。

4.根据权利要求1所述的TBM撑靴内置式围岩原位测试装置，其特征在于：所述位移测量装置为分别轴向均布于圆形的所述垫板上的3个位移计，所述位移测量装置用来测量围岩和仪器的变形；所述位移计选用微型直线位移传感器；所述位移计通过导线与所述采集控制器连接，所述导线包括传输数据导线和供电导线，所述导线从所述位移计的下部引出并穿过所述垫板，与其它导线集成为一束导线后从外壳上的线管进出口引出，连接至所述采集控制器上。

5.根据权利要求1所述的TBM撑靴内置式围岩原位测试装置，其特征在于：所述位移计的量程为0-40mm、精度不大于0.01mm、直径不大于20mm，所述位移计的顶端凸出所述外壳的顶盖。

6.根据权利要求1所述的TBM撑靴内置式围岩原位测试装置，其特征在于：所述液压加载装置为单杆双作用式活塞液压油缸，所述液压加载装置的底部与所述外壳的底板连接。

7.根据权利要求1所述的TBM撑靴内置式围岩原位测试装置，其特征在于：所述上承压板与声发射仪压力盒之间和所述下承压板与声发射仪压力盒之间均设置有橡胶垫，所述上承压板和下承压板均为采用Q355钢材制成的屈服强度不小于300MPa的圆柱体，所述上承压板和下承压板的形状及半径与声发射仪压力盒相同，所述上承压板和下承压板的高度均为5cm。

8.根据权利要求1所述的TBM撑靴内置式围岩原位测试装置，其特征在于：所述垫板为采用Q355钢材制成的圆柱体，所述垫板的直径略小于外壳内径，所述垫板高度为5cm，所述垫板的屈服强度不小于300MPa。

9.根据权利要求1所述的TBM撑靴内置式围岩原位测试装置，其特征在于：所述外壳为圆柱形，所述外壳的底部一侧预留线管进出口，供导线和所述液压加载装置的油管接出；所述外壳采用Q355钢材制成，所述外壳的内径略大于垫板直径，所述外壳的厚度为5-10mm，所述外壳顶板上预设的孔位直径分别大于上承压板直径和位移计直径。

10.一种应用权利要求1-9任一项所述TBM撑靴内置式围岩原位测试装置进行的TBM撑靴内置式围岩原位测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在TBM撑靴撑紧围岩后；测试人员按下采集控制器上的电源总开关按钮，检查采集控制器是否正常，若不正常，需先排除故障；

2)按下分别控制声发射仪压力盒、多个位移计和液压加载装置的三个分开关按钮，检查声发射仪压力盒、多个位移计、液压加载装置是否正常，若不正常，需先排除故障；

3)通过采集控制器上的里程位置记录菜单，输入待测围岩里程坐标；

4)通过采集控制器上的采集参数设置菜单，输入压力计、位移计采集频率和声发射传感器采集频率；

5)通过采集控制器上的液压加载装置控制菜单，输入加载速率和预估围岩强度；

6)按下采集控制器上的开始按钮，测试装置顶出，开始测试；

7)观察显示器上数据采集过程是否异常，如发生异常则缩回装置，调整采集参数，回到第3步再次测量；

8)测试装置在压力计采集数据大于等于预估围岩强度的三分之一时，测试自动停止；微处理器同步进行数据处理和信息匹配，显示器实时显示测试结果；

9)关闭液压加载装置的电源开关，油缸自动缩回到初始位置；关闭位移计的电源开关，关闭声发射仪压力盒的电源开关；

10)关闭测试装置的电源总开关，测试结束。