[发明专利]一种盾构盾尾密封状态实时监测系统及预警方法

说明书

本专利提出了一种基于盾尾刷内水分、盾尾刷磨损量及油脂消耗量的实时盾构盾尾密封状态监测系统，用于实时监测盾构盾尾密封状态，判定盾尾密封效果的监测系统，通过本系统及预警判定方法的应用，掌握盾尾刷损伤程度，为更换盾尾刷提供决策依据，避免盾尾密封失效而造成盾尾涌水涌砂甚至地层坍塌事故。

技术领域

本发明属土木交通工程中的隧道工程盾构施工技术领域，可用于地铁、公路、铁路、输水输电隧道及地下综合管廊的盾构施工盾尾密封状态监测，确保盾构施工安全，避免层盾尾密封被外部水土压力击穿，产生透水涌砂通道冲入隧道，地面大范围坍塌。

背景技术

盾尾密封作为盾构机抵抗盾尾及管片外部地下水、同步注浆的三大密封系统之一发挥着重要的作用，盾尾密封一旦失效，极易造成盾尾涌水涌砂、地表坍塌事故。

盾尾刷是采用多道弹簧钢片与钢丝刷充填密封油脂的装置。

为了发挥盾尾密封的效果，需要在刷形盾尾密封的钢丝刷之间充填盾尾密封油脂。

掘进时，由于盾尾密封处的油脂会逐渐减少，因此，为保持密封性能，必须及时加注盾尾密封油脂。

盾尾密封油脂作为盾构机三大油脂之一，在盾构掘进过程中通过盾构机控制系统不断从油脂泵注入到几道盾尾刷间的油脂腔中达到一定压力以平衡盾尾外部压力。

盾构机主体盾尾部最末端设有3道至5道钢丝刷。

两道盾尾刷之间和管片及盾壳内壁组成的腔体内填充盾尾密封油脂。

部分盾构机盾尾密封安装有钢束板，为防止同步砂浆从盾构刀盘超挖间隙窜至刀盘舱，盾尾外部安装有1道止浆板。

盾尾刷焊接不牢、盾尾刷磨损过大、掘进过程中油脂加注不及时和数量不足、同步注浆压力过高击穿盾尾密封、盾构机姿态不良导致局部盾尾间隙过大等，均可造成密封效果降低、失效。

将直接引起盾构机外部泥水、流砂等涌入盾体，可能造成盾构机整机被淹或掌子面、盾体及管片支撑面失稳等情况，导致地面坍塌、成型隧道变形报废、盾构机整机被埋及重大人员伤亡等恶劣后果。

对于盾尾密封失效区域较为严重的情况需要进行尾刷更换作业，尾刷更换过程中处于盾尾密封能力较为薄弱期间，盾尾处注浆密封、加固止水效果差可能会导致更换尾刷期间出现较大渗漏，导致盾构机被淹，严重时导致隧道坍塌的风险。

盾构掘进1000m后,盾尾刷将大部分失效,尤其是小曲线半径线路,左右两侧尾刷易磨损严重。

盾构机盾尾漏浆常见原因包括盾尾刷损坏、盾构施工的注浆压力、注浆量、盾构机的掘进姿态、地质状况、盾尾密封油脂、管片拼装质量等多种因素。

外界水土压力、盾尾刷磨损、油脂舱油脂填充效果、管片与盾尾间隙相关性较大。

盾尾密封的效果遵守木桶效应，即盾尾密封效果取决于盾尾密封状态最差的位置，此位置极易引起盾尾漏浆、涌水涌砂等问题。

盾构间隙指盾尾刷位置盾构盾壳内壁与管片外弧面之间的间隙。

以往盾尾密封效果监测的思路较为单一，无法做到准确、系统的评价，专利及研究主要思路为监测盾尾油脂腔的油脂压力及盾尾土压力，这样并未从系统性上进行全面评价，误差较大。

部分专利思路采用光纤传感器测定盾尾刷磨损程度及盾尾密封效果，但光纤传感器不易固定而造成测量误差大，且盾尾内砂砾地下水及油脂造成工作环境恶劣很容易光纤传感器损坏，因此实际实施较为困难。

本专利从影响盾尾密封效果的多个因素进行监测，并系统性的进行综合评价，得出更为准确的监测结果，更能指导现场施工控制。

发明内容

本专利公开了基于水分、盾尾刷磨损量及油脂消耗的一种盾构盾尾密封状态实时监测系统及预警方法。