[发明专利]全断面岩石掘进机关键部位振动与应变监测方法

说明书

本发明提供了一种全断面岩石掘进机关键部位振动与应变监测方法，属于全断面岩石掘进机地下施工实时监测技术领域。本发明的目的在于提供一种监测装置及其全天候监测预警系统，利用振动及应变传感器及其无线数据传输系统获取监测数据，实现对TBM主机系统工作时关键部位振动及应变状态长期实时监测，及时提醒操作人员维护检修，防止TBM主机系统关键薄弱位置发生疲劳破坏，确保TBM安全可靠地进行工作。本发明同时给出一种对无法测量部位应变状态进行评估的方法：等效映射法。从而构建了一套用于TBM主机系统关键部位掘进全程的振动监测、应变监测系统。

技术领域

本发明涉及一种全断面岩石掘进机主机系统振动、应变实时监测与应变等效映射测量法，属于全断面岩石掘进机地下施工实时监测技术领域。

背景技术

随着我国经济的发展，近年来全断面岩石掘进机(TBM)广泛用于我国的水利工程，铁路交通，地铁工程，油气管道及国防等隧道建设中。全断面岩石掘进机在作业时，由于工况复杂、服役环境恶劣等原因，具有重载、冲击的特点，最终造成TBM主机系统关键薄弱部位发生磨损甚至断裂。

TBM主机系统主要包含刀盘、支撑盾体、驱动电机、主梁、支撑靴等关键部位，恶劣的载荷条件是造成TBM主机系统故障的重要因素，为了对主机进行抗振设计以及关键结构件的寿命估计，必须掌握TBM主机的振动情况和关键结构部位的应变情况。建立一套实时监测系统对TBM主机系统关键薄弱部位振动及应变情况进行监测，既可以提醒工程施工人员进行及时的检修，避免进一步的破坏，同时可以为减振方案的改进以及关键结构件的寿命估计提供依据。

由于TBM的工况十分恶劣，对TBM状态的监测极其困难。目前国内外对TBM主机系统振动及应变的监测尚没有一套完整的方案。并且一些关键部位的理论危险点，由于实际工况的限制，无法安装传感器进行直接测量。虽也有一些学者或企业对掘进过程中的某一小段振动数据进行采集，由于采集的样本较少，因此具有一定的局限性。

基于以上情况，本发明对已有的振动及应变传感器，进行了总体安全性布局和局部强化保护措施，并给出一种对无法测量部位应变状态进行评估的方法——等效映射法。从而构建了一套用于TBM主机系统关键部位掘进全程的振动监测、应变监测系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种监测装置及其全天候远程监测与预测系统，利用振动及应变传感器及其无线数据传输系统获取监测数据，实现对TBM主机系统工作时关键部件的振动及应变状态长期实时监测，并对其它无法直接测量的部位进行等效映射评估，以将TBM的工作状态及时反馈给操作人员，防止TBM主机系统关键位置突发故障，确保TBM安全可靠地工作。

本发明的技术方案：

全断面岩石掘进机关键部位振动与应变监测方法，步骤如下：

全断面岩石掘进机关键部位振动和应变监测系统与等效映射法，包含用于测量振动的加速度节点、测量应变的应变计及应变节点、放大采集信号的天线、接受无线信号的无线网关、显示测量数据的计算机及等效映射法测量模型。其特征在于，通过布置在TBM主机系统关键部位的无线传感器监测其运行过程中的振动及应变状态，同时基于无线网络协议接受传输振动及应变数据，实现TBM主机系统关键薄弱位置运行状态的实时监测。并将测量信号输入模等效映射法测量模型，对无法测量部位的应变状态进行评估。具体的系统搭建分为以下两个方面：传感器的布置；等效映射法测量模型。

Ⅰ、传感器的布置

第一步，总体安全性布局

本监测方法主要针对全断面岩石掘进机(TBM)的刀盘1、支撑盾体2、驱动电机、主梁3、支撑靴4进行测量，其总体结构如图1。为了使传感器能安全稳定地工作，首先要在各个被检测部件上选择既能反应运动状态又相对安全的测量点。参考大量实际工程，测量点选择岩渣等不易掉落到地方，具体布局如下：