[发明专利]一种用于盾构TBM刀盘滚刀刀座螺栓的载荷监测装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种用于盾构TBM刀盘滚刀刀座螺栓的载荷监测装置，包括刀座螺栓，光纤光栅传感器；刀座螺栓头部的中心位置设有盲孔，盲孔的头部设有内螺纹；光纤光栅传感器的外部套设有薄壁钢管，薄壁钢管的外壁上制有外螺纹，光纤光栅传感器的探头与盲孔的底部抵接；光纤光栅传感器的尾部连接有单芯铠装光缆，单芯铠装光缆与多芯铠装光缆连接；多芯铠装光缆与信号采集模块连接，信号采集模块与电池组连接；信号采集模块发射的信号由无线路由器接收传至便携式计算机，监测数据存储在便携式计算机内；端盖上贯穿设置有空心螺栓，空心螺栓与端盖螺纹连接；空心螺栓内设置有内螺纹，剖分螺套由两个半螺套组成，剖分螺套安装在空心螺栓内并与其螺纹连接。

技术领域

本发明涉及一种用于盾构TBM刀盘滚刀刀座螺栓的载荷监测装置及其使用方法，尤其涉及盾构TBM刀盘滚刀刀座螺栓，在复杂富水环境下施工的盾构可能出现螺栓断裂及滚刀过载的风险，对螺栓载荷监测达到对螺栓或滚刀破岩载荷监测的目的。

背景技术

盾构TBM作为一种隧道机械化施工的装备被广泛的应用在公路、铁路、地铁等隧道建造中，具有施工效率高、安全性好的优点，尤其是在硬岩地层、软硬不均地层掘进，刀座螺栓容易失效、滚刀容易过载。

为解决恶劣环境下盾构TBM刀盘滚刀刀座螺栓监测，尤其是泥水盾构常压刀盘的滚刀刀座螺栓处在带压环境（通常压力3bar以上），周围充满泥土、碎石环境极其恶劣，螺栓断裂、滚刀过载等均会给施工造成不利影响，如何监测螺栓载荷，进一步通过螺栓载荷计算滚刀载荷，对于提升装备的可靠性、优选掘进参数均有重要意义，是本领域技术人员亟待解决的技术问题，对于下一步盾构智能掘进研究也有重要意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于盾构TBM刀盘滚刀刀座螺栓的载荷监测装置及其使用方法。

本发明的一种用于盾构TBM刀盘滚刀刀座螺栓的载荷监测装置，包括安装在刀座中的刀座螺栓，以及光纤光栅传感器；所述刀座螺栓头部的中心位置设有用于放置光纤光栅传感器探头的盲孔，所述盲孔的头部设置有内螺纹；所述光纤光栅传感器的外部套设有薄壁钢管，所述薄壁钢管的外壁上攻有与盲孔上部内螺纹配合的外螺纹，所述光纤光栅传感器的探头与所述盲孔的底部抵接；所述光纤光栅传感器的尾部连接有单芯铠装光缆，单芯铠装光缆通过光纤接头与多芯铠装光缆连接；多芯铠装光缆贯穿剖分螺套并与固定在端盖常压环境一侧的信号采集模块连接，所述信号采集模块与固定在端盖上的电池组连接；信号采集模块发射的信号由无线路由器接收后通过千兆网线将采集的信号传至便携式计算机，监测数据存储在便携式计算机内；所述端盖上贯穿设置有空心螺栓，所述空心螺栓与所述端盖螺纹连接；所述空心螺栓内设置有内螺纹，所述剖分螺套由两个半螺套组成，所述剖分螺套的外壁上开设有与空心螺栓的内螺纹配合的外螺纹；所述剖分螺套安装在空心螺栓内并与该空心螺栓螺纹连接。

进一步地，所述刀座螺栓上涂有螺纹紧固胶用以防止刀座螺栓与薄壁钢管之间出现相对旋转。

进一步地，所述单芯铠装光缆和多芯铠装光缆内部带有钢丝螺旋铠装，同时包裹有凯夫拉纤维；位于带压环境一侧的多芯铠装光缆其外部护套切除后浸入树脂胶固化进行防水处理，所述多芯铠装光缆的护套切除长度为2cm。

进一步地，所述光纤接头为FC型光纤连接器且内置陶瓷插芯。

进一步地，所述多芯铠装光缆与所述剖分螺套过盈配合。

进一步地，所述光纤光栅传感器与单芯铠装光缆的连接位置处注胶封装；所述空心螺栓位于常压环境一侧的头部的空隙位置填充有树脂胶形成树脂胶固化层，所述空心螺栓上缠绕有生胶带，且空心螺栓与端盖之间设置有橡胶密封垫，所述信号采集模块的接缝位置处涂抹有硅酮胶。

本发明的另一方面，本发明公开了一种用于盾构TBM刀盘滚刀刀座螺栓的载荷监测装置的使用方法，其特征在于，包含以下具体步骤：

S1：在端盖处钻孔、攻丝，该孔的位置靠近端盖的中心部位，同时注意避让工装夹具的作用位置以免形成干涉；