[发明专利]隧道掘进机搭载激发极化超前探测电极伸缩监测保护系统

说明书

本发明公开了一种隧道掘进机搭载的激发极化超前探测测量电极伸缩监测与保护系统，包括设置于电极外侧的电极伸缩长度监测单元、电极伸缩过程保护单元，电极伸缩过程保护单元包括启合保护模块、磁性闭合密封模块以及弹性传动模块，启合保护模块外套于电极端部且具有开合口，启合保护模块外侧设置有磁性闭合密封模块以及弹性传动模块，通过弹性传动模块保证启合保护模块在接触掌子面时闭合，接触掌子面后由于来自掌子面的压力克服磁性闭合密封模块的磁力使启合保护模块打开，使电极突出于启合保护模块；电极伸缩长度监测单元包括与电极前部的前端接触判识模块和设置于电极杆尾部的后端长度追踪模块实现对电极伸缩长度进行实时监控。

技术领域

本发明涉及一种隧道掘进机搭载的激发极化超前探测测量电极伸缩监测与保护系统。

背景技术

近年来，隧道施工中采用隧道掘进机机械施工的比例越来越高，隧道掘进机是利用回转刀具开挖，同时破碎洞内围岩及掘进，形成整个隧道断面的一种新型、先进的隧道施工机械。然而由于地下地质条件复杂，隧道掘进机在掘进过程中很容易因地下各种不良地质灾害而造成时间、财产乃至人员的损失。为此，目前，一种新型的激发极化发超前预报系统已经搭载于国产隧道掘进机上，这种激发极化系统在隧道掘进机主体的刀盘上设有多个供电和测量电极舱，电极在进行激发极化法预报时从刀盘中伸出，与掌子面接触，形成闭合回路，进行掌子面前方不良地质的探测工作。

然而，在实际应用过程中，测量电极的使用存以下问题：

隧道掘进机搭载的激发极化电极必须与掌子面进行良好接触，而在工程使用中往往由于掌子面不平整性导致掌子面与刀盘距离随电极位置的变化而变化，即不同的电极伸出长度要求是不同的。如果伸出长度过长，由于刀盘与掌子面距离很难改变且小于伸出长度，势必会造成电极轴向应力过大而造成电极的损坏，影响隧道掘进机隧道施工效率，而如果伸出长度不够，电极没有接触掌子面，就无法测得原始数据。此外，激发极化法探测完成后，测量电极必须保证完全回收，如果因不知情导致在测量电极仍部分伸出的情况下进行掘进，会导致测量电极因其与掌子面的巨大切向摩擦力的导致电极损坏。传统的激发极化法没有明确的方法来保证电极与前方掌子面有效的接触以及电极回收完全，只能凭借电极舱监控或者亲自到前方掌子面查看，不仅使激发极化法的探测结果准确性降低，而且费时费力，工作效率低，也可能对技术员的人身安全造成威胁。

目前的隧道掘进机搭载的激发极化超前地质预报方案，在电极伸出电极舱外时，电极头是裸露在外的，缺少一定的保护措施，而由于隧道掘进机开挖面附近围岩还没有进行衬砌处理，小型落石、塌方、突水突泥、高应力区的小型岩爆等常见现象很容易在电极伸出时造成电极的损坏，延误施工进度。

隧道掘进机刀盘是一个相对封闭的金属壳体空间，无线信号难以从中传出，阻隔了刀盘与护盾之间的信号传输。通常的无线传输无法满足隧道掘进机掘进机刀盘上的测量电极及传感器与主控室之间的信号传输，而传统的电缆传输占用空间大，且在工程应用中发现线缆容易因隧道掘进机掘进过程中刀盘旋转而扭断。

因此，本发明设计了一种隧道掘进机搭载的激发极化超前地质预报电极的伸缩长度监测与保护系统，以满足隧道掘进机施工激发极化法对电极的特殊要求。本发明着力要实现电极伸缩长度信号采集问题，使隧道掘进机驾驶人员能够对电极伸缩过程进行实时检测；实现电极伸缩长度信号从封闭的刀盘内传到刀盘外，实现信号的正常传输；实现对电极的保护，减少电极损坏的发生。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种隧道掘进机搭载的激发极化超前探测测量电极伸缩监测与保护系统，本发明通过电极伸缩长度监测单元、电极伸缩过程保护单元以及信号处理与传输单元实现电极的伸缩长度检测、保护以及测量信号的传输。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：