[发明专利]一种盾构机护盾区域围岩收敛变形实时监测装置

说明书

本发明涉及一种盾构机护盾区域围岩收敛变形实时监测装置，该装置由固定在防护箱内安装板上的推杆电机、H桥电路、ARM芯片和电源模块，固定于电机推杆的激光雷达，嵌于防护箱侧壁的便携式WIFI模块等硬件部分，以及为此装置编写的控制程序和通讯协议等软件部分组成，并通过信号处理等技术和曲线拟合算法对测量数据进行过滤，重现围岩断面形状。箱体利用两侧挂耳嵌于护盾内壁，激光雷达通过推动箱体顶部钢化玻璃探出护盾进行测量。本发明能够实时获取精确的围岩变化曲线，对围岩挤压变形造成的盾构机卡机进行监测预警，减少由于卡机带来的巨大经济损失。该装置装配拆解方便，整体体积较小，采用无线传输的方式，适用于各种复杂的地质环境。

技术领域

本发明涉及一种盾构机护盾区域围岩变形情况监测装置，具体涉及一种基于激光雷达的双护盾式盾构机护盾区域围岩收敛变形实时监测装置。

技术背景

盾构掘进机是隧道、地铁建设的大型装备。其中护盾式盾构机在土质疏松的高地应力软弱围岩洞室内的应用尤为广泛。在隧道挖掘过程中，护盾式盾构机护盾区域围岩会随着掘进发生变形，当变形达到一定程度且作用在护盾处的围岩应力引起的阻力超过了盾构机的脱困推力，就会导致盾构机护盾卡死，造成卡机事故。因此，护盾式盾构机开挖隧道，主要面临的问题是隧道围岩稳定性能否确保盾构机正常掘进，避免出现卡机、埋机等事故。围岩的变形除了可能会造成卡机事故外也会危及施工人员安全。在施工过程中实时监测护盾区域的围岩变形情况，已成为国内外掘进装备生产商竞相开发的核心技术。

加强支护监测是避免高地应力软弱围岩洞室发生卡机事故的重要环节之一。围岩收敛变形监测不仅是支护监测的重要内容，而且也是评价围岩稳定性、提供二次支护最佳时间段以及确定围岩变形破坏关键部位的重要信息来源。临时量测隧洞围岩周边位移相对变化的手段有很多，多采用人工测量的方式，目前主要有两种：收敛计法和全站仪法。收敛计法是日常用得最多的监测方法，它通过收敛计的张力调节器调节张紧的钢尺来读取位移。早期的收敛计通过百分表来测读隧洞周边某两点的相对位移变化，现在大多采用数字显示器测读。这种量测方法简单、方便、灵活、投资小，但需要人工拉尺读数，效率相对较低，测量结果容易受人为因素影响，量测结果精度不高，当条件恶劣、隧道跨度大、地

形复杂时，该方法就难以适用。

除收敛计法外，目前一些国家在隧道及地下工程中。利用全站仪自由设站进行围岩净空位移观测.利用这项技术可自动采集隧道围岩净空位移的外业量测数据。通过计算机对数据进行自动分析处理拼以准确、直观的图形或报表形式将数据分析结果输出及时为围岩稳定性判断和指导施工提供数据依据。这种方法是目前隧洞开挖中很好的监控量测手段。

但以上传统的测量方式只能获得盾构机后方已掘进的围岩数据，无法对当前盾构机护盾的围岩数据进行实时采集，当前围岩变形数据只能通过人工方式采集，但由于采用双护盾式盾构机施工，护盾处围岩被机械和管片隔离，施工人员不能直接的获取隧道围岩的地质情况以及整体的变形情况，因此，通过自动监测装置获取数据是理想的解决方案，本发明的提出可以很好的解决上述难题。

发明内容

本发明旨在利用新兴的技术手段解决双护盾式盾构机护盾处围岩变形的监测问题，该用于双护盾式盾构机护盾处围岩变形的监测装置具有实时性好、安装便捷，远程无线操作、对施工进程的干扰较小等优点。

本发明的具体技术方案如下：

一种盾构机护盾区域围岩收敛变形实时监测装置，其特征在于，包括：

数据采集模块，所述数据采集模块通过防护机箱两边挂耳固定在双护盾式盾构护盾的内壁；内壁开与钢化玻璃盖板尺寸相同的孔，数据采集模块与上位机连接；。