[发明专利]一种基于扭推比的破碎地层TBM卡机风险预警方法

说明书

本发明公开了一种基于扭推比的破碎地层TBM卡机风险预警方法，步骤如下：S1，通过露出护盾围岩地质素描，采集围岩状态数据；S2，通过TBM数据采集系统，获取TBM掘进参数数据；S3，建立扭推比与围岩状态对应关系；S4，通过主司机记录的TBM掘进报告，获取掘进状态数据；S5，建立基于扭推比的卡机风险评判标准；S6，通过TBM实时掘进参数，根据该评判标准，判断TBM卡机风险并进行实时预警。本发明能够及时有效掌握隧道围岩状态、TBM的掘进状态以及TBM掘进可能遭遇的卡机风险，使施工人员能够及时掌握各方面的信息，及时施作TBM卡机预防措施，可有效降低TBM被卡风险，提高TBM施工效率。

技术领域

本发明涉及全断面隧道掘进机施工控制技术领域，具体涉及一种基于扭推比的破碎地层TBM卡机风险预警方法。

背景技术

全断面岩石隧道掘进机（TBM）作为隧道施工的重要工具，具有施工安全、快速的优点，TBM法已经成为了隧道施工的主要方法。但与之不相适应的是，TBM在破碎地层中施工时适应性差，掘进速度明显下降，且一旦发生卡机，将导致工期严重延误，因此如何提前预判TBM卡机风险，及时采取措施，对于提高TBM在破碎地层的适应性意义重大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于扭推比的破碎地层TBM卡机风险预警方法，能够实现TBM卡机风险的预判，有利于提高TBM在破碎地层的适应性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种基于扭推比的破碎地层TBM卡机风险预警方法，包括下列步骤：

S1，通过露出护盾的围岩地质素描，采集围岩状态数据；

采集的围岩状态数据包括掘进里程、围岩破碎塌腔位于隧道断面的位置、塌腔范围、塌腔深度，还包括支护塌腔所采用的钢拱架型号与间距、所采用钢筋排型号与间距、所采用的锚杆长度与间距。

S2，通过TBM数据采集系统，获取TBM掘进参数数据；

获取的掘进参数数据包括但不限于TBM历史数据中的掘进里程、推力、扭矩、推进速度、贯入度。

S3，根据步骤S1和S2获得的围岩状态数据和掘进参数数据，建立扭推比与围岩状态对应关系：

所述的扭推比与围岩状态对应关系的建立方法：根据掘进参数中的推力、扭矩历史数据，运算扭矩和推力的比值，简称扭推比；根据围岩状态数据和掘进参数数据记录的掘进里程，建立不同里程扭推比历史数据与围岩地质素描的对应关系；

当围岩状态发生异常时，扭推比也异常偏离正常值；围岩坍塌发生在掌子面时，扭推比异常增大；围岩坍塌发生在护盾上方时，扭推比异常减小。

S4，通过主司机记录的TBM掘进报告，获取掘进状态数据；

所述的掘进状态数据包括TBM是否发生卡机；已发生卡机时是刀盘被卡还是护盾被卡，未卡机时的掘进速度和设备利用率是否正常。

S5，将步骤S3获得的扭推比与围岩状态对应关系和步骤S4获得的掘进状态数据相对应，建立基于扭推比的卡机风险评判标准。

S6，通过获取TBM实时掘进参数，根据基于扭推比的卡机风险评判标准，判断TBM卡机风险并进行实时预警。

所述的基于扭推比的卡机风险评判标准分三种状态：

①TBM在围岩完整性好的地层正常掘进时，TBM扭矩和推力正相关，扭推比维持在相对稳定状态；

②TBM在破碎地层掘进时发生卡刀盘前，掌子面坍塌的岩块与刀盘接触，推力一定的情况下，刀盘旋转除了需要提供克服滚刀破岩的正常扭矩外，还必须提供克服坍塌岩块对刀盘的阻力矩，此时扭矩倍增，导致扭矩推力比远远超出正常值，因此，当扭推比异常增大且扭矩异常增大时，即存在TBM卡刀盘的高风险；