[发明专利]一种基于滚刀破岩响应的盾构开挖面软硬组合地层分布区域实时检测方法

权利要求书

1.一种基于滚刀破岩响应的盾构开挖面软硬组合地层分布区域实时检测方法，其特征在于，包括下列步骤：

S1.传感器安装：根据需求选用合适规格的用于测定特定滚刀破岩响应数据的传感器，将传感器安装在盾构刀盘主梁（1）沿径向布置的滚刀刀轴（4）对应的位置，并将已安装的传感器连同采集设备进行连接，检测并确认传感器能够正常工作；

所述传感器包括测力传感器，所述测力传感器设置在滚刀刀座上用于卡装刀轴的装置面上，与刀轴上下两个面接触的测力传感器用于采集滚刀法向破岩阻力F_n；与刀轴左右两个面接触的测力传感器用于采集滚刀环向破岩阻力F_r；

所述传感器还包括测量滚刀振动数据的传感器，振动传感器与测力传感器数量相同且一一对应安装在测力传感器的相邻位置，用于测取滚刀在不同方向上的振动数据；

S2.传感器实时采集滚刀破岩响应数据：根据刀盘转速确定匹配的采集频率，以保证刀盘旋转一周过程中可以较均匀地测取足够的数据，传感器及采集设备可以实时进行数据采集，保证盾构开挖面软硬组合地层分布区域实时感知的实现；

S3.软硬组合地层分界点（7）及分布区域的确定：盾构掘进过程中，每把滚刀（2）均随刀盘转动，并在开挖面（5）形成圆形破岩轨迹（6），且每把滚刀（2）随刀盘旋转一周即可形成一个完整的圆形破岩轨迹（6）；选取传感器在盾构正常掘进过程中刀盘旋转一周所采集的数据，确定不同滚刀所形成的圆形破岩轨迹（6）上滚刀破岩响应数据发生较大差异的位置为分界点（7），依次连接相邻圆形破岩轨迹（6）上的分界点（7），所形成的闭合区域即为软岩对应的区域，另外的部分为硬岩对应的区域；即确定了开挖面上软硬组合地层分布区域；

在步骤S3中，基于滚刀（2）作用在不同岩质岩体上所表现出不同的响应特征，当贯入度相同时，同把滚刀（2）滚压作用于同种性质的岩体上，其在圆形破岩轨迹（6）各处所受的破岩响应基本相同；

当开挖面（5）为非均质的软硬组合岩体时，在贯入度相同的条件下，同把滚刀（2）滚压作用于软硬不同岩体时所产生的破岩响应差别很大，且滚刀（2）作用在硬质岩体上所产生的破岩响应明显大于软质岩体；

在滚刀（2）形成的圆形破岩轨迹（6）上选取破岩响应发生较大变化时所对应的位置，定为分界点（7），依次连接相邻圆形破岩轨迹（6）上的分界点（7），形成的闭合曲线，即为开挖面上软硬不同的地层分界线（8）；

当单把滚刀（2）在同一圆形轨迹上存在相差较大的多级变化分界点（7）时，应分别连接处在相同级别的分界点（7），从而确定开挖面上多个软硬组合地层分布区域；

S4.确定软硬地层复合比：根据绘制的软硬组合地层分布区域图，计算出软岩对应的面积A1，开挖面面积为A，硬岩对应的面积A₂= A–A₁，面积复合比f=A₂/A。

2.根据权利要求1所述的基于滚刀破岩响应的盾构开挖面软硬组合地层分布区域实时检测方法，其特征在于，所述刀盘主梁（1）可以为刀盘的任一主梁，亦可选取多个或全部主梁，以进行多组数据验证，且保证刀具破岩响应不超过设计限值。

3.根据权利要求1所述的基于滚刀破岩响应的盾构开挖面软硬组合地层分布区域实时检测方法，其特征在于，所述滚刀破岩响应数据主要包括滚刀破岩过程中的贯入阻力数据和滚刀振动数据，采用对应的传感器对不同的响应数据进行采集；在进行检测时，选用其中一种破岩响应数据来确定软硬组合地层分界点（7）及分布区域；或选用不同的破岩响应数据来分别确定软硬组合地层分界点（7）及分布区域，最终得到更为准确的软硬组合地层分布区域图。