[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

说明书

本发明公开了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，通过不同类型传感器测取刀盘转动过程中选定滚刀沿圆形轨迹破岩过程中响应变化特征，根据滚刀在不同岩质岩体上滚压破岩特征，在圆形轨迹上确定软硬不同岩体的分界点，通过连接不同滚刀破岩轨迹上的分界点，即可完成对软硬组合地层在开挖面上分布区域的确定，进一步可求得开挖面的复合比。对于任一滚刀，刀盘旋转一周即可形成一个完整的圆形轨迹，确定盾构开挖面软硬组合地层分布区域仅需盾构正常掘进过程中刀盘旋转一周即可实现。传感器可以实时测取滚刀破岩响应，因此，该方法可以实时实现盾构开挖面软硬组合地层分布区域感知。

技术领域

本发明涉及盾构掘进施工技术领域，具体涉及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。

背景技术

盾构法具有安全、高效、机械化程度高等诸多优点，目前已经成为隧道工程建设的首选方法之一。盾构掘进过程中涉及复杂的岩机作用，其中复杂的地质条件极大地限制了盾构施工效率的提升。软硬组合地层常常引起刀盘偏载、振动冲击、应力分布不规律等现象，造成刀盘刀具强度降低、局部损伤与开裂、刀具非正常磨损等事故，严重影响盾构安全、可靠、高效施工。不同阶段的工程勘察难以做到盾构所穿越地层信息的透明化，常规方法难以及时掌握开挖面复合地层分布，常用的超前预报装置受制于信号干扰严重、技术不成熟等原因仍未广泛应用。因此，亟需提出一种能够实时感知盾构开挖面软硬组合地层分布区域方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供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，能够根据实时采集的滚刀破岩响应数据确定开挖面上软硬组合地层分布区域，极大地促进了对盾构前方地层信息的掌握，有利于减少盾构故障事件发生，极大地提高盾构施工效率。

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，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沿径向布置的滚刀刀轴对应的位置，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；

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及分布区域的确定：盾构掘进过程中，每把滚刀均随刀盘转动，并在开挖面形成圆形破岩轨迹，且每把滚刀随刀盘旋转一周即可形成一个完整的圆形轨迹；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上滚刀破岩响应数据发生较大差异的位置为分界点，依次连接相邻圆形破岩轨迹上的分界点，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；

S4.确定面积复合比：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。

优选的，在步骤S3中，基于滚刀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，同把滚刀滚压作用于同种性质的岩体上，其在圆形轨迹各处所受的破岩响应基本相同；

当开挖面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，且滚刀作用在硬质岩体上所产生的破岩响应明显大于软质岩（土）体；

在滚刀形成的圆形破岩轨迹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，依次连接相邻圆形破岩轨迹上的分界点，形成的闭合曲线，即为开挖面上软硬不同的地层分界线；