[发明专利]一种顶管开挖面稳定性的监控系统及方法

说明书

本发明公开一种顶管开挖面稳定性的监控系统及方法，通过在顶管轴线深度位置埋设设定土压力传感器来确定泥水舱设定压力值，并按照这个设定压力值配置泥水舱的初始压力参数，更贴近开挖面实际压力值；在泥水舱压力达到设定压力值后，在顶管机正常顶进的过程中，通过获取的穿越区土体密度、进泥水和排泥水密度，借助全自动全站仪、流量计和调节阀等仪器设备，实现“进泥水+切削土体＝排泥水”的动态平衡，保证泥水舱压力始终保持在相对稳定的范围内，进而可以对泥水舱压力进行实时监测和合理调整，在确保高水压软弱地层中顶管安全施工的同时，提高异常情况的监控及时性，同时保障开挖面的稳定性。

技术领域

本发明涉及地下施工技术领域，更具体地，涉及一种顶管开挖面稳定性的监控系统及方法。

背景技术

随着城市建设的飞速发展，城市空间不断压缩，传统明挖法铺设给排水管线、燃气管线以及电缆线路等受到制约，非开挖顶管技术以其不开挖地表、施工速度快和自动化程度高等优点日益受到青睐。但是，顶管施工不可避免地会对周围土体产生扰动，尤其在高水压软弱地层，土体稳定性差，由于开挖面失稳造成的地面塌陷时有发生，危及区域内道路、桥梁及建构筑物等结构安全。因此，很有必要确保高水压软弱地层中的顶管安全施工。

目前，泥水平衡式顶管机在高水压软弱地层中具有极强的适用性，如在中国申请的专利申请“一种防地层失稳式掘进装置及其施工方法”(公开日2020.10.30，公开号CN111852487A)，通过对掘进装置进行硬件结构改进，使得其更加适用于软土层或特殊地层或特殊工况的施工作业要求，降低风险。

但是，目前大多数工程多凭经验简单控制进排泥压力，现场往往在观察到地面异常情况后才采取应对措施，具有严重滞后性。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的缺陷，提供一种顶管开挖面稳定性的监控系统及方法，能够在确保高水压软弱地层中顶管安全施工的同时，提高异常情况的监控及时性。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明实施例第一方面公开一种顶管开挖面稳定性的监控系统，包括有用于确定泥水舱设定压力值的设定土压力传感器、用于测量泥水舱实时压力值的实时土压力传感器，泥水舱、进泥管、排泥管、压浆主管、单向阀、流量计、调节阀和控制器、电源、配料池、压浆管路、全自动全站仪、固定支架、全站仪棱镜、监控终端、进泥池、排泥池，其中设定土压力传感器埋设在顶管穿越区域内，实时土压力传感器装设在泥水舱后面板上，进泥管的一端与进泥池连接，进泥管的另一端依次通过调节阀、流量计、单向阀与泥水舱的压浆管路连接，排泥管的一端与排泥池连接，排泥管的另一端依次通过流量计、调节阀与泥水舱的压浆管路连接，配料池通过压浆主管与泥水舱的压浆管路连接，控制器与调节阀连接，电源供电至控制器，用于测量顶管机顶进距离的全自动全站仪固定于始发井井底，与全自动全站仪配合使用的全站仪棱镜固定在顶管机上，全自动全站仪的读数通过无线通讯模块实时上传至监控终端，所述设定土压力传感器及所述实时土压力传感器与所述监控终端的输入端电连接，监控终端的输出端与控制器电连接。

进一步地，上述监控终端还连接有用于信号处理的电脑。

进一步地，上述配料池还连接有泥浆泵，泥浆泵由电机驱动，电机驱动泥浆泵将配料池中配置好的稳定剂通过压浆管路压入泥水舱，监控终端的输出端与电机电连接。

进一步地，上述泥水舱中的压浆管路上均匀分布有管孔，使稳定剂能够与泥水较均匀的混合。

进一步地，上述流量计是电磁流量计；控制器是PLC控制器。

进一步地，上述全自动全站仪通过固定支架固定在始发井井底。

进一步地，上述用于测量顶管机顶进距离的全自动全站仪的测量时间间隔设置为10-30s。

进一步地，上述与全自动全站仪配合使用的棱镜固定在顶管机后面板中心位置。