[发明专利]一种基于超声波测距的泥水盾构刀盘泥饼监测系统及方法

说明书

本发明涉及盾构施工技术领域，特别是一种基于超声波测距的泥水盾构刀盘泥饼监测系统及方法，能够在具有一定压力的泥浆中，通过超声波测距的方式，对盾构刀盘刀具是否存在泥饼的异常情况，进行实时监测并将结果以可视化方式呈现给施工人员的监测系统和方法，从而为施工人员进行方案决策提供明确的资料，提高工程的施工质量、效率和安全性，减少工期损失、提高安全系数。

技术领域

本发明涉及盾构施工技术领域，特别是一种基于超声波测距的泥水盾构刀盘泥饼监测系统及方法。

背景技术

盾构机是一种在地下工程施工中广泛使用的大型机械设备，主要分为土压平衡盾构机、泥水平衡盾构机、TBM及顶管机。泥水平衡盾构机在工作时，其泥水仓内充满具有一定压力的循环泥浆，施工人员无法直接观察到仓内情况及刀盘状态，当刀盘刀具出现结泥饼、磨损、破坏等情况时难以及时发现，直至情况恶化到较为严重的地步，才可能被发现，给工程施工造成巨大的工期和经济损失，增大了工程的安全风险。

因此，提供一套能够对泥水盾构刀盘是否结泥饼进行实时监测的系统和方法，为盾构工程施工人员提供直观的泥水盾构刀盘状态数据，有助于提高泥水盾构施工的安全性，减少损失，这是非常值得研究的。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一套能够在具有一定压力的泥浆中，通过超声波测距的方式，对盾构刀盘刀具是否存在泥饼、磨损等异常情况，进行实时监测并将结果以可视化方式呈现给施工人员的监测系统和方法。

本发明的具体方案是：

设计一种基于超声波测距的泥水盾构刀盘泥饼监测系统，包括参量阵超声波换能器、为超声波换能器提供驱动信号的驱动单元模块、信号处理模块、以及为驱动单元模块和信号处理模块提供电能的电源模块，所述超声波换能器通过信号线与驱动单元模块和信号处理模块连接；超声波换能器5采用参量阵超声波换能器。

在所述盾构机的泥水仓与气垫仓之间设有隔板，所述超声波换能器设在隔板上，其安装位置与盾构刀盘开口处的旋转轨迹相对应；

所述驱动单元模块与信号处理模块通过数据传输线连接有控制终端，所述控制终端通过数据传输线连接有刀盘驱动转速传感器。

优选的，在所述隔板上设有预留接口，所述预留接口包括套设在隔板上的接口套筒，在所述接口套筒内套设有套接工装，所述套接工装包括工装套筒和工装板，所述工装套筒套装在接口套筒内，其远离隔板的一端连接有工装板，所述超声波换能器套装在套接工装的工装套筒内，在所述工装板上设有供连接超声波换能器线缆通过的通孔。

优选的，在所述接口套筒的底部位于工装板和隔板之间设有支座，所述接口套筒分为两部分，一部分固定在隔板上，另一部分固定在支座上，且两部分之间留有缝隙，在所述隔板的内侧壁上滑动设有与缝隙对应的临时密封板。

优选的，在所述超声波换能器和工装套筒以及工装套筒与预留接口之间分别设有多个橡胶密封圈。

本发明还设计了一种基于超声波测距的泥水盾构刀盘泥饼的监测方法，包括以下步骤：

S1：通过控制终端进行参数初始值的设置或输入；

S2：将监测系统与盾构控制系统关联，当盾构机开始掘进时，系统同步启动；

S3：驱动单元模块和信号处理模块根据控制终端的设置，向超声波换能器发送指令；

S4：超声波换能器向泥水盾构刀盘发射超声波并接收返回的超声波；

S5：超声波换能器将测量的超声波信号传输至驱动单元模块和信号处理模块；

S6：驱动单元模块和信号处理模块通过算法对信号进行处理，得到测量数据，并传输至控制终端；

S7：刀盘驱动转速传感器将所测得的刀盘驱动转数传输至控制终端，由控制终端显示监测结果；