一種tbm上三種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀器的搭載裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種TBM上三種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀器的搭載裝置，包括便于供電/測(cè)量電極、地震波激振器和地震波傳感器安置在TBM刀盤上的支撐傳動(dòng)及減震裝置；便于斜向單孔地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射與接收天線搭載在TBM后盾上方的伸縮傳動(dòng)系統(tǒng)；在TBM掘進(jìn)作業(yè)時(shí)起保護(hù)作用的儀器艙保護(hù)裝置，便于控制整體探測(cè)工作的儀器艙搭載在TBM后盾內(nèi)部。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了探測(cè)儀器與隧道掘進(jìn)機(jī)的一體化，充分利用全斷面開挖隧道探測(cè)空間和探測(cè)時(shí)間，將儀器自動(dòng)、快速地布置到隧道掘進(jìn)機(jī)工作面并鉆設(shè)前進(jìn)探查孔，成功搭載三種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀器，提高了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的探測(cè)效率和自動(dòng)化、快速化水平，顯著增強(qiáng)了TBM的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)能力。
【專利說(shuō)明】—種TBM上三種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀器的搭載裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)上的搭載裝置，主要涉及三種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀器在TBM上的專用搭載裝置，屬于TBM【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，世界上美國(guó)、日本、挪威、瑞士等隧道強(qiáng)國(guó)隧道施工中大多采用隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法，在我國(guó)隧道施工中也越來(lái)越多采用隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法。與傳統(tǒng)的鉆爆法施工項(xiàng)目，掘進(jìn)機(jī)施工方法具有“施工速度快、開挖擾動(dòng)小、安全環(huán)?！钡闹T多優(yōu)點(diǎn)，但隧道掘進(jìn)機(jī)對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)性較差。當(dāng)TBM遭遇不良地質(zhì)情況時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)突涌水、塌方和大變形等地質(zhì)災(zāi)害，往往造成TBM機(jī)械被卡、被埋甚至機(jī)械報(bào)廢的嚴(yán)重事故。為了降低TBM施工中遭遇上述事故的風(fēng)險(xiǎn)，最有效的解決方法就是采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)提前探明掌子面前方不良地質(zhì)情況，根據(jù)前方的地質(zhì)情況預(yù)先制定合理的處置措施和施工預(yù)案，規(guī)避和預(yù)防重大災(zāi)害事故的發(fā)生。
[0003]目前，傳統(tǒng)鉆爆法施工的隧道中超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)較為成熟，而掘進(jìn)機(jī)施工隧道中超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)尚未突破，處于起步研究階段。與傳統(tǒng)鉆爆法施工環(huán)境相比，隧道掘進(jìn)機(jī)體積龐大，占據(jù)了掌子面后方O-1OOm內(nèi)的絕大部分空間，導(dǎo)致電磁環(huán)境極為復(fù)雜，觀測(cè)空間極為狹小。掘進(jìn)機(jī)施工隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)大多照搬鉆爆法施工的超前預(yù)報(bào)技術(shù)或傳統(tǒng)地面地球物理探測(cè)技術(shù)，而傳統(tǒng)鉆爆法隧道超前預(yù)報(bào)技術(shù)和地面地球物理探測(cè)技術(shù)無(wú)法適用于隧道掘進(jìn)機(jī)施工復(fù)雜環(huán)境，經(jīng)常導(dǎo)致誤報(bào)錯(cuò)報(bào)，帶來(lái)嚴(yán)重后果。目前，國(guó)際上專用于掘進(jìn)機(jī)施工超前預(yù)報(bào)的技術(shù)和儀器僅有兩類:一類是基于聚焦頻率域激發(fā)極化的BEAM技術(shù)(Bore-Tunneling Electrical Ahead Monitoring), BEAM 技術(shù)屬于一維觀測(cè)方式，利用每次測(cè)量結(jié)果與隧道里程的曲線來(lái)推斷掘進(jìn)面前方的含水情況，未采用層析成像探測(cè)，無(wú)法獲得TBM工作面前方地質(zhì)體的三維信息，探測(cè)距離小，也無(wú)法預(yù)報(bào)水量。另一類是地震波超前預(yù)報(bào)技術(shù)和儀器，由于在觀測(cè)模式和性能指標(biāo)方面的缺陷，沒(méi)有得到認(rèn)可和推廣。隧道掘進(jìn)機(jī)施工不良地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作缺乏實(shí)用有效的專用地球物理探測(cè)技術(shù)。
[0004]針對(duì)隧道掘進(jìn)機(jī)施工環(huán)境的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)難題，為了較好的探明掘進(jìn)機(jī)掌子面前方的地質(zhì)情況，需要同時(shí)在掘進(jìn)機(jī)上搭載幾種有效的地球物理儀器，通過(guò)全面探測(cè)和聯(lián)合解譯，實(shí)現(xiàn)降低多解性、提高探測(cè)效果的目標(biāo)?？紤]到隧道掘進(jìn)機(jī)裝備的復(fù)雜性，要求幾種地球物理儀器布置方便、高效探測(cè)，且地球物理探測(cè)方法的選擇應(yīng)少而精。山東大學(xué)在已有的研究基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外調(diào)研、理論分析和試驗(yàn)研究，提出了三種適用于掘進(jìn)機(jī)復(fù)雜環(huán)境的新型地球物理探測(cè)方法及觀測(cè)模式:前向三維激發(fā)極化探測(cè)技術(shù)、極小偏移距彈性波探測(cè)技術(shù)和單孔雷達(dá)探測(cè)技術(shù)。針對(duì)上述三種技術(shù)開展了三種探測(cè)儀器系統(tǒng)的研發(fā)。這三種儀器均將數(shù)據(jù)采集觀測(cè)系統(tǒng)布置在掌子面上或鉆孔中，占用很小空間，不受電磁干擾的影響。三種儀器研發(fā)中面臨著一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)難題，就是如何將三種探測(cè)儀器(包括采集觀測(cè)系統(tǒng)、儀器主機(jī)和傳輸線纜等)搭載在隧道掘進(jìn)機(jī)上。
[0005]隧道掘進(jìn)機(jī)的特殊的施工環(huán)境和特點(diǎn)對(duì)地球物理探測(cè)儀器的搭載裝置提出了 “集成化、自動(dòng)化、小型化”的技術(shù)要求。BEAM技術(shù)對(duì)刀頭進(jìn)行改裝作為電極，而ISIS技術(shù)在掘進(jìn)機(jī)刀盤上開孔安裝2-3個(gè)地震波激振器，在后盾上開孔安裝地震波傳感器。由于這兩種方法均是搭載單一探測(cè)儀器，搭載裝置較為簡(jiǎn)單，不適用于多種探測(cè)儀器的搭載。前向三維激發(fā)極化、極小偏移距彈性波單孔雷達(dá)三種探測(cè)儀器的部件和單元要遠(yuǎn)多于單一探測(cè)儀器，主要包括:供電/測(cè)量電極、地震波激振器、地震波傳感器、發(fā)射雷達(dá)天線、接收雷達(dá)天線，供電/傳輸電纜、儀器主機(jī)、電源等。其中，供電/測(cè)量電極、地震波激振器、地震波傳感器、鉆孔雷達(dá)發(fā)射和接收天線屬于激勵(lì)觀測(cè)單元，需要布置到掌子面上或鉆孔中，需要發(fā)明專門的裝置將這些觀測(cè)采集單元搭載到掘進(jìn)機(jī)刀盤或后盾上；儀器主機(jī)是探測(cè)的控制指揮單元，對(duì)防震性能要求較高，可安裝在掘進(jìn)機(jī)后方的盾體中，需要發(fā)明專門的抗震搭載裝置；供電/傳輸電纜主要功能是實(shí)現(xiàn)主機(jī)與觀測(cè)采集單元的電源供電、通信、指令發(fā)送和數(shù)據(jù)傳輸，由于觀測(cè)采集單元隨著單盤轉(zhuǎn)動(dòng)，而主機(jī)是固定不動(dòng)的，需要發(fā)明適應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)條件的供電/傳輸電纜的接線裝置。上述裝置(激勵(lì)觀測(cè)單元的支撐傳統(tǒng)裝置、主機(jī)的抗震搭載裝置和轉(zhuǎn)動(dòng)電纜接線裝置)就構(gòu)成了隧道掘進(jìn)機(jī)上三種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀器的專用搭載裝置。隧道掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，專門搭載裝置的設(shè)計(jì)發(fā)明需進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，要合理分配隧道掘進(jìn)機(jī)內(nèi)部有限的儀器搭載空間。刀盤屬于關(guān)鍵部分，如何設(shè)計(jì)激勵(lì)觀測(cè)單元的支撐傳動(dòng)裝置而又不影響刀盤掘進(jìn)作業(yè)是一個(gè)難題；鉆孔雷達(dá)接收和發(fā)射天線須安放在鉆孔中，如何在掘進(jìn)機(jī)后盾上設(shè)計(jì)遞送和傳統(tǒng)裝置是一個(gè)難題；隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)作業(yè)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的震動(dòng)，如何對(duì)觀測(cè)采集單元和儀器主機(jī)等進(jìn)行防震保護(hù)是一個(gè)難題；刀盤在作業(yè)時(shí)須繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)主機(jī)與觀測(cè)采集系統(tǒng)之間的電纜是斷開的，在刀盤停止轉(zhuǎn)動(dòng)的條件下接通電纜并實(shí)施超前地質(zhì)預(yù)報(bào)探測(cè)工作，如何進(jìn)行供電/傳輸電纜的快速準(zhǔn)確接線也是一個(gè)難題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提出一種隧道掘進(jìn)機(jī)上三種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀器的專門搭載裝置。針對(duì)供電/測(cè)量電極、地震波激振器和地震波傳感器，設(shè)計(jì)發(fā)明了安裝在刀盤上的支撐傳動(dòng)及其減震裝置，實(shí)現(xiàn)控制激勵(lì)管觀測(cè)系統(tǒng)的展開作業(yè)和收攏隱蔽；針對(duì)單孔雷達(dá)接收和發(fā)射天線，設(shè)計(jì)發(fā)明了安裝在后盾上的自適應(yīng)阻尼伸縮遞送裝置，可實(shí)現(xiàn)天線的自動(dòng)遞送，并避免了卡孔等問(wèn)題對(duì)天線的損壞；針對(duì)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)切換條件下供電/傳輸電纜，設(shè)計(jì)發(fā)明了一種快速準(zhǔn)確接線盤，實(shí)現(xiàn)了電纜的自動(dòng)斷開和接通；針對(duì)儀器主機(jī)，設(shè)計(jì)發(fā)明了一種減震儀器艙，在掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)起減震保護(hù)的作用。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案:
[0008]一種TBM上三種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀器的搭載裝置，包括便于供電/測(cè)量電極、地震波激振器和地震波傳感器安置在TBM刀盤上的支撐傳動(dòng)及減震裝置；便于斜向單孔地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射與接收天線搭載在TBM后盾上方的伸縮傳動(dòng)系統(tǒng)；在TBM掘進(jìn)作業(yè)時(shí)起保護(hù)作用的儀器艙保護(hù)裝置，便于控制整體探測(cè)工作的儀器艙搭載在TBM后盾內(nèi)部；還可以包括適用于TBM回轉(zhuǎn)式開挖方式，用來(lái)保證供電供油線路正常工作的接線盤裝置。
[0009]所述支撐傳動(dòng)及減震裝置，搭載的裝置包括供電/測(cè)量電極、地震波激振器和地震波傳感器的搭載裝置，分為兩部分:供電/測(cè)量電極作為聚焦三維激發(fā)極化探測(cè)單元；地震波激振器和地震波傳感器作為整體的極小偏移距彈性波探測(cè)單元，則聚焦三維激發(fā)極化探測(cè)單元和極小偏移距彈性波探測(cè)單元的搭載裝置與刀頭的排布應(yīng)按照下述原則進(jìn)行:[0010]1.在保證刀頭排布按照破巖效率較高的原則的前提下，首要考慮的就是使儀器排布能夠?qū)崿F(xiàn)較為精確的測(cè)量效果，即前向聚焦三維激發(fā)極化探測(cè)單元呈間隔一定距離的三排排列，極小偏移距彈性波探測(cè)單元按照過(guò)刀盤中心點(diǎn)橫縱交叉的兩排排列。
[0011]2.在為儀器選擇位置時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量選擇距離刀頭較遠(yuǎn)的位置，避免讓保護(hù)裝置承受較大的碎巖施加的壓力。在確定極小偏移距彈性波探測(cè)單元的橫縱兩排位置時(shí)應(yīng)選擇角度，使得刀頭盡可能多的排布在以刀盤中心為起始點(diǎn)所發(fā)射射線的兩側(cè)且距離較遠(yuǎn)，而射線通過(guò)的刀頭數(shù)目很少。在安置聚焦三維激發(fā)極化探測(cè)單元時(shí)，應(yīng)與其中一排彈性波探測(cè)單元平行安放三排探測(cè)儀器，盡量選取刀盤空間較大的位置。在兩種探測(cè)單元安放的路線上，若刀頭占據(jù)了儀器的位置，應(yīng)在以刀頭為中心的一定范圍內(nèi)，選取空間較大且距離刀頭較遠(yuǎn)的另一位置。
[0012]3.不能選擇刀盤結(jié)合縫的位置，因?yàn)榻雍衔恢脙?nèi)部焊接構(gòu)造復(fù)雜，不利于搭載探測(cè)單元的固定與傳動(dòng)裝置，否則會(huì)影響刀盤組裝的穩(wěn)定性。
[0013]所述支撐傳動(dòng)及減震裝置包括:地震波激振器支撐傳動(dòng)及減震裝置、供電/測(cè)量電極支撐傳動(dòng)及減震裝置。
[0014]地震波激振器支撐傳動(dòng)及減震裝置包括液壓泵、活塞、轉(zhuǎn)盤、壓力傳感器、固定裝置、螺旋卡槽、保護(hù)裝置和減震裝置；所述液壓泵對(duì)活塞兩側(cè)的油量進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)活塞前進(jìn)或后退，所述活塞的前端與能夠旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤固定連接，所述轉(zhuǎn)盤前端與地震波激振器配合，驅(qū)動(dòng)地震波激振器旋轉(zhuǎn)前進(jìn)或后退，所述轉(zhuǎn)盤和地震波激振器之間還設(shè)有壓力傳感器，用于反饋激發(fā)端頭碰觸掌子面后所受壓力的信息，所述地震波激振器的外壁上設(shè)有若干凸起，凸起與螺旋卡槽配合，便于地震波激振器旋轉(zhuǎn)前進(jìn)或后退，所述螺旋卡槽通過(guò)固定裝置固定在刀盤上，所述地震波激振器支撐傳動(dòng)及減震裝置還設(shè)有減震墊；所述保護(hù)裝置包括設(shè)置在刀盤上的卡扣，地震波激振器的激發(fā)端頭伸出時(shí)，卡扣分離，地震波激振器的激發(fā)端頭收回時(shí)，卡扣閉合。
[0015]所述供電/測(cè)量電極支撐傳動(dòng)及減震裝置，包括液壓泵、活塞、壓力傳感器、固定裝置、卡槽、保護(hù)裝置和減震裝置；所述液壓泵對(duì)活塞兩側(cè)的油量進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)活塞前進(jìn)或后退，所述活塞的前端與供電/測(cè)量電極配合，驅(qū)動(dòng)供電/測(cè)量電極在沿卡槽前進(jìn)或后退，所述活塞前端和供電/測(cè)量電極之間還設(shè)有壓力傳感器，用于反饋電極頭碰觸掌子面后所受壓力的信息，所述卡槽通過(guò)固定裝置固定在刀盤上，所述供電/測(cè)量電極支撐傳動(dòng)及減震裝置還設(shè)有減震墊；所述保護(hù)裝置包括設(shè)置在刀盤上的卡扣，供電/測(cè)量電極的電極頭伸出時(shí)，卡扣分離，供電/測(cè)量電極的電極頭收回時(shí)，卡扣閉合。
[0016]所述支撐傳動(dòng)及減震裝置的原理是，包括液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及智能伸縮控制器兩部分，其中液壓泵作為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，通過(guò)動(dòng)力元件液壓泵對(duì)活塞兩側(cè)油液量的控制實(shí)現(xiàn)前部供電/測(cè)量電極頭或超磁致伸縮換能器連同激振桿的伸縮；而在活塞推送裝置的前端構(gòu)造一個(gè)圓柱形腔體，并在探測(cè)單元一端添加一個(gè)片狀壓力傳感器，通過(guò)調(diào)查當(dāng)?shù)厥┕さ牡刭|(zhì)條件，為控制器設(shè)置可接受的最大壓力值大小，由控制器自動(dòng)控制探測(cè)單元前伸的位置。
[0017]所述地震波激振器支撐傳動(dòng)及減震裝置包括保護(hù)裝置、固定裝置、激振器和液壓伸縮傳動(dòng)裝置四個(gè)主要部分，同時(shí)因地震波激振器工作時(shí)激振作業(yè)的特殊性，還應(yīng)在內(nèi)部增設(shè)螺旋狀導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，保證激振過(guò)程中儀器軸向的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)激發(fā)高質(zhì)量的彈性波。[0018]所述地震波激振器支撐傳動(dòng)及減震裝置、供電/測(cè)量電極的支撐傳動(dòng)及減震裝置均包括固定裝置和減震結(jié)構(gòu)兩部分，固定裝置由螺絲固定在刀盤內(nèi)側(cè)，并在探測(cè)儀器與刀盤內(nèi)表面間添加五片環(huán)狀橡膠墊片用作減震結(jié)構(gòu)，用來(lái)減弱TBM掘進(jìn)工作時(shí)產(chǎn)生震動(dòng)的影響。
[0019]所述伸縮傳動(dòng)系統(tǒng)，便于斜向單孔地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射與接收天線固定在TBM后盾上方，偶極發(fā)射天線與定向接收天線串接在小型鉆機(jī)后端，在鉆設(shè)前進(jìn)探查孔的過(guò)程中，遞送裝置將發(fā)射天線與接收天線不斷前伸，直至要求位置。
[0020]所述伸縮傳動(dòng)系統(tǒng)，包括空心伸縮桿和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)空心伸縮桿伸縮，空心伸縮桿搭載斜向單孔地質(zhì)雷達(dá)的發(fā)射與接收天線。
[0021]所述伸縮傳動(dòng)系統(tǒng)還包括壓力傳感器和位于TBM后盾內(nèi)的反饋控制器，當(dāng)遇到卡孔等問(wèn)題使天線無(wú)法繼續(xù)伸縮遞送，則液壓傳動(dòng)裝置自動(dòng)泄壓，不會(huì)繼續(xù)向前遞送或向后收縮，以免導(dǎo)致天線損壞。
[0022]所述儀器艙保護(hù)裝置，包括懸架支柱、減振器、傳感器、電子控制裝置(E⑶)、阻尼閥和油泵；所述懸架支柱固定在TBM后盾與儀器艙之間，通過(guò)增加或減少懸架支柱中的油液，使懸架支柱伸長(zhǎng)或壓縮，使得儀器艙上升或下降。減振器安裝在懸架支柱上，所述傳感器將接收的信號(hào)輸入電子控制裝置，電子控制裝置向阻尼閥發(fā)出指令，通過(guò)阻尼閥中電磁閥的開閉，調(diào)節(jié)減振器的阻尼力。所述阻尼閥安裝在儲(chǔ)壓器和懸架支柱之間，并通過(guò)油管與儲(chǔ)壓器和懸架支柱連接，儲(chǔ)壓器和減震器間設(shè)有油泵，阻尼閥根據(jù)控制指令調(diào)節(jié)減振器的阻尼力。所述電子控制裝置，根據(jù)震動(dòng)狀況自動(dòng)調(diào)節(jié)減振器阻尼力使儀器艙在TBM作業(yè)過(guò)程中受到的震動(dòng)明顯減輕，在TBM掘進(jìn)過(guò)程中，可以保證儀器的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)儀器設(shè)備在惡劣工作環(huán)境下的使用壽命。
[0023]本實(shí)用新型的有益效果是，
[0024]1.本實(shí)用新型針對(duì)TBM機(jī)械，提出了三種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀器在TBM上搭載的一種裝置，其包含的主要部件有供電/測(cè)量電極、地震波激振器和地震波傳感器固定裝置，液壓伸縮控制裝置，斜向單孔地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射與接收天線搭載裝置，TBM搭載儀器艙以及保證線路良好的接線盤結(jié)構(gòu)。這些都是在對(duì)TBM刀盤及主機(jī)內(nèi)部現(xiàn)有空間環(huán)境和裝置綜合考量下的設(shè)計(jì)，可令TBM的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)能力進(jìn)一步提高。
[0025]2.本實(shí)用新型提出了一種探測(cè)單元與刀頭的排布方式，在保證刀頭排布按照破巖效率較高的原則的前提下，合理安置探測(cè)單元，使得改造后的刀盤一方面不影響刀頭掘進(jìn)作業(yè)，另一方面也保證了多種探測(cè)裝置高效工作，很好得解決了刀盤改裝空間有限的問(wèn)題。
[0026]3.本實(shí)用新型提出了一種配合壓力傳感器使用的液壓推拉驅(qū)動(dòng)裝置，通過(guò)對(duì)液壓伸縮系統(tǒng)與探測(cè)單元連接處驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的改造，為驅(qū)動(dòng)裝置添加一個(gè)片狀壓力傳感器；可以在液壓伸縮傳動(dòng)裝置推拉探測(cè)單元的同時(shí)，通過(guò)內(nèi)部壓力傳感器反饋的信號(hào)與探測(cè)單元端頭可承受的壓力大小作比較，使液壓裝置將探測(cè)單元前伸至與掌子面有效接觸的位置，自動(dòng)傳動(dòng)、快速布置探測(cè)單元，并在探測(cè)活動(dòng)結(jié)束后回收儀器；同時(shí)為使探測(cè)儀器伸縮快速、平穩(wěn)，本實(shí)用新型還提出了一種螺旋凹槽穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，通過(guò)在固定裝置內(nèi)壁增設(shè)螺旋凹槽，在探測(cè)儀器外壁增加螺旋狀排列且與凹槽契合的半球結(jié)構(gòu)，使得液壓裝置在遞送或收回探測(cè)元件時(shí)更加穩(wěn)定；且在激振器工作時(shí)，螺旋凹槽結(jié)構(gòu)可以有效阻止探測(cè)單元在軸向的位移。
[0027]4.本實(shí)用新型提出了一種應(yīng)用在固定裝置上的減震結(jié)構(gòu)，通過(guò)五片墊片組合添加在固定裝置與刀盤內(nèi)表面之間，減少儀器艙在TBM掘進(jìn)過(guò)程中受到的震動(dòng)，延長(zhǎng)儀器的使用壽命。
[0028]5.本實(shí)用新型提出了一種安置在TBM后盾上方的斜向單孔地質(zhì)雷達(dá)搭載裝置，包括安置在TBM后盾內(nèi)部的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和用于支撐和遞送發(fā)射天線和接收天線的空心伸縮桿兩部分，通過(guò)雷達(dá)前端的小型鉆機(jī)鉆設(shè)前進(jìn)探查孔，而后由液壓伸縮傳動(dòng)裝置將雷達(dá)遞送至指定位置進(jìn)行探測(cè)；同時(shí)設(shè)置保護(hù)反饋控制機(jī)制，在天線伸縮過(guò)程中遇到卡孔時(shí)，能夠通過(guò)阻尼器緩慢施加伸縮作用力，從而保護(hù)天線端頭不受損壞。
[0029]6.本實(shí)用新型提出了一種應(yīng)用于TBM儀器艙的自適應(yīng)阻尼控制懸架系統(tǒng)，能夠根據(jù)震動(dòng)狀況自動(dòng)調(diào)節(jié)減振器阻尼力使儀器艙TBM作業(yè)過(guò)程中受到的震動(dòng)明顯減輕，在TBM掘進(jìn)過(guò)程中，可以保證儀器工作的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)儀器設(shè)備在惡劣工作環(huán)境下的使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1是本實(shí)用新型TBM上三種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀器搭載裝置的整體結(jié)構(gòu)剖面圖。[0031 ] 圖2是本實(shí)用新型TBM刀盤改造整體排布示意圖。
[0032]圖3是本實(shí)用新型地震波激振器支撐傳動(dòng)及減震裝置剖面圖。
[0033]圖4是本實(shí)用新型供電/測(cè)量電極支撐傳動(dòng)及減震裝置剖面圖。
[0034]圖5是本實(shí)用新型激振器外壁半球形凸起結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖6是本實(shí)用新型螺旋卡槽結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖7是本實(shí)用新型減震結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]圖8是本實(shí)用新型探測(cè)儀器保護(hù)裝置剖面圖。
[0038]圖9是本實(shí)用新型伸縮傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖。
[0039]圖10是本實(shí)用新型儀器艙保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]其中，1.刀盤，2.發(fā)射與接收天線，3.儀器艙，4.地震波傳感器，5.供電/測(cè)量電極，6.地震波激振器，7.刀頭，8.激發(fā)端頭，9.固定裝置，10.凸起，11.螺旋卡槽，12.壓力傳感器，13.活塞，14.液壓泵，15.保護(hù)裝置，16.轉(zhuǎn)盤，17.電極頭，18.卡槽，19.減震結(jié)構(gòu)，20.卡扣，21.空心伸縮桿，22.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，23.墊片，24.傳感器，25.電子控制裝置，26.阻尼閥，27.儲(chǔ)壓器，28.電磁閥，29.串聯(lián)式油泵，30.減震器，31.懸架支柱。
【具體實(shí)施方式】
[0041 ] 下面通過(guò)具體實(shí)例和附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的闡述。
[0042]本實(shí)用新型所述的三種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀器在TBM上的搭載裝置，如圖1所示主要包括三部分，分別是刀盤I上探測(cè)儀器的搭載裝置、TBM后盾上方斜向單孔地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射與接收天線2的搭載機(jī)構(gòu)、地震波傳感器4的搭載機(jī)構(gòu)、儀器艙3以及主機(jī)后方前后盾連接處的接線盤。通過(guò)幾部分搭載設(shè)備的協(xié)同作用，共同完成三種儀器在TBM上的運(yùn)作，構(gòu)成整個(gè)搭載裝置。首先介紹TBM刀盤上搭載供電/測(cè)量電極5和地震波激振器6的方法和裝置。
[0043]如圖2所示為TBM刀盤上刀頭7、供電/測(cè)量電極5和地震波激振器6的整體排布，他們?cè)诘侗PI上是按一定的數(shù)學(xué)和幾何規(guī)律布置的。刀頭7的布置使得TBM工作時(shí)盤形滾刀的破巖力對(duì)刀盤的作用力均勻，同時(shí)具有較高的破巖效率，類似的在布置供電/測(cè)量電極5和地震波激振器6時(shí)，首要考慮的就是使儀器排布能夠?qū)崿F(xiàn)較為精確的測(cè)量效果，即供電/測(cè)量電極5呈三排排列，地震波激振器6按照橫縱交叉兩排排列，同時(shí)為了方便探測(cè)過(guò)程中時(shí)分復(fù)用方法的實(shí)現(xiàn)，供電/測(cè)量電極5和地震波激振器6呈正交排布。
[0044]同時(shí)儀器的位置應(yīng)當(dāng)距離刀頭7盡量遠(yuǎn)，避免使保護(hù)裝置15承受較大的碎巖施加的壓力。圖2中，在為地震波激振器6選擇安放位置時(shí)，首先尋找相互正交于刀盤I中心且被刀頭7、集渣口等裝置占用較少的兩排位置，而且這兩排位置不能是刀盤I的結(jié)合縫。然后在與任意一排地震波激振器6平行的位置，選取三行空間較大的位置安置供電/測(cè)量電極5。
[0045]在兩種探測(cè)單元安放的路線上，若刀頭7或集渣口占據(jù)了儀器的位置，應(yīng)在以刀頭7為中心的一定范圍內(nèi)，選取空間較大且距離刀頭7較遠(yuǎn)的另一位置代替。如圖2所示，刀頭7正好占用了兩個(gè)地震波激振器6的安放位置，于是選擇刀頭兩側(cè)稍稍偏離儀器排布路線的兩個(gè)合理且可行的位置替代，從而保證了 TBM工作效率同時(shí)也不會(huì)影響儀器測(cè)量的準(zhǔn)確性。
[0046]圖3所示是地震波激振器6在TBM刀盤上的搭載設(shè)備，該設(shè)備主要包括:激發(fā)端頭
8、固定裝置9、螺旋卡槽11、壓力傳感器12、活塞13、液壓泵14和保護(hù)裝置15、轉(zhuǎn)盤16。
[0047]在TBM掘進(jìn)作業(yè)間歇，三種探測(cè)單元時(shí)分復(fù)用開始工作，當(dāng)?shù)卣鸩ふ衿?開始工作時(shí)，保護(hù)裝置15開啟，液壓泵14推送地震波激振器6向前伸出TBM刀盤I盤面，在這個(gè)過(guò)程中，活塞13前部液壓油被抽出，后部輸入液壓油。地震波激振器6前伸動(dòng)作并不是簡(jiǎn)單的前后移動(dòng)，而是旋轉(zhuǎn)行進(jìn)的，這樣不僅保證地震波激振器6前后移動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定，更加重要的是在地震波激振器6前伸至作業(yè)位置后能夠保證它不會(huì)產(chǎn)生軸向的位移，使得激發(fā)彈性波的質(zhì)量較高，這主要依靠螺旋卡槽11來(lái)完成，如圖6。地震波激振器6的外壁在四個(gè)方向依次排列著半球形小凸起10，如圖5所示；與之相對(duì)的，螺旋卡槽11的內(nèi)壁也有螺旋狀的凹槽，如圖5所示，且這樣的凸起10和凹槽是相互契合的，他們之間添加潤(rùn)滑油會(huì)使得地震波激振器6前后移動(dòng)順暢，不會(huì)產(chǎn)生較大的滑動(dòng)摩擦力。當(dāng)液壓泵14對(duì)地震波激振器6施加推送力時(shí)，地震波激振器6會(huì)從液壓端方向順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)前伸,這時(shí)壓力傳感器12與液壓推送端產(chǎn)生很嚴(yán)重的摩擦，損壞壓力傳感器12，因此在液壓推送端添加一個(gè)轉(zhuǎn)盤16，使之與地震波激振器6同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0048]當(dāng)激發(fā)端頭8碰觸到掌子面后，液壓泵14繼續(xù)推送地震波激振器6，使得壓力傳感器12的受力增大，當(dāng)壓力傳感器12輸出的信號(hào)大于根據(jù)地質(zhì)條件設(shè)定的一個(gè)數(shù)值時(shí)，位于儀器艙3的控制器會(huì)作出回應(yīng)，向液壓泵14發(fā)出一個(gè)停止繼續(xù)推送的信號(hào)，從而使地震波激振器6的激發(fā)端頭8與掌子面接觸密實(shí)而又不會(huì)損壞儀器。
[0049]圖4所示為供電/測(cè)量電極支撐傳動(dòng)及減震裝置整體結(jié)構(gòu)圖，該設(shè)備包括:電極頭17、卡槽18以及和地震波激振器6 —樣的固定裝置9、壓力傳感器12、液壓泵14和保護(hù)裝置15。這跟地震波激振器6相比沒(méi)有轉(zhuǎn)盤16結(jié)構(gòu)，因?yàn)榫劢谷S激發(fā)極化探測(cè)單元不同于極小偏移距彈性波探測(cè)單元，對(duì)于裝置整體的穩(wěn)定性要求并不高。供電/測(cè)量電極支撐傳動(dòng)及減震裝置的主要功能是實(shí)現(xiàn)液壓泵14對(duì)探測(cè)單元的推進(jìn)和回拉，通過(guò)一個(gè)空心桶狀結(jié)構(gòu)完成，當(dāng)液壓推送端與壓力傳感器12接觸時(shí)可以驅(qū)使探測(cè)單元前伸，而當(dāng)液壓推送端回收時(shí)，由于推送端頭被包裹起來(lái)，可以拉回探測(cè)單元。其他部分由于供電/測(cè)量電極5與地震波激振器6的工作過(guò)程基本一致，所以結(jié)構(gòu)相同，不再贅述。
[0050]供電/測(cè)量電極5和地震波激振器6固定在TBM刀盤I的內(nèi)側(cè)，當(dāng)TBM掘進(jìn)時(shí)難免要承受較強(qiáng)的震動(dòng)和掌子面碎巖對(duì)刀盤的沖擊，這時(shí)候需要減震結(jié)構(gòu)19，圖7中，在大小五個(gè)圓環(huán)標(biāo)識(shí)的位置添加五張塑膠墊片23可以有效減弱TBM掘進(jìn)產(chǎn)生的震動(dòng)對(duì)探測(cè)裝置本身的影響；而圖8中的保護(hù)裝置15由兩個(gè)卡扣20構(gòu)成，當(dāng)TBM掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，艙門關(guān)閉，保護(hù)儀器不受碎巖沖擊；在探測(cè)工作開始時(shí)，艙門打開，使探測(cè)單元自由伸縮。
[0051]下面介紹TBM后盾上方斜向單孔地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射與接收天線2的搭載裝置和主機(jī)內(nèi)部搭載的儀器艙3。
[0052]本實(shí)用新型所述的斜向單孔地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射與接收天線2的搭載裝置包括空心伸縮桿21和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)22,如圖9所不,安置在TBM后盾內(nèi)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)22推送空心伸縮桿21拉伸，斜向單孔地質(zhì)雷達(dá)前部鉆機(jī)與掌子面接觸，鉆設(shè)前進(jìn)探查孔，直至抵達(dá)指定位置；探測(cè)活動(dòng)結(jié)束后，空心伸縮桿21縮回，帶動(dòng)斜向單孔地質(zhì)雷達(dá)前部發(fā)射與接收天線2收回；通過(guò)保護(hù)反饋控制單元應(yīng)對(duì)雷達(dá)天線因外部因素不能自由伸縮的問(wèn)題，當(dāng)雷達(dá)天線遇到卡孔等問(wèn)題不能自由伸縮，則通過(guò)天線端頭的壓力傳感器提示，伸縮遞送改為阻尼控制方式，緩慢增加作用力，從而保證雷達(dá)天線不受損壞。
[0053]在TBM后盾與儀器艙3之間加入電子控制懸架，自適應(yīng)阻尼控制懸架系統(tǒng)，ADS將橫向傳感器、縱向傳感器等傳感，24接收的信號(hào)輸入電子控制裝置25，并根據(jù)震動(dòng)狀況自動(dòng)調(diào)節(jié)減振器24阻尼力使儀器艙3在TBM作業(yè)過(guò)程中受到的震動(dòng)明顯減輕。該系統(tǒng)主要有減振器30、傳感器24、電子控制裝置25 (E⑶)、阻尼閥26和串聯(lián)式油泵29組成，如圖10所示。
[0054]減振器30安裝在懸架支柱31上，油液的阻尼作用產(chǎn)生在一個(gè)電磁閥內(nèi)，電磁閥28通過(guò)高壓油管與懸架支柱31連接。而5個(gè)傳感器分別用來(lái)檢測(cè)儀器艙3的垂直加速度、前后向移動(dòng)的速度、側(cè)向滑動(dòng)和儀器艙3的負(fù)荷等信息，并將信號(hào)輸入ECU，ECU處理傳感器24信號(hào)后，確定保持儀器艙3穩(wěn)定所需的最佳減振阻尼力，向電磁閥28發(fā)出控制信號(hào)調(diào)節(jié)減振器30的阻尼力。ECU通過(guò)計(jì)算加速度傳感器、前后向速度傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器等輸入的信號(hào)，然后與ECU存儲(chǔ)的數(shù)值進(jìn)行比較，向阻尼閥26發(fā)出指令，通過(guò)阻尼閥26中電磁閥28的開閉，調(diào)節(jié)減振器30的阻尼力。阻尼閥26安裝在儲(chǔ)壓器27和懸架支柱31之間，并通過(guò)油管與儲(chǔ)壓器27和懸架支柱31連接，根據(jù)控制指令調(diào)節(jié)減振器26的阻尼力。動(dòng)力轉(zhuǎn)向油泵與油泵安裝在一起，形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)。其中葉片泵向動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)供油，徑向活塞泵向系統(tǒng)供油，串聯(lián)式油泵29由皮帶通過(guò)一根軸驅(qū)動(dòng)。通過(guò)增加或減少懸架支柱31中的油液，使懸架支柱31伸長(zhǎng)或壓縮，使得儀器艙3上升或下降。由于前懸架支柱31油封承受負(fù)載較大，支柱油封分低壓油封和高壓油封兩種，從高壓油封泄漏的油液通過(guò)回油管流回油箱。
【權(quán)利要求】
1.一種TBM上三種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀器的搭載裝置，其特征是，包括便于供電/測(cè)量電極、地震波激振器和地震波傳感器安置在TBM刀盤上的支撐傳動(dòng)及減震裝置；便于斜向單孔地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射與接收天線搭載在TBM后盾上方的伸縮傳動(dòng)系統(tǒng)；在TBM掘進(jìn)作業(yè)時(shí)起保護(hù)作用的儀器艙保護(hù)裝置，便于控制整體探測(cè)工作的儀器艙搭載在TBM后盾內(nèi)部。
2.如權(quán)利要求1所述的TBM上三種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀器的搭載裝置，其特征是，所述支撐傳動(dòng)及減震裝置，所述供電/測(cè)量電極間隔得三排排列于刀盤上，所述地震波激振器和地震波傳感器按照過(guò)刀盤中心點(diǎn)橫縱交叉得兩排排列。
3.如權(quán)利要求1所述的TBM上三種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀器的搭載裝置，其特征是，所述支撐傳動(dòng)及減震裝置包括:地震波激振器支撐傳動(dòng)及減震裝置、供電/測(cè)量電極支撐傳動(dòng)及減震裝直； 地震波激振器支撐傳動(dòng)及減震裝置，包括液壓泵、活塞、轉(zhuǎn)盤、壓力傳感器、固定裝置、螺旋卡槽、減震裝置；所述液壓泵對(duì)活塞兩側(cè)的油量進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)活塞前進(jìn)或后退，所述活塞的前端與能夠旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤固定連接，所述轉(zhuǎn)盤前端與地震波激振器配合，驅(qū)動(dòng)地震波激振器旋轉(zhuǎn)前進(jìn)或后退，所述轉(zhuǎn)盤和地震波激振器之間還設(shè)有壓力傳感器，用于反饋激發(fā)端頭碰觸掌子面后所受壓力的信息，所述地震波激振器的外壁上設(shè)有若干凸起，凸起與螺旋卡槽配合，便于地震波激振器旋轉(zhuǎn)前進(jìn)或后退，所述螺旋卡槽通過(guò)固定裝置固定在刀盤上，所述地震波激振器支撐傳動(dòng)及減震裝置還設(shè)有減震墊； 所述供電/測(cè)量電極支撐傳動(dòng)及減震裝置，包括液壓泵、活塞、壓力傳感器、固定裝置、卡槽、保護(hù)裝置和減震裝置；所述液壓泵對(duì)活塞兩側(cè)的油量進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)活塞前進(jìn)或后退，所述活塞的前端與供電/ 測(cè)量電極配合，驅(qū)動(dòng)供電/測(cè)量電極在沿卡槽前進(jìn)或后退，所述活塞前端和供電/測(cè)量電極之間還設(shè)有壓力傳感器，用于反饋電極頭碰觸掌子面后所受壓力的信息，所述卡槽通過(guò)固定裝置固定在刀盤上，所述供電/測(cè)量電極支撐傳動(dòng)及減震裝置還設(shè)有減震墊。
4.如權(quán)利要求3所述的TBM上三種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀器的搭載裝置，其特征是，所述地震波激振器支撐傳動(dòng)及減震裝置還包括保護(hù)裝置，保護(hù)裝置包括設(shè)置在刀盤上的卡扣，地震波激振器的激發(fā)端頭伸出時(shí)，卡扣分離，地震波激振器的激發(fā)端頭收回時(shí)，卡扣閉合。
5.如權(quán)利要求3所述的TBM上三種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀器的搭載裝置，其特征是，所述供電/測(cè)量電極支撐傳動(dòng)及減震裝置還包括保護(hù)裝置，所述保護(hù)裝置包括設(shè)置在刀盤上的卡扣，供電/測(cè)量電極的電極頭伸出時(shí)，卡扣分離，供電/測(cè)量電極的電極頭收回時(shí)，卡扣閉合。
6.如權(quán)利要求1所述的TBM上三種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀器的搭載裝置，其特征是，所述伸縮傳動(dòng)系統(tǒng)，包括空心伸縮桿和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)空心伸縮桿伸縮，空心伸縮桿搭載斜向單孔地質(zhì)雷達(dá)的發(fā)射與接收天線。
7.如權(quán)利要求6所述的TBM上三種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀器的搭載裝置，其特征是，所述伸縮傳動(dòng)系統(tǒng)還包括壓力傳感器和位于TBM后盾內(nèi)的反饋控制器，當(dāng)遇到卡孔等問(wèn)題使天線無(wú)法繼續(xù)伸縮遞送時(shí)，液壓傳動(dòng)裝置自動(dòng)泄壓，不會(huì)繼續(xù)向前遞送或向后收縮，以免導(dǎo)致天線損壞。
8.如權(quán)利要求1所述的TBM上三種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀器的搭載裝置，其特征是，所述儀器艙保護(hù)裝置，包括懸架支柱、減振器、傳感器、電子控制裝置、阻尼閥和油泵；所述懸架支柱固定在TBM后盾與儀器艙之間，通過(guò)增加或減少懸架支柱中的油液，使懸架支柱伸長(zhǎng)或壓縮，使得儀器艙上升或下降；減振器安裝在懸架支柱上，所述傳感器將接收的信號(hào)輸入電子控制裝置，電子控制裝置向阻尼閥發(fā)出指令，通過(guò)阻尼閥中電磁閥的開閉，調(diào)節(jié)減振器的阻尼力；所述阻尼閥安裝在儲(chǔ)壓器和懸架支柱之間，并通過(guò)油管與儲(chǔ)壓器和懸架支柱連接，儲(chǔ)壓器和減震器間設(shè)有油泵，阻`尼閥根據(jù)控制指令調(diào)節(jié)減振器的阻尼力。
【文檔編號(hào)】G01V1/20GK203658592SQ201420009700
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】劉斌, 王世睿, 李術(shù)才, 聶利超, 馬翔雪, 林春金, 李堯, 孫懷鳳, 楊磊, 張波, 宋杰, 劉征宇, 王傳武, 陳磊 申請(qǐng)人:山東大學(xué)