【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩土工程，尤其涉及一种适用于盾构机装载的可贴壁式微波碎岩方法和装置。
技术介绍
1、随着我国城市化进程的加速和基础设施建设的不断推进，地铁、隧道等地下空间的开发已成为缓解城市交通压力、提升城市综合承载能力的重要手段。在隧道机械法施工过程中，面对复杂多变的地质条件，特别是遇到坚硬岩石层时，机械掘进法往往存在效率低下甚至无法掘进以及成本高昂等问题。传统的碎岩方法如爆破法在盾构机械法开发过程中适用性不强，且施工难度大、效率低，开发一种能够与盾构机协同工作、高效破碎岩石且环保的新型碎岩装置显得尤为迫切。
2、微波碎岩技术作为一种非接触式、环保高效的碎岩方法，近年来在采矿、岩土工程等领域得到了广泛关注。其基本原理是利用微波的热效应和应力效应，使岩石内部产生热量和膨胀应力，从而导致岩石开裂破碎。与传统的碎岩方法相比，微波碎岩具有能耗低、无污染、碎岩效率高等优点。
3、因此，亟需一种适用于盾构机装载的可贴壁式微波碎岩方法和装置，能够提升微波碎岩技术的精度和适应性。通过集成微波加热技术与盾构机的掘进功能，实现隧道掘进过程中岩石的高效破碎，同时降低施工难度和安全风险，提高施工效率和质量。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种适用于盾构机装载的可贴壁式微波碎岩方法和装置，提高微波破岩的精度，实现隧道掘进过程中岩石的高效破碎。
2、本专利技术提供了一种适用于盾构机装载的可贴壁式微波碎岩方法，包括：
3、s1、通过图像采
4、s2、对预处理后的围岩掌子面的图像进行分析，利用计算机视觉算法分析围岩表面状态，获取围岩的当前硬度；
5、s3、根据所述围岩的当前硬度，判断是否需要启动微波破岩程序；
6、若围岩的当前硬度小于预设阈值，则不启动顶推系统和微波系统；
7、若围岩的当前硬度大于等于预设阈值，则控制模块启动顶推系统，推动微波系统与围岩掌子面接触；同时启动微波系统，对围岩进行加热；
8、s4、在微波系统工作的过程中，持续获取并分析围岩掌子面的图像，并根据图像分析结果判断围岩硬度，具体包括：
9、若围岩的当前硬度小于预设阈值，则控制模块控制微波系统停止微波加热，并控制顶推系统收回微波系统；
10、若围岩的当前硬度大于等于预设阈值，则控制模块控制微波系统继续对围岩进行加热，直到围岩的当前硬度小于预设阈值。
11、在一些实施例中，所述图像采集设备的采集频率为每秒采集n帧图像，其中，n为设定的帧数；
12、在一些实施例中，所述s1中，预处理包括：图像裁剪、图像增强、图像去噪和图像分割。
13、在一些实施例中，所述计算机视觉算法为卷积神经网络。
14、在一些实施例中，所述s2中，对预处理后的围岩掌子面的图像进行分析，利用计算机视觉算法分析围岩表面状态，获取围岩的当前硬度，具体包括：
15、s21、通过预处理后的围岩掌子面的图像进行分析，获取纹理特征和裂缝特征；
16、s22、构建卷积神经网络模型，并进行预训练；
17、s23、将s21中获取的纹理特征和裂缝特征输入到训练好的卷积神经网络模型，输出围岩的当前硬度。
18、在一些实施例中，所述s3，还包括：
19、控制模块根据所述围岩的当前硬度，控制微波系统产生对应当前围岩硬度的致裂温度；
20、在微波加热过程中，通过温度传感器实时监控微波的温度，并传给控制模块，实时调节微波系统的产生与当前硬度相对应的温度。
21、本专利技术还提供了一种适用于盾构机装载的可贴壁式微波碎岩装置，包括：图像采集设备、盾构刀盘；所述图像采集设备设置在盾构刀盘上，用于采集实时获取围岩掌子面的图像。
22、进一步的，所述盾构刀盘表面设置有多个凹槽，所述凹槽用于容置所述图像采集设备，所述图像采集设备与围岩掌子面之间的距离大于所述盾构刀盘与围岩掌子面之间距离。
23、进一步的，所述图像采集设备朝向围岩掌子面的一侧设置有透明保护罩。
24、进一步的，一种适用于盾构机装载的可贴壁式微波碎岩装置，还包括：微波系统和顶推系统；所述盾构刀盘表面设置有多个安装孔，在安装孔的盾构刀盘内侧设置所述微波系统和所述顶推系统，所述顶推系统将所述微波系统推出至接触围岩掌子面，进行微波碎岩。
25、本专利技术实施例具有以下技术效果：
26、1.通过图像采集设备实时获取围岩掌子面的图像，并通过计算机视觉算法（卷积神经网络）对图像进行处理和分析，直接获取岩石表面的纹理特征、裂缝特征信息，进而推测岩石的硬度，能显著提升对岩石表面状态的感知能力，不仅更加直观、灵活，还能够应对复杂的地质环境，提高岩石硬度的判断能力，更准确的进行微波碎岩。
27、2.通过硬度阈值来判断是否启动微波系统，根据围岩的实时硬度动态调节微波系统的工作状态，通过温度传感器监控微波温度，并实时反馈给控制模块，调节微波系统产生对应硬度的致裂温度。这样可以避免过度加热或加热不足的情况，提高微波加热的效率和准确性，避免浪费能源并减少对盾构机系统的负担。
28、3.本申请的装置是装载在盾构机刀盘上的，可以通过控制顶推系统，在工作状态，推出微波系统接触围岩进行破岩工作，在破岩工作结束后，盾构机可以立即启动掘进工作，在非工作状态，可以收缩微波系统，能够提高效率，避免了人工效率低和工作空间限制等问题。
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1.一种适用于盾构机装载的可贴壁式微波碎岩方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种适用于盾构机装载的可贴壁式微波碎岩方法，其特征在于，所述图像采集设备的采集频率为每秒采集N帧图像，其中，N为设定的帧数。
3.根据权利要求1所述的一种适用于盾构机装载的可贴壁式微波碎岩方法，其特征在于，所述S1中，预处理包括：图像裁剪、图像增强、图像去噪和图像分割。
4.根据权利要求1所述的一种适用于盾构机装载的可贴壁式微波碎岩方法，其特征在于，所述计算机视觉算法为卷积神经网络。
5.根据权利要求4所述的一种适用于盾构机装载的可贴壁式微波碎岩方法，其特征在于，所述S2中，对预处理后的围岩掌子面的图像进行分析，利用计算机视觉算法分析围岩表面状态，获取围岩的当前硬度，具体包括：
6.根据权利要求1所述的一种适用于盾构机装载的可贴壁式微波碎岩方法，其特征在于，所述S3，还包括：
7.一种适用于盾构机装载的可贴壁式微波碎岩装置，其特征在于，包括：图像采集设备、盾构刀盘（15）；
8.根据权利要求7所述的一种适用
9.根据权利要求8所述的一种适用于盾构机装载的可贴壁式微波碎岩装置，其特征在于，所述图像采集设备朝向围岩掌子面（16）的一侧设置有透明保护罩。
10.根据权利要求7所述的一种适用于盾构机装载的可贴壁式微波碎岩装置，其特征在于，还包括：微波系统和顶推系统；
...【技术特征摘要】
1.一种适用于盾构机装载的可贴壁式微波碎岩方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种适用于盾构机装载的可贴壁式微波碎岩方法，其特征在于，所述图像采集设备的采集频率为每秒采集n帧图像，其中，n为设定的帧数。
3.根据权利要求1所述的一种适用于盾构机装载的可贴壁式微波碎岩方法，其特征在于，所述s1中，预处理包括：图像裁剪、图像增强、图像去噪和图像分割。
4.根据权利要求1所述的一种适用于盾构机装载的可贴壁式微波碎岩方法，其特征在于，所述计算机视觉算法为卷积神经网络。
5.根据权利要求4所述的一种适用于盾构机装载的可贴壁式微波碎岩方法，其特征在于，所述s2中，对预处理后的围岩掌子面的图像进行分析，利用计算机视觉算法分析围岩表面状态，获取围岩的当前硬度，具体包括：
6.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺维国，陈功祥，刘庆方，于勇，王艳，杨志斌，淡涌强，邹豪，郭烨，宋毅，
申请(专利权)人：中铁第六勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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