【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于掘进机施工，具体涉及一种tbm隧道掌子面围岩挤出变形测量方法、系统及tbm。
技术介绍
1、tbm在高地应力隧道施工时，受地应力及围岩变形特性的影响，tbm长时间停机后掌子面围岩将产生挤出变形，围岩挤出变形的特点是在掌子面中心位置挤出变形最大，随着与掌子面中心距离的增大，挤出变形量减小。掌子面挤出变形及拱顶收敛变形密切相关，挤出变形对tbm刀盘产生挤压力，收敛变形对护盾产生压力，当挤压变形严重时造成刀盘和护盾卡机，影响正常的施工进度。未来隧道向高埋深、高地应力的方向发展，隧道变形破坏特征将更加明显，对隧道掌子面开挖过程挤出变形量的测量，可有效掌握围岩变形特性，进而采取适当的超前支护措施，降低围岩的变形量，提高tbm在高地应力地层的施工适应性。
2、授权公告号为cn115930800b，授权公告日为2023.05.05的中国专利技术专利公开了一种基于三维激光点云的隧道掌子面位移场监测方法，通过三维激光扫描仪获得隧道点云并计算出掌子面变形情况。申请公布号为cn111396132a，申请公布日为2020.07.10的中国专利技术专利申请公开了一种掌子面前方岩体变形测试元件及方法、磁环测试装置，通过砂浆将磁环测试装置与其周围岩体相粘结，使磁环测试装置可以随岩体一道位移，通过测量磁环的位移量得到所在围岩处岩体的位移量，进一步可以得到岩体的挤出变形情况。
3、但是，tbm法施工掌子面空间狭小，利用上述装置测试时均需在掌子面预留空间，测试过程影响tbm隧道施工。因此，开发一种适用于tbm隧道快速施工过程掌
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种tbm隧道掌子面围岩挤出变形测量方法、系统及tbm，以解决现有技术中的测试装置测量围岩挤出变形情况时，影响tbm隧道施工效率的技术问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种tbm隧道掌子面围岩挤出变形测量方法的技术方案为：根据刀盘与掌子面的接触状态获得第一推进位移和第二推进位移；掌子面围岩的最大挤出变形量为第一推进位移与第二推进位移之差；
3、所述第一推进位移为tbm后退时，刀盘离开掌子面到后退结束时tbm的推进位移；所述第二推进位移为tbm从后退结束位置朝向掌子面移动，到刀盘与掌子面开始接触时tbm的推进位移。
4、上述技术方案的有益效果是：本专利技术的一种tbm隧道掌子面围岩挤出变形测量方法的技术方案属于开拓型专利技术创造。本专利技术在tbm刀盘-掌子面空间有限的情况下，根据刀盘与掌子面的接触状态，并结合刀盘与掌子面的位置变化，即第一推进位移和第二推进位移，识别出掌子面围岩的挤出变形量。与现有的测量方法或测量装置相比，具有便捷性、实时性的优点，解决了现有技术中的测试装置测量围岩挤出变形情况时，影响tbm隧道施工效率的技术问题。在获取围岩挤出变形特点之后，可有针对性的采取超前处理措施，如超前钻孔释放地应力、超前预支护等，保证在高埋深、高地应力隧道tbm施工的安全性。
5、进一步地，所述第一推进位移通过如下方式获得，记录tbm从开始掘进前的掘进起始位置，到tbm后退前的掘进中止位置之间的第一掘进位移，还记录tbm后退结束位置与所述掘进起始位置之间的第二掘进位移，将第一掘进位移和第二掘进位移做差得到所述第一推进位移。
6、进一步地，刀盘与掌子面的接触状态通过刀盘上滚刀转速或载荷判断，当刀盘上中心滚刀的转速或载荷开始大于0时，认为刀盘与掌子面开始接触。
7、进一步地，刀盘与掌子面的接触状态通过掘进参数监测的方法判断，所述掘进参数包括刀盘扭矩和/或刀盘推力，当刀盘扭矩和/或刀盘推力增大时，认为刀盘与掌子面开始接触。
8、进一步地，刀盘与掌子面的接触状态通过监测皮带机出渣量判断，当tbm的出渣皮带机开始出渣时，认为刀盘与掌子面开始接触。
9、进一步地，刀盘与掌子面的接触状态通过监测刀盘振动状态判断，当刀盘的振动状态发生改变时，认为刀盘与掌子面开始接触。
10、进一步地，若在tbm达到刀盘后退前的最大推进位移之前，刀盘上转速或载荷大于0的滚刀区域保持恒定且在tbm达到刀盘后退前的最大推进位移时其余滚刀的转速或载荷从0开始快速增加，则在tbm达到刀盘后退前的最大推进位移之前，刀盘上转速或载荷大于0的所有滚刀中，安装半径最大的滚刀的安装半径即为掌子面围岩沿掌子面中心的最大挤出变形范围的半径。
11、进一步地，该方法还包括掌子面围岩三维挤出变形体积的测量：将掌子面围岩三维挤出变形简化为一个圆锥，根据圆锥体积计算掌子面围岩三维挤出变形体积v：
12、
13、式中，r为掌子面围岩沿掌子面中心的最大挤出变形范围的半径；l为掌子面围岩的最大挤出变形量。
14、本专利技术还提供了一种tbm隧道掌子面围岩挤出变形测量系统。其技术方案为：包括处理器，所述处理器用于执行计算机程序指令以实现如上所述的tbm隧道掌子面围岩挤出变形测量方法。
15、本专利技术还提供了一种tbm的技术方案，包括如上所述的tbm隧道掌子面围岩挤出变形测量系统。
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1.一种TBM隧道掌子面围岩挤出变形测量方法，其特征在于，根据刀盘与掌子面的接触状态获得第一推进位移和第二推进位移；掌子面围岩的最大挤出变形量为第一推进位移与第二推进位移之差；
2.根据权利要求1所述的TBM隧道掌子面围岩挤出变形测量方法，其特征在于，所述第一推进位移通过如下方式获得，记录TBM从开始掘进前的掘进起始位置，到TBM后退前的掘进中止位置之间的第一掘进位移，还记录TBM后退结束位置与所述掘进起始位置之间的第二掘进位移，将第一掘进位移和第二掘进位移做差得到所述第一推进位移。
3.根据权利要求1或2所述的TBM隧道掌子面围岩挤出变形测量方法，其特征在于，刀盘与掌子面的接触状态通过刀盘上滚刀转速或载荷判断，当刀盘上中心滚刀的转速或载荷开始大于0时，认为刀盘与掌子面开始接触。
4.根据权利要求1或2所述的TBM隧道掌子面围岩挤出变形测量方法，其特征在于，刀盘与掌子面的接触状态通过掘进参数监测的方法判断，所述掘进参数包括刀盘扭矩和/或刀盘推力，当刀盘扭矩和/或刀盘推力增大时，认为刀盘与掌子面开始接触。
5.根据权利要求1或2所述的
6.根据权利要求1或2所述的TBM隧道掌子面围岩挤出变形测量方法，其特征在于，刀盘与掌子面的接触状态通过监测刀盘振动状态判断，当刀盘的振动状态发生改变时，认为刀盘与掌子面开始接触。
7.根据权利要求3所述的TBM隧道掌子面围岩挤出变形测量方法，其特征在于，若在TBM达到刀盘后退前的最大推进位移之前，刀盘上转速或载荷大于0的滚刀区域保持恒定且在TBM达到刀盘后退前的最大推进位移时其余滚刀的转速或载荷从0开始快速增加，则在TBM达到刀盘后退前的最大推进位移之前，刀盘上转速或载荷大于0的所有滚刀中，安装半径最大的滚刀的安装半径即为掌子面围岩沿掌子面中心的最大挤出变形范围的半径。
8.根据权利要求2或7所述的TBM隧道掌子面围岩挤出变形测量方法，其特征在于，该方法还包括掌子面围岩三维挤出变形体积的测量：将掌子面围岩三维挤出变形简化为一个圆锥，根据圆锥体积计算掌子面围岩三维挤出变形体积V：
9.一种TBM隧道掌子面围岩挤出变形测量系统，其特征在于，包括处理器，所述处理器用于执行计算机程序指令以实现如权利要求1～8任意一项所述的TBM隧道掌子面围岩挤出变形测量方法。
10.一种TBM，其特征在于，包括如权利要求9所述的TBM隧道掌子面围岩挤出变形测量系统。
...【技术特征摘要】
1.一种tbm隧道掌子面围岩挤出变形测量方法，其特征在于，根据刀盘与掌子面的接触状态获得第一推进位移和第二推进位移；掌子面围岩的最大挤出变形量为第一推进位移与第二推进位移之差；
2.根据权利要求1所述的tbm隧道掌子面围岩挤出变形测量方法，其特征在于，所述第一推进位移通过如下方式获得，记录tbm从开始掘进前的掘进起始位置，到tbm后退前的掘进中止位置之间的第一掘进位移，还记录tbm后退结束位置与所述掘进起始位置之间的第二掘进位移，将第一掘进位移和第二掘进位移做差得到所述第一推进位移。
3.根据权利要求1或2所述的tbm隧道掌子面围岩挤出变形测量方法，其特征在于，刀盘与掌子面的接触状态通过刀盘上滚刀转速或载荷判断，当刀盘上中心滚刀的转速或载荷开始大于0时，认为刀盘与掌子面开始接触。
4.根据权利要求1或2所述的tbm隧道掌子面围岩挤出变形测量方法，其特征在于，刀盘与掌子面的接触状态通过掘进参数监测的方法判断，所述掘进参数包括刀盘扭矩和/或刀盘推力，当刀盘扭矩和/或刀盘推力增大时，认为刀盘与掌子面开始接触。
5.根据权利要求1或2所述的tbm隧道掌子面围岩挤出变形测量方法，其特征在于，刀盘与掌子面的接触状态通过监测皮带机出渣量判断，当tbm的出渣皮带机开始出渣时，认为刀盘与掌...
【专利技术属性】
技术研发人员：王双敬，荆留杰，魏晓龙，李鹏宇，杨晨，黄震，周树亮，张娜，谭娜，任明军，丁彭彪，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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