一种泥岩地层盾构泥饼防结系统及防结方法
阅读说明：本技术 一种泥岩地层盾构泥饼防结系统及防结方法 (Mudstone stratum shield mud cake anti-caking system and anti-caking method ) 是由 邰华松 杨延昭 赵勇 马超 孙淑兰 曹雪杉 王为 寇恩宇 王悦宇 陈天龙 于 2020-11-19 设计创作，主要内容包括：本发明属于隧道施工技术领域,公开了一种泥岩地层盾构泥饼防结系统及防结方法,所述泥岩地层盾构泥饼防结系统包括：施工信息获取模块、隧道路径分析模块、地质分析模块、中央控制模块、地质模型构建模块、隧道路径植入模块、隧道施工模型分析模块、盾构机参数获取模块、定位模块、泥饼监测模块、泥饼清理模块；本发明通过对施工区域的地质以及施工路线进行规划,能够实现对隧道施工中的地质的分析,得到隧道施工中复杂地质的区间,方便在这一区间进行刀盘的防结泥饼的处理；在非复杂施工区域进行刀盘监测,及时进行刀盘上泥饼的清理,实现隧道施工的方便性的提升,同时实现对盾构隧道掘进机的保护,延长使用寿命。(The invention belongs to the technical field of tunnel construction, and discloses a mudstone stratum shield mud cake anti-caking system and an anti-caking method, wherein the mudstone stratum shield mud cake anti-caking system comprises: the system comprises a construction information acquisition module, a tunnel path analysis module, a geological analysis module, a central control module, a geological model construction module, a tunnel path implantation module, a tunnel construction model analysis module, a shield tunneling machine parameter acquisition module, a positioning module, a mud cake monitoring module and a mud cake cleaning module; according to the method, the geology and the construction route of the construction area are planned, so that the geology in tunnel construction can be analyzed, the interval of complex geology in tunnel construction is obtained, and the anti-caking of a cutterhead is conveniently carried out in the interval; the method has the advantages that the cutter head is monitored in a non-complex construction area, mud cakes on the cutter head are cleaned in time, convenience in tunnel construction is improved, the shield tunnel heading machine is protected, and the service life is prolonged.)
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，尤其涉及一种泥岩地层盾构泥饼防结系统及防结方法。
背景技术
目前：盾构隧道掘进机，简称盾构机，是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。
盾构隧道掘进机使用时，在特定地层，比如黏土、泥岩地层盾构在施工过程中刀盘面板会被泥饼糊住，刀具无法有效对土层进行切削，会产生掘进效率低、地层扰动大，而且泥饼与地层长时间的摩擦会产生大量的热，容易让主轴承密封失效的问题。目前暂无可以实现泥饼的自动检测以及清理的方案，无法实现泥岩地层盾构防结泥饼，影响隧道施工。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：目前暂无可以实现泥饼的自动检测以及清理的方案，无法实现泥岩地层盾构防结泥饼，影响隧道施工。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种泥岩地层盾构泥饼防结系统及防结方法。
本发明是这样实现的，一种泥岩地层盾构泥饼防结系统，所述泥岩地层盾构泥饼防结系统包括：
施工信息获取模块、隧道路径分析模块、地质分析模块、中央控制模块、地质模型构建模块、隧道路径植入模块、隧道施工模型分析模块、盾构机参数获取模块、定位模块、泥饼监测模块、泥饼清理模块；
施工信息获取模块，与中央控制模块连接，用于通过施工信息获取程序获取施工信息，所述施工信息包括隧道路径、施工区域地质；
隧道路径分析模块，与中央控制模块连接，用于通过隧道路径分析程序对隧道路径进行分析；
地质分析模块，与中央控制模块连接，用于通过地质分析程序进行获取的施工区域的地质信息进行分析；
中央控制模块，与施工信息获取模块、隧道路径分析模块、地质分析模块、地质模型构建模块、隧道路径植入模块、隧道施工模型分析模块、盾构机参数获取模块、定位模块、泥饼监测模块、泥饼清理模块连接，用于通过主控机控制各个模块正常运行；
地质模型构建模块，与中央控制模块连接，用于通过地质模型构建程序依照施工区域地质分析结果进行施工区域的地质模型的构建；
隧道路径植入模块，与中央控制模块连接，用于通过隧道路径植入程序依照隧道路径分析结果将隧道路径植入地质模型中，得到隧道施工模型；
隧道施工模型分析模块，与中央控制模块连接，用于通过隧道施工模型分析程序对隧道施工模型进行分析，确定隧道施工中地质复杂的区间，并对所述区间进行标注；
盾构机参数获取模块，与中央控制模块连接，用于通过盾构机参数获取程序进行盾构机参数的获取；
定位模块，与中央控制模块连接，用于通过盾构机定位程序进行隧道施工中盾构机位置的确定；
泥饼监测模块，与中央控制模块连接，用于通过泥饼监测程序对盾构机的刀盘上的泥饼进行监测，得到结泥饼与否的结论；
泥饼清理模块，与中央控制模块连接，用于通过泥饼清理程序在隧道标注区间以及结泥饼时进行泥饼清理。
本发明的另一目的在于提供一种泥岩地层盾构泥饼防结方法，所述泥岩地层盾构泥饼防结方法包括以下步骤：
步骤一，通过施工信息获取模块利用施工信息获取程序获取施工信息，所述施工信息包括隧道路径、施工区域地质；
步骤二，通过隧道路径分析模块利用隧道路径分析程序对隧道路径进行分析；通过地质分析模块利用地质分析程序进行获取的施工区域的地质信息进行分析；
步骤三，通过地质模型构建模块利用地质模型构建程序依照施工区域地质分析结果进行施工区域的地质模型的构建；通过隧道路径植入模块利用隧道路径植入程序依照隧道路径分析结果将隧道路径植入地质模型中，得到隧道施工模型；
步骤四，通过隧道施工模型分析模块利用隧道施工模型分析程序对隧道施工模型进行分析，确定隧道施工中地质复杂的区间，并对所述区间进行标注；
步骤五，通过盾构机参数获取模块利用盾构机参数获取程序进行盾构机参数的获取；通过定位模块利用盾构机定位程序进行隧道施工中盾构机位置的确定；
步骤六，通过泥饼监测模块利用泥饼监测程序对盾构机的刀盘上的泥饼进行监测，得到结泥饼与否的结论；通过泥饼清理模块利用泥饼清理程序在隧道标注区间以及结泥饼时进行泥饼清理。
进一步，步骤二中，所述通过地质分析模块利用地质分析程序进行获取的施工区域的地质信息进行分析，包括：
(1)获取施工区域的遥感图像，为基于遥感图像的构造解译；
(2)导入经过网格化处理和配准好的覆盖研究区的重力和航空磁力异常等值图；
(3)通过分析异常形态和分布特征，来验证遥感解译格架构造的可靠性和推断构造的深部特征，如果解译格架构造在航磁、重力异常上有显示，则保留；没有则删除；
(4)导入施工区域的地质图数据库，选择格架构造一定距离内的包含地层和岩体属性的多边形，推断格架构造的施工区域的地质信息。
进一步，步骤(1)中，所述为基于遥感图像的构造解译，包括：将施工区域的带有地理坐标的遥感图像置至于同一视域内，获得格架构造；然后逐级放大进行区域构造解译，解译出区域构造。
进一步，步骤三中，所述通过地质模型构建模块利用地质模型构建程序依照施工区域地质分析结果进行施工区域的地质模型的构建，包括：
(1)针对施工区域利用获取的钻孔点数据构建初始的地层界面；
(2)利用几何自适应方法对构建的地层界面进行光滑处理，生成构建完成的地层界面；
(3)利用构建完成的地层界面构建三维地层实体；
(4)利用生成的三维地质实体和构建完成的地质界面整合生成三维地质模型。
进一步，步骤(1)中，所述针对施工区域利用获取的钻孔点数据构建初始的地层界面，包括：人工划分好地层界面，然后利用已经划分完地层界面的钻孔点数据生成网格，并且在地层界面起伏大且钻孔数量少的区域采用数据插值方法增加原始的钻孔点密度。
进一步，步骤五中，所述盾构机参数为盾构机掘进参数，包括：盾构机推力、扭矩、掘进速度、刀盘温度。
进一步，步骤六中，所述通过泥饼监测模块利用泥饼监测程序对盾构机的刀盘上的泥饼进行监测，包括：
(1)在盾构机正常掘进过程中，监测掘进循环中刀盘的最高温度；
(2)当所述循环温度大于刀盘的最高温度，且刀盘推力、扭矩持续增加时，计算停机时盾构机刀盘的降温速率；
(3)依照盾构机参数进行结泥饼掘进数据库的构建；
(4)对比结泥饼掘进数据库中停机时刀盘的降温速率，如果降温速率小于数据库中存储的相同工况下的结泥饼时的降温速率，则判断有泥饼形成。
进一步，步骤(4)中，所述判断有泥饼形成后，还包括：出现结泥饼现象，则保存温度数据与掘进参数到结泥饼掘进数据库。
进一步，步骤六中，所述通过泥饼清理模块利用泥饼清理程序在隧道标注区间以及结泥饼时进行泥饼清理，包括：
在监测到泥饼生成后，提前在盾构施工的前方15-25m的位置施工刷泥墙；待附着有泥饼的盾构刀盘接触到刷泥墙后，盾构通过刀盘前方泡沫孔把水从刀盘前方打入，同时降低盾构推进速度和刀盘转速，通过刀盘摩擦去除盾构刀盘上的泥饼。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明通过对施工区域的地质以及施工路线进行规划，能够实现对隧道施工中的地质的分析，得到隧道施工中复杂地质的区间，方便在这一区间进行刀盘的防结泥饼的处理；在非复杂施工区域进行刀盘监测，及时进行刀盘上泥饼的清理，实现隧道施工的方便性的提升，同时实现对盾构隧道掘进机的保护，延长使用寿命。本发明不需要对盾构机刀盘结构进行较大改造，提升了利用温度最大值判断方法的判断准确性，能及时提醒施工人员采取清除泥饼的措施，提高了盾构施工效率。本发明的泥饼去除方法节约成本工期，同时安全可靠，效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的泥岩地层盾构泥饼防结系统的结构框图。
图2是本发明实施例提供的泥岩地层盾构泥饼防结方法的流程图。
图3是本发明实施例提供的通过地质分析模块利用地质分析程序进行获取的施工区域的地质信息进行分析的流程图。
图4是本发明实施例提供的通过地质模型构建模块利用地质模型构建程序依照施工区域地质分析结果进行施工区域的地质模型的构建的流程图。
图5是本发明实施例提供的通过泥饼监测模块利用泥饼监测程序对盾构机的刀盘上的泥饼进行监测的流程图。
图1中：1、施工信息获取模块；2、隧道路径分析模块；3、地质分析模块；4、中央控制模块；5、地质模型构建模块；6、隧道路径植入模块；7、隧道施工模型分析模块；8、盾构机参数获取模块；9、定位模块；10、泥饼监测模块；11、泥饼清理模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种泥岩地层盾构泥饼防结系统及防结方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的泥岩地层盾构泥饼防结系统包括：
施工信息获取模块1、隧道路径分析模块2、地质分析模块3、中央控制模块4、地质模型构建模块5、隧道路径植入模块6、隧道施工模型分析模块7、盾构机参数获取模块8、定位模块9、泥饼监测模块10、泥饼清理模块11；
施工信息获取模块1，与中央控制模块4连接，用于通过施工信息获取程序获取施工信息，所述施工信息包括隧道路径、施工区域地质；
隧道路径分析模块2，与中央控制模块4连接，用于通过隧道路径分析程序对隧道路径进行分析；
地质分析模块3，与中央控制模块4连接，用于通过地质分析程序进行获取的施工区域的地质信息进行分析；
中央控制模块4，与施工信息获取模块1、隧道路径分析模块2、地质分析模块3、地质模型构建模块5、隧道路径植入模块6、隧道施工模型分析模块7、盾构机参数获取模块8、定位模块9、泥饼监测模块10、泥饼清理模块11连接，用于通过主控机控制各个模块正常运行；
地质模型构建模块5，与中央控制模块4连接，用于通过地质模型构建程序依照施工区域地质分析结果进行施工区域的地质模型的构建；
隧道路径植入模块6，与中央控制模块4连接，用于通过隧道路径植入程序依照隧道路径分析结果将隧道路径植入地质模型中，得到隧道施工模型；
隧道施工模型分析模块7，与中央控制模块4连接，用于通过隧道施工模型分析程序对隧道施工模型进行分析，确定隧道施工中地质复杂的区间，并对所述区间进行标注；
盾构机参数获取模块8，与中央控制模块4连接，用于通过盾构机参数获取程序进行盾构机参数的获取；
定位模块9，与中央控制模块4连接，用于通过盾构机定位程序进行隧道施工中盾构机位置的确定；
泥饼监测模块10，与中央控制模块4连接，用于通过泥饼监测程序对盾构机的刀盘上的泥饼进行监测，得到结泥饼与否的结论；
泥饼清理模块11，与中央控制模块4连接，用于通过泥饼清理程序在隧道标注区间以及结泥饼时进行泥饼清理。
如图2所示，本发明实施例提供的泥岩地层盾构泥饼防结方法包括以下步骤：
S101，通过施工信息获取模块利用施工信息获取程序获取施工信息，所述施工信息包括隧道路径、施工区域地质；
S102，通过隧道路径分析模块利用隧道路径分析程序对隧道路径进行分析；通过地质分析模块利用地质分析程序进行获取的施工区域的地质信息进行分析；
S103，通过地质模型构建模块利用地质模型构建程序依照施工区域地质分析结果进行施工区域的地质模型的构建；通过隧道路径植入模块利用隧道路径植入程序依照隧道路径分析结果将隧道路径植入地质模型中，得到隧道施工模型；
S104，通过隧道施工模型分析模块利用隧道施工模型分析程序对隧道施工模型进行分析，确定隧道施工中地质复杂的区间，并对所述区间进行标注；
S105，通过盾构机参数获取模块利用盾构机参数获取程序进行盾构机参数的获取；通过定位模块利用盾构机定位程序进行隧道施工中盾构机位置的确定；
S106，通过泥饼监测模块利用泥饼监测程序对盾构机的刀盘上的泥饼进行监测，得到结泥饼与否的结论；通过泥饼清理模块利用泥饼清理程序在隧道标注区间以及结泥饼时进行泥饼清理。
如图3所示，步骤S102中，本发明实施例提供的通过地质分析模块利用地质分析程序进行获取的施工区域的地质信息进行分析，包括：
S201，获取施工区域的遥感图像，为基于遥感图像的构造解译；
S202，导入经过网格化处理和配准好的覆盖研究区的重力和航空磁力异常等值图；
S203，通过分析异常形态和分布特征，来验证遥感解译格架构造的可靠性和推断构造的深部特征，如果解译格架构造在航磁、重力异常上有显示，则保留；没有则删除；
S204，导入施工区域的地质图数据库，选择格架构造一定距离内的包含地层和岩体属性的多边形，推断格架构造的施工区域的地质信息。
步骤S201中，本发明实施例提供的为基于遥感图像的构造解译，包括：将施工区域的带有地理坐标的遥感图像置至于同一视域内，获得格架构造；然后逐级放大进行区域构造解译，解译出区域构造。
如图4所示，步骤S103中，本发明实施例提供的通过地质模型构建模块利用地质模型构建程序依照施工区域地质分析结果进行施工区域的地质模型的构建，包括：
S301，针对施工区域利用获取的钻孔点数据构建初始的地层界面；
S302，利用几何自适应方法对构建的地层界面进行光滑处理，生成构建完成的地层界面；
S303，利用构建完成的地层界面构建三维地层实体；
S304，利用生成的三维地质实体和构建完成的地质界面整合生成三维地质模型。
步骤S301中，本发明实施例提供的针对施工区域利用获取的钻孔点数据构建初始的地层界面，包括：人工划分好地层界面，然后利用已经划分完地层界面的钻孔点数据生成网格，并且在地层界面起伏大且钻孔数量少的区域采用数据插值方法增加原始的钻孔点密度。
步骤S105中，本发明实施例提供的盾构机参数为盾构机掘进参数，包括：盾构机推力、扭矩、掘进速度、刀盘温度。
如图5所示，步骤S106中，本发明实施例提供的通过泥饼监测模块利用泥饼监测程序对盾构机的刀盘上的泥饼进行监测，包括：
S401，在盾构机正常掘进过程中，监测掘进循环中刀盘的最高温度；
S402，当所述循环温度大于刀盘的最高温度，且刀盘推力、扭矩持续增加时，计算停机时盾构机刀盘的降温速率；
S403，依照盾构机参数进行结泥饼掘进数据库的构建；
S404，对比结泥饼掘进数据库中停机时刀盘的降温速率，如果降温速率小于数据库中存储的相同工况下的结泥饼时的降温速率，则判断有泥饼形成。
步骤S404中，本发明实施例提供的判断有泥饼形成后，还包括：出现结泥饼现象，则保存温度数据与掘进参数到结泥饼掘进数据库。
步骤S106中，本发明实施例提供的通过泥饼清理模块利用泥饼清理程序在隧道标注区间以及结泥饼时进行泥饼清理，包括：
在监测到泥饼生成后，提前在盾构施工的前方15-25m的位置施工刷泥墙；待附着有泥饼的盾构刀盘接触到刷泥墙后，盾构通过刀盘前方泡沫孔把水从刀盘前方打入，同时降低盾构推进速度和刀盘转速，通过刀盘摩擦去除盾构刀盘上的泥饼。
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。