一种大坡度盾构始发反力架安全监测系统及监测方法与流程
一种大坡度盾构始发反力架安全监测系统及监测方法与流程
本发明涉及大坡度盾构监测领域，具体涉及一种大坡度盾构始发反力架安全监测系统及监测方法。
背景技术
盾构始发是隧道工程中的关键节点，反力架则是在盾构始发过程中为盾构前进提供反力的装置，同时直接影响盾构机始发阶段的掘进姿态。由于盾构机的质量非常大，盾构始发时的反力也非常大，在这一过程中反力架不能出现偏移或较大变形，否则会造成负环管片变形进而影响盾构始发。这就要求反力架有足够的承载能力和稳定性，尤其是在大坡度始发条件下，反力架的受力较水平始发复杂，影响反力架稳定的因素增加。因此，为了保证盾构始发能够平稳推进，同时保持隧道轴线的稳定，防止发生偏移，盾构始发过程中反力架的安全监测及控制至关重要。
当前针对盾构始发反力架的监测手段主要是数值模拟，数值模拟通过对反力架建模，来模拟盾构始发掘进时的反力架的受力情况，在始发前需要加固反力架，但数值模拟往往无法完全还原现场施工环境，无法避免突发情况；对反力架的整体变形观测不够直观，并且反力架上个别部位由于施工条件限制无法进行监测，尤其是在大坡度始发条件下，监测条件更加困难，无法及时发现盾构异常掘进姿态。
因此，提供一种大坡度盾构始发反力架安全监测系统及监测方法，已是一个值得研究的问题。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于更加直观、准确、及时发现反力架变形异常，以辅助操作人员及时采取加固措施。
本发明提供的一种大坡度盾构始发反力架安全监测系统及监测方法，包括反力架，还包括监测单元和控制主机；
反力架，包括反力架体和支撑架体，所述支撑架体位于所述反力架体的背面，用于支撑所述反力架体；
监测单元，布设于所述反力架体和所述支撑架体表面，且与所述控制主机电性连接，用于实时监测所述反力架体和所述支撑架体的物理参数，并将监测数据实时传输至所述控制主机；
控制主机，所述控制主机中设有数据处理单元、三维显示单元和告警单元，所述数据处理单元接收监测单元的监测数据并进行数据处理；所述三维显示单元实时显示反力架在受力时的三维动态模型；告警单元在监测数据超出预设控制值时，进行报警提示。
作为优选方案，所述反力架体表面设有圆形贯穿孔，该圆形贯穿孔内侧设有环形的反力架钢，所述支撑架体包括上部支撑、立柱支撑和下部支撑，所述立柱支撑位于所述反力架体的横梁或立柱上，所述下部支撑为现浇混凝土墙。
作为优选方案，所述上部支撑和立柱支撑为杆状钢结构支撑，所述立柱支撑、所述反力架体以及所述下部支撑构成三角形支撑结构。
作为优选方案，所述监测单元包括阵列式柔性测斜仪和表面应变计，其中，所述阵列式柔性测斜仪布设在所述反力架钢内弧面，且呈环向布置，其输出接口与所述控制主机电性连接；所述表面应变计布设在所述上部支撑和立柱支撑上，且沿长度方向布设，其输出接口与所述控制主机电性连接。
作为优选方案，所述阵列式柔性测斜仪由多节等长的独立传感器单元串联而成，所述独立传感器单元包括近端固定节和传感器节；所述传感器节包括位移传感器和倾角传感器。
作为优选方案，所述表面应变计包括近端固定节以及首节传感器，所述首节传感器用于监测数据的采集与输送。
作为优选方案，所述近端固定节包括传感器安装接口、电缆通道以及固定所述传感器节或所述首节传感器的连接基座，所述连接基座通过螺栓进行固定。
作为优选方案，所述数据处理单元对原始数据的滤波、分析、计算。
一种大坡度盾构始发反力架安全监测方法，监测对象为所述反力架钢变形和所述支撑架体轴力，包括以下步骤：
s1、反力架安装：
与隧道设计轴线对齐，安装和施工反力架体和支撑架体；
s2、布设监测单元：
在反力架钢的环内弧面上布设阵列式柔性测斜仪，用线缆连接所述阵列式柔性测斜仪输出接口与所述控制主机；在所述支撑架体上布设表面应变计，用线缆连接所述表面应变计与所述控制主机；
s3、设置坐标系：
以所述反力架钢圆心为空间坐标系原点，标定步骤s2中阵列式柔性测斜仪和表面应变计坐标；
s4、图像初始设置：
将步骤s3中监测单元的初始位置坐标输入到所述控制主机，在三维显示单元中设置所监测的钢环截面的初始图像；
在数据处理单元对监测数据处理后，通过三维显示单元相对于初始标准反力架钢的三维变形圆环图像；
s5、自动监测及告警：
设置反力架钢变形及所述钢支撑轴力控制值后，当所述变形和轴力超过控制值即触发告警单元，提醒操作人员及时采取应急措施。
积极有益效果
本发明中的反力架安全监测系统能更加直观、准确的呈现出反力架在始发过程中的变形情况，利于及时发现反力架变形异常，通过实时监控与数据分析，能有效保障反力架的安全，以辅助操作人员及时采取加固措施，防止受反力架变形影响，导致负环管片之间发生错台，减少施工过程中的安全隐患，提升施工效率和工程质量，降低因结构故障而造成的时间和成本损失，还提升了整体施工过程的可控性和精准度。
技术特征
一种大坡度盾构始发反力架安全监测系统及监测方法，包括反力架，其特征在于：还包括监测单元（4）和控制主机（6）；
根据权利要求1所述的一种大坡度盾构始发反力架安全监测系统及监测方法，其特征在于：所述反力架体（1）表面设有圆形贯穿孔，该圆形贯穿孔内侧设有环形的反力架钢（3），所述支撑架体（2）包括上部支撑（201）、立柱支撑（202）和下部支撑，所述立柱支撑（202）位于所述反力架体（1）的横梁或立柱上，所述下部支撑为现浇混凝土墙。
根据权利要求2所述的一种大坡度盾构始发反力架安全监测系统及监测方法，其特征在于：所述上部支撑（201）和立柱支撑（202）为杆状钢结构支撑，所述立柱支撑（202）、所述反力架体（1）以及所述下部支撑构成三角形支撑结构。
根据权利要求2或3所述的一种大坡度盾构始发反力架安全监测系统及监测方法，其特征在于：所述监测单元（4）包括阵列式柔性测斜仪（401）和表面应变计（402）；
根据权利要求4所述的一种大坡度盾构始发反力架安全监测系统及监测方法，其特征在于：所述阵列式柔性测斜仪（401）由多节等长的独立传感器单元串联而成，所述独立传感器单元包括近端固定节和传感器节；所述传感器节包括位移传感器和倾角传感器。
根据权利要求5所述的一种大坡度盾构始发反力架安全监测系统及监测方法，其特征在于：所述表面应变计（402）包括近端固定节以及首节传感器，所述首节传感器用于监测数据的采集与输送。
根据权利要求6所述的一种大坡度盾构始发反力架安全监测系统及监测方法，其特征在于：所述近端固定节包括传感器安装接口、电缆通道以及固定所述传感器节或所述首节传感器的连接基座，所述连接基座通过螺栓进行固定。
根据权利要求2所述的一种大坡度盾构始发反力架安全监测系统及监测方法，其特征在于：所述数据处理单元对原始数据的滤波、分析、计算。
一种大坡度盾构始发反力架安全监测方法，采用如权利要求4-8任一项所述的一种大坡度盾构始发反力架安全监测系统进行，其特征在于，监测对象为所述反力架钢（3）变形和所述支撑架体（2）轴力，包括以下步骤：
技术总结
本发明公开了一种大坡度盾构始发反力架安全监测系统及监测方法，包括反力架，还包括监测单元和控制主机；反力架，包括反力架体和支撑架体，所述支撑架体位于所述反力架体的背面；监测单元，布设于所述反力架体和所述支撑架体表面，用于实时监测所述反力架体和所述支撑架体的物理参数，并将监测数据实时传输至所述控制主机；控制主机，所述控制主机中设有数据处理单元、三维显示单元和告警单元。有益效果在于：本发明能更加直观、准确的呈现出反力架在始发过程中的变形情况，以便于及时发现反力架变形异常，及时采取加固措施，减少施工过程中的安全隐患，提升施工效率和工程质量。
技术研发信息
技术研发人员：曹林卫,杨帆,陈杨,舒计城,王渊,吴君才,于鑫洋,谢文强,沈鹏,王健,靳军伟,李明宇,游英彬
受保护的技术使用者：中铁十四局集团大盾构工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/3