一种测试围岩对全断面隧道掘进机护盾挤压力的压力盒的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种测试围岩对全断面隧道掘进机护盾挤压力的压力盒，将杯形底座的底部焊接在护盾外表面，杯形底座与护线套管相连，在顶部环形盒盖的一端有盒盖外边缘，在盒盖外边缘内有内侧螺纹，在杯形底座上端有外侧螺纹，将压力传感器放入杯形底座中，将压力传感器自带的压力传感器电缆线从杯形底座上端凹槽中穿出，在压力传感器电缆线周围套上装有护线套管，再将环形盒盖盖上，将杯形底座和环形盒盖间螺纹连接，同时压力传感器自带的压力传感器压力触头从环形盒盖中心圆孔露出。结构简单，制作方便，大大提高了安装成功率和长期牢固性，从而实现了围岩对TBM护盾挤压力的准确测量。
【专利说明】
一种测试围岩对全断面隧道掘进机护盾挤压力的压力盒
技术领域
[0001] 本发明涉及TBM隧道围岩与护盾相互作用测试及分析技术领域，更具体涉及一种 围岩对TBM护盾挤压力测试的装置，也可应用于地下工程围岩与钢支护结构间相互作用压 力测试。
【背景技术】
[0002] TBM(全断面隧道掘进机）已在长大隧道和矿井深部岩石巷道掘进中得到越来越广 泛的应用。其中，围岩对TBM护盾挤压力测试是进行护盾式TBM护盾荷载分析和卡盾事故预 测分析的关键，尤其是当TBM穿越地质条件较差的区域，压力盒是其测试的主要手段。而护 盾外表面为一光滑圆筒形钢表面且随TBM掘进而不断前移，若采用操作简便的AB胶、环氧胶 等胶水将传感器胶粘在护盾外表面上，则安装在护盾上的传感器在随TBM掘进前移时因这 类胶的抗剪强度较低极易被周围接触上的岩石剐蹭掉，使得传感器失效。亦不能将压力传 感器直接焊接在护盾或其他钢质支护结构上，因为焊接产生的高温将损坏传感器内部结 构。因此，拟开发一种安装简便、牢固、读数准确的测试围岩对TBM护盾挤压力的新型压力 盒。
【发明内容】
[0003] 为解决上述的难题，本发明的目的是在于提供了一种测试围岩对全断面隧道掘进 机护盾挤压力的压力盒，结构简单，制作方便，大大提高了安装成功率和长期牢固性，从而 实现围岩对TBM护盾挤压力的准确测量。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
[0005] -种测试围岩对全断面隧道掘进机(TBM)护盾挤压力的压力盒，包括:杯形底座、 环形盒盖、压力传感器和护线套管。其连接关系是:将杯形底座的底部焊接在护盾外表面， 杯形底座与护线套管相连，在顶部环形盒盖的外端有盒盖外边缘，在盒盖外边缘内刻有内 侧螺纹，在杯形底座上端刻有外侧螺纹，将压力传感器放入杯形底座中，将压力传感器自带 的压力传感器电缆线从杯形底座上端凹槽中穿出，在压力传感器电缆线周围套上装有护线 套管，再将环形盒盖盖上，将杯形底座和环形盒盖间螺纹连接(拧紧），同时压力传感器自带 的压力传感器压力触头从环形盒盖中心圆孔露出，便构成了测量围岩对TBM护盾挤压力的 压力盒，其结构关系及其作用为:加工制作一上端留有凹槽和刻有螺纹的杯形底座，现场测 试时将杯形底座底部焊接在全断面隧道掘进机(TBM)护盾外表面上，用于放置压力传感器 和将传感器固定到被测物体TBM护盾外表面上，并在监测测试时起到抵抗TBM前移时围岩与 传感器接触后的剪切力的作用;现场安装时待该底座焊接冷却后将压力传感器放入这一杯 形底座中，将传感器电缆线从杯形底座上端凹槽中引出，并在电缆线周围敷设护线套管用 于保护电缆线以免在护盾前移时被接触上的岩石挤压、磨损;制作开有中心圆孔、外边缘内 侧刻有螺纹的环形盒盖，盖住内部放置的压力传感器，且使得压力传感器的压力触头露出， 能够接触周围的岩石;待压力传感器放入杯形底座后盖上该环形盒盖，将环形盒盖与杯形 底座通过螺纹紧固连接，此时压力传感器顶部的压力触头从环形盒盖中心圆孔露出，便构 成了测试围岩对TBM护盾挤压力的压力盒。
[0006] 本发明的制作流程为:根据选用的压力传感器尺寸设计杯形底座和环形盒盖的尺 寸，在不锈钢铸铁中按照设计尺寸车出一杯形底座，在杯形底座开口上端的外表面车出螺 距Imm的外螺纹，在杯形底座上端按设计尺寸开一方形凹槽;在不锈钢铸铁中按照设计尺寸 车出一圆形盒盖，在盒盖外端边缘的内表面全范围车出螺距Imm的内侧螺纹，在盒盖顶面中 央切割出一直径20mm的圆孔，形成外端边缘内表面具有内侧螺纹的环形盒盖，从而形成压 力传感器的安装外壳;将圆柱形或圆饼形压力传感器放入杯形底座，将传感器电缆线从杯 形底座上端凹槽处引出，盖上环形盒盖，压力传感器顶部压力触头从该环形盒盖中心圆孔 露出，拧紧杯形底座与环形盒盖间的螺纹，便制作出了测试围岩对全断面隧道掘进机(TBM) 护盾挤压力的压力盒。
[0007] 本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
[0008] (1)安装时焊接高温不会传递到压力传感器上，不会损坏传感器内部结构。
[0009] (2)安装牢固可避免传感器随护盾和TBM掘进前移时被围岩剐蹭损坏和掉落。
[0010] (3)同时保证了传感器电缆线和压力触头能顺利出露，有利于准确测量围岩对护 盾挤压力。
[0011] 已将设计的这种压力盒应用于某TBM工程现场监测，护盾长度12m，从与刀盘相距 Im处开始安装压力盒，在拱顶、左右两肩、左右两帮各安装一排压力盒，每排内间距Im安装 一个压力盒，监测结果见下表1:
[0012] 表1某一时刻围岩对护盾挤压力P1沿护盾长度分布监测结果
[0014] 据表1可绘制出该时刻围岩对护盾挤压力沿护盾长度方向的分布规律，见图4。
[0015] 此外，还监测获取了 TBM停机时围岩对护盾挤压力随时间的演化规律。以拱顶距离 开挖面3m处的测点为例说明，测试的挤压力随时间的演化规律见表2和图5:
[0016]表2围岩对护盾挤压力Pi随时间演化规律监测结果
【附图说明】
[0019]图1为一种测试围岩对TBM护盾挤压力的压力盒整体主视图。
[0020]图2为一种杯形底座俯视图。
[0021 ]图3为一种环形盒盖俯视图。
[0022]图4围岩对护盾挤压力Pi空间分布规律。
[0023]图5围岩对护盾挤压力Pi随时间分布规律。
[0024] 图中：1·杯形底座、2.环形盒盖、3.压力传感器(型号YY-C125-10KN)、4.护线套管、 5.外侧螺纹、6.杯形底座上端凹槽、7.压力传感器(YY-C125-10KN)电缆线、8.盒盖中心圆 孔、9.盒盖外边缘、10.环形盒盖外边缘内侧螺纹、11.压力传感器(YY-C125-10KN)压力触 头。
【具体实施方式】 [0025] 实施例1:
[0026]下面结合附图，对本发明作进一步详细描述。
[0027] 一种测试围岩对全断面隧道掘进机(TBM)护盾挤压力的压力盒，它包括:杯形底座 1、环形盒盖2、压力传感器3和护线套管4。其连接关系是:将杯形底座1的底部焊接在护盾外 表面，杯形底座1与护线套管4相连，在顶部环形盒盖2的一端有盒盖外边缘9，在盒盖外边缘 9内有内侧螺纹10，在杯形底座1上端有外侧螺纹5，将压力传感器3放入杯形底座1中，将压 力传感器3自带的压力传感器电缆线7从杯形底座1上端凹槽6中穿出，在压力传感器电缆线 7周围套上装有护线套管4,再将环形盒盖2盖上，将杯形底座1和环形盒盖2间螺纹连接(拧 紧），同时压力传感器3自带的压力传感器压力触头11从环形盒盖中心圆孔8露出，便构成了 测量围岩对TBM护盾挤压力的压力盒，该安装底座各个组成部件间的连接关系:根据围岩与 护盾式TBM护盾之间扩挖间隙的大小选择压力传感器3(型号YY-C125-10KN)(尺寸高记为h， 内径记为r，该压力传感器尺寸为h = 11.5mm，r = 13mm)，根据压力传感器3的直径和高度设 计杯形底座1的尺寸(杯形底座高H=h+20mm，内径Ri = r，外径R〇 = r+5mm)，从不锈钢铸铁中 车出杯形底座1，在杯形底座1上端8mm范围内刻有螺距Imm的外侧螺纹5,在测试时将杯形底 座1焊接在护盾外表面。在杯形底座上部开一方形凹槽6(高=宽=2倍传感器电缆线直径）， 杯形底座1用于放置压力传感器3和将传感器3固定到被测物体护盾外表面上;并根据压力 传感器3的直径、压力触头11的高度和直径设计顶部环形盒盖2(环形盒盖内径Ri'=杯形底 座外径R〇 = ：r+5mm，外径R'。=内径+5mm，中心圆孔半径R' = 10mm，外边缘高度H' =8mm，底厚 压力触头高度），在顶部环形盒盖2中心开一半径为IOmm的圆孔8,在顶部环形盒盖2外 边缘9的内表面制作螺距Imm的内侧螺纹10,用于固定压力传感器3;现场测试时，将杯形底 座1的底部焊接在护盾外表面，待冷却后，将压力传感器3放入杯形底座1中，将压力传感器3 自带的电缆线7从杯形底座1上端凹槽6中穿出，在电缆线7周围套上护线套管4,再将环形盒 盖2盖上，将杯形底座1和环形盒盖2间螺纹拧紧，同时压力传感器3自带的压力触头11从环 形盒盖中心圆孔8露出，便构成了测量围岩对TBM护盾挤压力的压力盒，结构详见图1。
【主权项】
1. 一种测试围岩对全断面隧道掘进机护盾挤压力的压力盒，它包括杯形底座（1)、环形 盒盖(2)、压力传感器(3)和护线套管(4)，其连接关系是:将杯形底座（1)的底部焊接在护盾 外表面，杯形底座（1)与护线套管(4)相连，在顶部环形盒盖(2)的一端有盒盖外边缘(9)，在 盒盖外边缘(9)内有内侧螺纹（IO)，在杯形底座（1)上端有外侧螺纹(5)，将压力传感器(3) 放入杯形底座（1)中，将压力传感器(3)自带的压力传感器电缆线7从杯形底座（1)上端凹槽 (6)中穿出，在压力传感器电缆线(7)周围套上装有护线套管(4)，再将环形盒盖(2)盖上，将 杯形底座(1)和环形盒盖(2)间通过螺纹紧固连接。2. 根据权利要求1所述的一种测试围岩对全断面隧道掘进机护盾挤压力的压力盒，其 特征在于:所述的压力传感器(3)的压力传感器压力触头（11)从环形盒盖中心圆孔(8)露 出。3. 根据权利要求1所述的一种测试围岩对全断面隧道掘进机护盾挤压力的压力盒，其 特征在于:所述的杯形底座（1)上端8mm范围内刻有螺距Imm的外侧螺纹(5 )，在测试时将杯 形底座(1)焊接在护盾外表面。4. 根据权利要求1所述的一种测试围岩对全断面隧道掘进机护盾挤压力的压力盒，其 特征在于:所述的杯形底座（1)上部开一方形凹槽6,杯形底座（1)放置压力传感器(3)和将 压力传感器(3)固定到被测物体护盾外表面上。5. 根据权利要求1所述的一种测试围岩对全断面隧道掘进机护盾挤压力的压力盒，其 特征在于:所述的环形盒盖(2)中心开一半径为IOmm的中心圆孔(8)。
【文档编号】G01L5/00GK105890837SQ201610361362
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】黄兴, 刘泉声, 彭星新, 张晓平, 张建明, 张晓波
【申请人】中国科学院武汉岩土力学研究所