一种搭载于盾构尾部的同步注浆实时监测系统及方法

本发明涉及盾构机同步注浆监测，特别是涉及一种搭载于盾构尾部的同步注浆实时监测系统及方法。

背景技术：

1、盾构法作为隧道施工建设中的一种日益流行的施工方法，在我国得到了广泛应用。盾构法通过盾构外壳和管片支承围岩隧道的坍塌，同时在开挖面前方使用切削装置进行土体开挖。

2、同步注浆是盾构法掘进的重要过程，是指在盾构机向前推进时同时向盾尾空隙注入适量的具有一定早期强度的注浆材料，待其固化硬结。从而起到控制地面沉降与保护隧道的作用。

3、当盾构机在软弱围岩中掘进时，同步注浆过程经常出现浆液流失严重、注浆压力过大导致管片开裂等工程问题，从而引起地表沉降，造成严重的工程灾害。因此，同步注浆监测是控制注浆质量的重要内容之一，对于盾构施工安全有着极为重要的意义。

4、然而目前现有市场上的同步注浆雷达监测系统主要以人工监测为主，主观性大且监测时间往往滞后，在准确反映浆液性质上还存在极大的限制，无法满足对同步注浆浆液实时监控的需要，因此亟需一种搭载于盾构尾部的同步注浆实时监测系统及方法来解决。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种搭载于盾构尾部的同步注浆实时监测系统及方法，以解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种搭载于盾构尾部的同步注浆实时监测系统，包括盾壳，所述盾壳行进方向的后端位于围岩和管片之间，所述盾壳行进方向的后端设有注浆组件和注浆雷达监测组件，所述注浆雷达监测组件电性连接有信息处理决策系统，所述信息处理决策系统与所述注浆组件电性连接。

4、优选的，所述注浆雷达监测组件包括半开口金属保护盒，所述半开口金属保护盒与所述盾壳行进方向的后端固接，所述半开口金属保护盒顶部外侧固接有测温测压部，所述半开口金属保护盒内设有自发自收雷达组件，所述自发自收雷达组件远离发射端的一侧设有自旋转装置，所述自旋转装置用于调整所述自发自收雷达组件朝向，所述半开口金属保护盒远离所述盾壳的一端固接有保护板，所述测温测压部、所述自发自收雷达组件与所述信息处理决策系统电性连接，所述半开口金属保护盒与所述保护板之间设有密封部。

5、优选的，所述测温测压部包括温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和所述压力传感器分别与所述半开口金属保护盒外壁固接，所述温度传感器和所述压力传感器分别与所述信息处理决策系统电性连接。

6、优选的，所述密封部包括止水橡胶，所述止水橡胶的一侧与所述半开口金属保护盒远离所述盾壳一端固接，所述止水橡胶另一端与所述保护板固接。

7、优选的，所述信息处理决策系统包括压力信号接收器、雷达主机和温度信号接收器，所述压力信号接收器与所述压力传感器电性连接，所述温度信号接收器与所述温度传感器电性连接，所述雷达主机与所述自发自收雷达组件电性连接，所述压力信号接收器、所述雷达主机和所述温度信号接收器分别电性连接有综合决策装置，所述综合决策装置与所述注浆组件电性连接。

8、优选的，所述注浆组件包括压力控制系统，所述压力控制系统与所述综合决策装置电性连接，所述压力控制系统电性连接有注浆泵，所述注浆泵的出液端设置在所述盾壳行进方向的后端，所述注浆泵的进液端连通有浆液储存箱。

9、一种搭载于盾构尾部的同步注浆实时监测方法，基于一种搭载于盾构尾部的同步注浆实时监测系统，包括以下步骤：

10、s1、将所述注浆雷达监测组件安装在所述盾壳行进方向的后端；

11、s2、通过所述注浆组件向所述围岩和所述管片之间注浆，同时使用所述注浆雷达监测组件对温度、压力和雷达信息进行实时监测；

12、s3、根据所述注浆雷达监测组件监测到的温度、压力实时数据、雷达数据和所述注浆组件的实时注浆压力，将信号传输至所述信息处理决策系统；

13、s4、所述信息处理决策系统将温度、压力实时数据、雷达数据和所述注浆组件的实时注浆压力进行处理，控制所述注浆组件的注浆压力。

14、优选的，所述s4中，所述信息处理决策系统通过pca算法和contourlet变换对雷达信号进行处理。

15、本发明具有如下技术效果：使用时，随着盾构机的掘进，同时在隧道侧壁周围安装管片，将盾壳行进方向后端的注浆组件的出液端设置在围岩和管片之间，随着盾构机的掘进同时向围岩和管片之间注入浆料，并通过注浆雷达监测组件实时监测围岩和管片之间围成的监测区域，将温度、压力及雷达信息传输至信息处理决策系统，同时注浆组件的注浆压力也传输至信息处理决策系统中，信息处理决策系统通过对温度、压力及雷达信息进行处理并决断，实时调整注浆组件的注浆压力，本发明可以对盾构掘进过程中对同步注浆浆液进行实时探测，保障了工程掘进的需求，同时可以通过注浆雷达监测组件得到更加清晰的雷达图像，提高检测结果，同时信息处理决策系统可以根据监测结果智能化调整注浆压力，减小了施工作业人员的主观性影响，实现了自动监测，自动调节。

技术特征：

1.一种搭载于盾构尾部的同步注浆实时监测系统，其特征在于：包括盾壳(11)，所述盾壳(11)行进方向的后端位于围岩(10)和管片(8)之间，所述盾壳(11)行进方向的后端设有注浆组件和注浆雷达监测组件(1)，所述注浆雷达监测组件(1)电性连接有信息处理决策系统(2)，所述信息处理决策系统(2)与所述注浆组件电性连接。

2.根据权利要求1所述一种搭载于盾构尾部的同步注浆实时监测系统，其特征在于：所述注浆雷达监测组件(1)包括半开口金属保护盒(21)，所述半开口金属保护盒(21)与所述盾壳(11)行进方向的后端固接，所述半开口金属保护盒(21)顶部外侧固接有测温测压部，所述半开口金属保护盒(21)内设有自发自收雷达组件(19)，所述自发自收雷达组件(19)远离发射端的一侧设有自旋转装置(20)，所述自旋转装置(20)用于调整所述自发自收雷达组件(19)朝向，所述半开口金属保护盒(21)远离所述盾壳(11)的一端固接有保护板(17)，所述测温测压部、所述自发自收雷达组件(19)与所述信息处理决策系统(2)电性连接，所述半开口金属保护盒(21)与所述保护板(17)之间设有密封部。

3.根据权利要求2所述一种搭载于盾构尾部的同步注浆实时监测系统，其特征在于：所述测温测压部包括温度传感器(15)和压力传感器(16)，所述温度传感器(15)和所述压力传感器(16)分别与所述半开口金属保护盒(21)外壁固接，所述温度传感器(15)和所述压力传感器(16)分别与所述信息处理决策系统(2)电性连接。

4.根据权利要求2所述一种搭载于盾构尾部的同步注浆实时监测系统，其特征在于：所述密封部包括止水橡胶(18)，所述止水橡胶(18)的一侧与所述半开口金属保护盒(21)远离所述盾壳(11)一端固接，所述止水橡胶(18)另一端与所述保护板(17)固接。

5.根据权利要求3所述一种搭载于盾构尾部的同步注浆实时监测系统，其特征在于：所述信息处理决策系统(2)包括压力信号接收器(4)、雷达主机(5)和温度信号接收器(6)，所述压力信号接收器(4)与所述压力传感器(16)电性连接，所述温度信号接收器(6)与所述温度传感器(15)电性连接，所述雷达主机(5)与所述自发自收雷达组件(19)电性连接，所述压力信号接收器(4)、所述雷达主机(5)和所述温度信号接收器(6)分别电性连接有综合决策装置(7)，所述综合决策装置(7)与所述注浆组件电性连接。

6.根据权利要求5所述一种搭载于盾构尾部的同步注浆实时监测系统，其特征在于：所述注浆组件包括压力控制系统(3)，所述压力控制系统(3)与所述综合决策装置(7)电性连接，所述压力控制系统(3)电性连接有注浆泵(13)，所述注浆泵(13)的出液端设置在所述盾壳(11)行进方向的后端，所述注浆泵(13)的进液端连通有浆液储存箱(14)。

7.一种搭载于盾构尾部的同步注浆实时监测方法，基于权利要求1-6任一所述的一种搭载于盾构尾部的同步注浆实时监测系统，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种搭载于盾构尾部的同步注浆实时监测方法，其特征在于：所述s4中，所述信息处理决策系统(2)通过pca算法和contourlet变换对雷达信号进行处理。

技术总结
本发明涉及盾构机同步注浆监测技术领域，特别是涉及一种搭载于盾构尾部的同步注浆实时监测系统及方法，包括盾壳，盾壳行进方向的后端位于围岩和管片之间，盾壳行进方向的后端设有注浆组件和注浆雷达监测组件，注浆雷达监测组件电性连接有信息处理决策系统，信息处理决策系统与注浆组件电性连接。本发明可以对盾构掘进过程中对同步注浆浆液进行实时探测，保障了工程掘进的需求，同时可以通过注浆雷达监测组件得到更加清晰的雷达图像，提高检测结果，同时信息处理决策系统可以根据监测结果智能化调整注浆压力，减小了施工作业人员的主观性影响，实现了自动监测，自动调节。

技术研发人员：李树忱,彭科峰,童里,王修伟,陈祎,王新宇,李振,李洛宁
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14