一种tbm上三种超前地质预报仪器的搭载装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种TBM上三种超前地质预报仪器的搭载装置，包括便于供电/测量电极、地震波激振器和地震波传感器安置在TBM刀盘上的支撑传动及减震装置；便于斜向单孔地质雷达发射与接收天线搭载在TBM后盾上方的伸缩传动系统；在TBM掘进作业时起保护作用的仪器舱保护装置，便于控制整体探测工作的仪器舱搭载在TBM后盾内部。本发明实现了探测仪器与隧道掘进机的一体化，充分利用全断面开挖隧道探测空间和探测时间，将仪器自动、快速地布置到隧道掘进机工作面并钻设前进探查孔，成功搭载三种超前地质预报仪器，提高了超前地质预报的探测效率和自动化、快速化水平，显著增强了TBM的超前地质预报能力。
【专利说明】—种TBM上三种超前地质预报仪器的搭载装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种全断面隧道掘进机(TBM)上的搭载装置，主要涉及三种超前地质预报仪器在TBM上的专用搭载装置，属于TBM【技术领域】。
【背景技术】
[0002]近年来，世界上美国、日本、挪威、瑞士等隧道强国隧道施工中大多采用隧道掘进机施工方法，在我国隧道施工中也越来越多采用隧道掘进机施工方法。与传统的钻爆法施工项目，掘进机施工方法具有“施工速度快、开挖扰动小、安全环保”的诸多优点，但隧道掘进机对地质条件的适应性较差。当TBM遭遇不良地质情况时，经常出现突涌水、塌方和大变形等地质灾害，往往造成TBM机械被卡、被埋甚至机械报废的严重事故。为了降低TBM施工中遭遇上述事故的风险，最有效的解决方法就是采用超前地质预报技术提前探明掌子面前方不良地质情况，根据前方的地质情况预先制定合理的处置措施和施工预案，规避和预防重大灾害事故的发生。
[0003]目前，传统钻爆法施工的隧道中超前地质预报技术较为成熟，而掘进机施工隧道中超前地质预报技术尚未突破，处于起步研究阶段。与传统钻爆法施工环境相比，隧道掘进机体积庞大，占据了掌子面后方O-1OOm内的绝大部分空间，导致电磁环境极为复杂，观测空间极为狭小。掘进机施工隧道超前地质预报大多照搬钻爆法施工的超前预报技术或传统地面地球物理探测技术，而传统钻爆法隧道超前预报技术和地面地球物理探测技术无法适用于隧道掘进机施工复杂环境，经常导致误报错报，带来严重后果。目前，国际上专用于掘进机施工超前预报的技术和仪器仅有两类:一类是基于聚焦频率域激发极化的BEAM技术(Bore-Tunneling Electrical Ahead Monitoring), BEAM 技术属于一维观测方式，利用每次测量结果与隧道里程的曲线来推断掘进面前方的含水情况，未采用层析成像探测，无法获得TBM工作面前方地质体的三维信息，探测距离小，也无法预报水量。另一类是地震波超前预报技术和仪器，由于在观测模式和性能指标方面的缺陷，没有得到认可和推广。隧道掘进机施工不良地质超前预报工作缺乏实用有效的专用地球物理探测技术。
[0004]针对隧道掘进机施工环境的超前地质预报技术难题，为了较好的探明掘进机掌子面前方的地质情况，需要同时在掘进机上搭载几种有效的地球物理仪器，通过全面探测和联合解译，实现降低多解性、提高探测效果的目标。考虑到隧道掘进机装备的复杂性，要求几种地球物理仪器布置方便、高效探测，且地球物理探测方法的选择应少而精。山东大学在已有的研究基础上，经过国内外调研、理论分析和试验研究，提出了三种适用于掘进机复杂环境的新型地球物理探测方法及观测模式:前向三维激发极化探测技术、极小偏移距弹性波探测技术和单孔雷达探测技术。针对上述三种技术开展了三种探测仪器系统的研发。这三种仪器均将数据采集观测系统布置在掌子面上或钻孔中，占用很小空间，不受电磁干扰的影响。三种仪器研发中面临着一个关键的技术难题，就是如何将三种探测仪器(包括采集观测系统、仪器主机和传输线缆等)搭载在隧道掘进机上。
[0005]隧道掘进机的特殊的施工环境和特点对地球物理探测仪器的搭载装置提出了 “集成化、自动化、小型化”的技术要求。BEAM技术对刀头进行改装作为电极，而ISIS技术在掘进机刀盘上开孔安装2-3个地震波激振器，在后盾上开孔安装地震波传感器。由于这两种方法均是搭载单一探测仪器，搭载装置较为简单，不适用于多种探测仪器的搭载。前向三维激发极化、极小偏移距弹性波单孔雷达三种探测仪器的部件和单元要远多于单一探测仪器，主要包括:供电/测量电极、地震波激振器、地震波传感器、发射雷达天线、接收雷达天线，供电/传输电缆、仪器主机、电源等。其中，供电/测量电极、地震波激振器、地震波传感器、钻孔雷达发射和接收天线属于激励观测单元，需要布置到掌子面上或钻孔中，需要发明专门的装置将这些观测采集单元搭载到掘进机刀盘或后盾上；仪器主机是探测的控制指挥单元，对防震性能要求较高，可安装在掘进机后方的盾体中，需要发明专门的抗震搭载装置；供电/传输电缆主要功能是实现主机与观测采集单元的电源供电、通信、指令发送和数据传输，由于观测采集单元随着单盘转动，而主机是固定不动的，需要发明适应转动条件的供电/传输电缆的接线装置。上述装置(激励观测单元的支撑传统装置、主机的抗震搭载装置和转动电缆接线装置)就构成了隧道掘进机上三种超前地质预报仪器的专用搭载装置。隧道掘进机结构复杂，专门搭载装置的设计发明需进行统筹规划，要合理分配隧道掘进机内部有限的仪器搭载空间。刀盘属于关键部分，如何设计激励观测单元的支撑传动装置而又不影响刀盘掘进作业是一个难题；钻孔雷达接收和发射天线须安放在钻孔中，如何在掘进机后盾上设计递送和传统装置是一个难题；隧道掘进机掘进作业时会产生较强的震动，如何对观测采集单元和仪器主机等进行防震保护是一个难题；刀盘在作业时须绕主轴转动，此时主机与观测采集系统之间的电缆是断开的，在刀盘停止转动的条件下接通电缆并实施超前地质预报探测工作，如何进行供电/传输电缆的快速准确接线也是一个难题。
【发明内容】
[0006]为了克服上述现有技术的不足，本发明提出一种隧道掘进机上三种超前地质预报仪器的专门搭载装置。针对供电/测量电极、地震波激振器和地震波传感器，设计发明了安装在刀盘上的支撑传动及其减震装置，实现控制激励管观测系统的展开作业和收拢隐蔽；针对单孔雷达接收和发射天线，设计发明了安装在后盾上的自适应阻尼伸缩递送装置，可实现天线的自动递送，并避免了卡孔等问题对天线的损坏；针对刀盘转动状态切换条件下供电/传输电缆，设计发明了一种快速准确接线盘，实现了电缆的自动断开和接通；针对仪器主机，设计发明了一种减震仪器舱，在掘进机工作时起减震保护的作用。
[0007]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0008]一种TBM上三种超前地质预报仪器的搭载装置，包括便于供电/测量电极、地震波激振器和地震波传感器安置在TBM刀盘上的支撑传动及减震装置；便于斜向单孔地质雷达发射与接收天线搭载在TBM后盾上方的伸缩传动系统；在TBM掘进作业时起保护作用的仪器舱保护装置，便于控制整体探测工作的仪器舱搭载在TBM后盾内部；还可以包括适用于TBM回转式开挖方式，用来保证供电供油线路正常工作的接线盘装置。
[0009]所述支撑传动及减震装置，搭载的装置包括供电/测量电极、地震波激振器和地震波传感器的搭载装置，分为两部分:供电/测量电极作为聚焦三维激发极化探测单元；地震波激振器和地震波传感器作为整体的极小偏移距弹性波探测单元，则聚焦三维激发极化探测单元和极小偏移距弹性波探测单元的搭载装置与刀头的排布应按照下述原则进行:[0010]1.在保证刀头排布按照破岩效率较高的原则的前提下，首要考虑的就是使仪器排布能够实现较为精确的测量效果，即前向聚焦三维激发极化探测单元呈间隔一定距离的三排排列，极小偏移距弹性波探测单元按照过刀盘中心点横纵交叉的两排排列。
[0011]2.在为仪器选择位置时应当尽量选择距离刀头较远的位置，避免让保护装置承受较大的碎岩施加的压力。在确定极小偏移距弹性波探测单元的横纵两排位置时应选择角度，使得刀头尽可能多的排布在以刀盘中心为起始点所发射射线的两侧且距离较远，而射线通过的刀头数目很少。在安置聚焦三维激发极化探测单元时，应与其中一排弹性波探测单元平行安放三排探测仪器，尽量选取刀盘空间较大的位置。在两种探测单元安放的路线上，若刀头占据了仪器的位置，应在以刀头为中心的一定范围内，选取空间较大且距离刀头较远的另一位置。
[0012]3.不能选择刀盘结合缝的位置，因为接合位置内部焊接构造复杂，不利于搭载探测单元的固定与传动装置，否则会影响刀盘组装的稳定性。
[0013]所述支撑传动及减震装置包括:地震波激振器支撑传动及减震装置、供电/测量电极支撑传动及减震装置。
[0014]地震波激振器支撑传动及减震装置包括液压泵、活塞、转盘、压力传感器、固定装置、螺旋卡槽、保护装置和减震装置；所述液压泵对活塞两侧的油量进行控制，驱动活塞前进或后退，所述活塞的前端与能够旋转的转盘固定连接，所述转盘前端与地震波激振器配合，驱动地震波激振器旋转前进或后退，所述转盘和地震波激振器之间还设有压力传感器，用于反馈激发端头碰触掌子面后所受压力的信息，所述地震波激振器的外壁上设有若干凸起，凸起与螺旋卡槽配合，便于地震波激振器旋转前进或后退，所述螺旋卡槽通过固定装置固定在刀盘上，所述地震波激振器支撑传动及减震装置还设有减震垫；所述保护装置包括设置在刀盘上的卡扣，地震波激振器的激发端头伸出时，卡扣分离，地震波激振器的激发端头收回时，卡扣闭合。
[0015]所述供电/测量电极支撑传动及减震装置，包括液压泵、活塞、压力传感器、固定装置、卡槽、保护装置和减震装置；所述液压泵对活塞两侧的油量进行控制，驱动活塞前进或后退，所述活塞的前端与供电/测量电极配合，驱动供电/测量电极在沿卡槽前进或后退，所述活塞前端和供电/测量电极之间还设有压力传感器，用于反馈电极头碰触掌子面后所受压力的信息，所述卡槽通过固定装置固定在刀盘上，所述供电/测量电极支撑传动及减震装置还设有减震垫；所述保护装置包括设置在刀盘上的卡扣，供电/测量电极的电极头伸出时，卡扣分离，供电/测量电极的电极头收回时，卡扣闭合。
[0016]所述支撑传动及减震装置的原理是，包括液压传动系统及智能伸缩控制器两部分，其中液压泵作为液压系统的执行元件，通过动力元件液压泵对活塞两侧油液量的控制实现前部供电/测量电极头或超磁致伸缩换能器连同激振杆的伸缩；而在活塞推送装置的前端构造一个圆柱形腔体，并在探测单元一端添加一个片状压力传感器，通过调查当地施工的地质条件，为控制器设置可接受的最大压力值大小，由控制器自动控制探测单元前伸的位置。
[0017]所述地震波激振器支撑传动及减震装置包括保护装置、固定装置、激振器和液压伸缩传动装置四个主要部分，同时因地震波激振器工作时激振作业的特殊性，还应在内部增设螺旋状导轨结构，保证激振过程中仪器轴向的稳定，实现激发高质量的弹性波。[0018]所述地震波激振器支撑传动及减震装置、供电/测量电极的支撑传动及减震装置均包括固定装置和减震结构两部分，固定装置由螺丝固定在刀盘内侧，并在探测仪器与刀盘内表面间添加五片环状橡胶垫片用作减震结构，用来减弱TBM掘进工作时产生震动的影响。
[0019]所述伸缩传动系统，便于斜向单孔地质雷达发射与接收天线固定在TBM后盾上方，偶极发射天线与定向接收天线串接在小型钻机后端，在钻设前进探查孔的过程中，递送装置将发射天线与接收天线不断前伸，直至要求位置。
[0020]所述伸缩传动系统，包括空心伸缩杆和液压传动系统，液压传动系统驱动空心伸缩杆伸缩，空心伸缩杆搭载斜向单孔地质雷达的发射与接收天线。
[0021]所述伸缩传动系统还包括压力传感器和位于TBM后盾内的反馈控制器，当遇到卡孔等问题使天线无法继续伸缩递送，则液压传动装置自动泄压，不会继续向前递送或向后收缩，以免导致天线损坏。
[0022]所述仪器舱保护装置，包括悬架支柱、减振器、传感器、电子控制装置(E⑶)、阻尼阀和油泵；所述悬架支柱固定在TBM后盾与仪器舱之间，通过增加或减少悬架支柱中的油液，使悬架支柱伸长或压缩，使得仪器舱上升或下降。减振器安装在悬架支柱上，所述传感器将接收的信号输入电子控制装置，电子控制装置向阻尼阀发出指令，通过阻尼阀中电磁阀的开闭，调节减振器的阻尼力。所述阻尼阀安装在储压器和悬架支柱之间，并通过油管与储压器和悬架支柱连接，储压器和减震器间设有油泵，阻尼阀根据控制指令调节减振器的阻尼力。所述电子控制装置，根据震动状况自动调节减振器阻尼力使仪器舱在TBM作业过程中受到的震动明显减轻，在TBM掘进过程中，可以保证仪器的稳定性，延长仪器设备在恶劣工作环境下的使用寿命。
[0023]本发明的有益效果是，
[0024]1.本发明针对TBM机械，提出了三种超前地质预报仪器在TBM上搭载的一种装置，其包含的主要部件有供电/测量电极、地震波激振器和地震波传感器固定装置，液压伸缩控制装置，斜向单孔地质雷达发射与接收天线搭载装置，TBM搭载仪器舱以及保证线路良好的接线盘结构。这些都是在对TBM刀盘及主机内部现有空间环境和装置综合考量下的设计，可令TBM的超前地质预报能力进一步提高。
[0025]2.本发明提出了一种探测单元与刀头的排布方式，在保证刀头排布按照破岩效率较高的原则的前提下，合理安置探测单元，使得改造后的刀盘一方面不影响刀头掘进作业，另一方面也保证了多种探测装置高效工作，很好得解决了刀盘改装空间有限的问题。
[0026]3.本发明提出了一种配合压力传感器使用的液压推拉驱动装置，通过对液压伸缩系统与探测单元连接处驱动结构的改造，为驱动装置添加一个片状压力传感器；可以在液压伸缩传动装置推拉探测单元的同时，通过内部压力传感器反馈的信号与探测单元端头可承受的压力大小作比较，使液压装置将探测单元前伸至与掌子面有效接触的位置，自动传动、快速布置探测单元，并在探测活动结束后回收仪器；同时为使探测仪器伸缩快速、平稳，本发明还提出了一种螺旋凹槽稳定结构，通过在固定装置内壁增设螺旋凹槽，在探测仪器外壁增加螺旋状排列且与凹槽契合的半球结构，使得液压装置在递送或收回探测元件时更加稳定；且在激振器工作时，螺旋凹槽结构可以有效阻止探测单元在轴向的位移。
[0027]4.本发明提出了一种应用在固定装置上的减震结构，通过五片垫片组合添加在固定装置与刀盘内表面之间，减少仪器舱在TBM掘进过程中受到的震动，延长仪器的使用寿命O
[0028]5.本发明提出了一种安置在TBM后盾上方的斜向单孔地质雷达搭载装置，包括安置在TBM后盾内部的液压传动系统和用于支撑和递送发射天线和接收天线的空心伸缩杆两部分，通过雷达前端的小型钻机钻设前进探查孔，而后由液压伸缩传动装置将雷达递送至指定位置进行探测；同时设置保护反馈控制机制，在天线伸缩过程中遇到卡孔时，能够通过阻尼器缓慢施加伸缩作用力，从而保护天线端头不受损坏。
[0029]6.本发明提出了一种应用于TBM仪器舱的自适应阻尼控制悬架系统，能够根据震动状况自动调节减振器阻尼力使仪器舱TBM作业过程中受到的震动明显减轻，在TBM掘进过程中，可以保证仪器工作的稳定性，延长仪器设备在恶劣工作环境下的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是本发明TBM上三种超前地质预报仪器搭载装置的整体结构剖面图。
[0031]图2是本发明TBM刀盘改造整体排布示意图。
[0032]图3是本发明地震波激振器支撑传动及减震装置剖面图。
[0033]图4是本发明供电/测量电极支撑传动及减震装置剖面图。
[0034]图5是本发明激振器外壁半球形凸起结构示意图。
[0035]图6是本发明螺旋卡槽结构示意图。
[0036]图7是本发明减震结构示意图。
[0037]图8是本发明探测仪器保护装置剖面图。
[0038]图9是本发明伸缩传动系统示意图。
[0039]图10是本发明仪器舱保护装置结构示意图。
[0040]其中，1.刀盘，2.发射与接收天线，3.仪器舱，4.地震波传感器，5.供电/测量电极，6.地震波激振器，7.刀头，8.激发端头，9.固定装置，10.凸起，11.螺旋卡槽，12.压力传感器，13.活塞，14.液压泵，15.保护装置，16.转盘，17.电极头，18.卡槽，19.减震结构，20.卡扣，21.空心伸缩杆，22.液压传动系统，23.垫片，24.传感器，25.电子控制装置，26.阻尼阀，27.储压器，28.电磁阀，29.串联式油泵，30.减震器，31.悬架支柱。
【具体实施方式】
[0041]下面通过具体实例和附图对本发明进行进一步的阐述。
[0042]本发明所述的三种超前地质预报仪器在TBM上的搭载装置，如图1所示主要包括三部分，分别是刀盘I上探测仪器的搭载装置、TBM后盾上方斜向单孔地质雷达发射与接收天线2的搭载机构、地震波传感器4的搭载机构、仪器舱3以及主机后方前后盾连接处的接线盘。通过几部分搭载设备的协同作用，共同完成三种仪器在TBM上的运作，构成整个搭载装置。首先介绍TBM刀盘上搭载供电/测量电极5和地震波激振器6的方法和装置。
[0043]如图2所示为TBM刀盘上刀头7、供电/测量电极5和地震波激振器6的整体排布，他们在刀盘I上是按一定的数学和几何规律布置的。刀头7的布置使得TBM工作时盘形滚刀的破岩力对刀盘的作用力均匀，同时具有较高的破岩效率，类似的在布置供电/测量电极5和地震波激振器6时，首要考虑的就是使仪器排布能够实现较为精确的测量效果，即供电/测量电极5呈三排排列，地震波激振器6按照横纵交叉两排排列，同时为了方便探测过程中时分复用方法的实现，供电/测量电极5和地震波激振器6呈正交排布。
[0044]同时仪器的位置应当距离刀头7尽量远，避免使保护装置15承受较大的碎岩施加的压力。图2中，在为地震波激振器6选择安放位置时，首先寻找相互正交于刀盘I中心且被刀头7、集渣口等装置占用较少的两排位置，而且这两排位置不能是刀盘I的结合缝。然后在与任意一排地震波激振器6平行的位置，选取三行空间较大的位置安置供电/测量电极5。
[0045]在两种探测单元安放的路线上，若刀头7或集渣口占据了仪器的位置，应在以刀头7为中心的一定范围内，选取空间较大且距离刀头7较远的另一位置代替。如图2所示，刀头7正好占用了两个地震波激振器6的安放位置，于是选择刀头两侧稍稍偏离仪器排布路线的两个合理且可行的位置替代，从而保证了 TBM工作效率同时也不会影响仪器测量的准确性。
[0046]图3所示是地震波激振器6在TBM刀盘上的搭载设备，该设备主要包括:激发端头8、固定装置9、螺旋卡槽11、压力传感器12、活塞13、液压泵14和保护装置15、转盘16。
[0047]在TBM掘进作业间歇，三种探测单元时分复用开始工作，当地震波激振器6开始工作时，保护装置15开启，液压泵14推送地震波激振器6向前伸出TBM刀盘I盘面，在这个过程中，活塞13前部液压油被抽出，后部输入液压油。地震波激振器6前伸动作并不是简单的前后移动，而是旋转行进的，这样不仅保证地震波激振器6前后移动时的稳定，更加重要的是在地震波激振器6前伸至作业位置后能够保证它不会产生轴向的位移，使得激发弹性波的质量较高，这主要依靠螺旋卡槽11来完成，如图6。地震波激振器6的外壁在四个方向依次排列着半球形小凸起10，如图5所示；与之相对的，螺旋卡槽11的内壁也有螺旋状的凹槽，如图5所示，且这样的凸起10和凹槽是相互契合的，他们之间添加润滑油会使得地震波激振器6前后移动顺畅，不会产生较大的滑动摩擦力。当液压泵14对地震波激振器6施加推送力时，地震波激振器6会从液压端方向顺时针转动前伸,这时压力传感器12与液压推送端产生很严重的摩擦，损坏压力传感器12，因此在液压推送端添加一个转盘16，使之与地震波激振器6同步转动。
[0048]当激发端头8碰触到掌子面后，液压泵14继续推送地震波激振器6，使得压力传感器12的受力增大，当压力传感器12输出的信号大于根据地质条件设定的一个数值时，位于仪器舱3的控制器会作出回应，向液压泵14发出一个停止继续推送的信号，从而使地震波激振器6的激发端头8与掌子面接触密实而又不会损坏仪器。
[0049]图4所示为供电/测量电极支撑传动及减震装置整体结构图，该设备包括:电极头17、卡槽18以及和地震波激振器6 —样的固定装置9、压力传感器12、液压泵14和保护装置15。这跟地震波激振器6相比没有转盘16结构，因为聚焦三维激发极化探测单元不同于极小偏移距弹性波探测单元，对于装置整体的稳定性要求并不高。供电/测量电极支撑传动及减震装置的主要功能是实现液压泵14对探测单元的推进和回拉，通过一个空心桶状结构完成，当液压推送端与压力传感器12接触时可以驱使探测单元前伸，而当液压推送端回收时，由于推送端头被包裹起来，可以拉回探测单元。其他部分由于供电/测量电极5与地震波激振器6的工作过程基本一致，所以结构相同，不再赘述。
[0050]供电/测量电极5和地震波激振器6固定在TBM刀盘I的内侧，当TBM掘进时难免要承受较强的震动和掌子面碎岩对刀盘的冲击，这时候需要减震结构19，图7中，在大小五个圆环标识的位置添加五张塑胶垫片23可以有效减弱TBM掘进产生的震动对探测装置本身的影响；而图8中的保护装置15由两个卡扣20构成，当TBM掘进作业时，舱门关闭，保护仪器不受碎岩冲击；在探测工作开始时，舱门打开，使探测单元自由伸缩。
[0051]下面介绍TBM后盾上方斜向单孔地质雷达发射与接收天线2的搭载装置和主机内部搭载的仪器舱3。
[0052]本发明所述的斜向单孔地质雷达发射与接收天线2的搭载装置包括空心伸缩杆21和液压传动系统22,如图9所不,安置在TBM后盾内的液压传动系统22推送空心伸缩杆21拉伸，斜向单孔地质雷达前部钻机与掌子面接触，钻设前进探查孔，直至抵达指定位置；探测活动结束后，空心伸缩杆21缩回，带动斜向单孔地质雷达前部发射与接收天线2收回；通过保护反馈控制单元应对雷达天线因外部因素不能自由伸缩的问题，当雷达天线遇到卡孔等问题不能自由伸缩，则通过天线端头的压力传感器提示，伸缩递送改为阻尼控制方式，缓慢增加作用力，从而保证雷达天线不受损坏。
[0053]在TBM后盾与仪器舱3之间加入电子控制悬架，自适应阻尼控制悬架系统，ADS将横向传感器、纵向传感器等传感，24接收的信号输入电子控制装置25，并根据震动状况自动调节减振器24阻尼力使仪器舱3在TBM作业过程中受到的震动明显减轻。该系统主要有减振器30、传感器24、电子控制装置25 (E⑶)、阻尼阀26和串联式油泵29组成，如图10所示。
[0054]减振器30安装在悬架支柱31上，油液的阻尼作用产生在一个电磁阀内，电磁阀28通过高压油管与悬架支柱31连接。而5个传感器分别用来检测仪器舱3的垂直加速度、前后向移动的速度、侧向滑动和仪器舱3的负荷等信息，并将信号输入ECU，ECU处理传感器24信号后，确定保持仪器舱3稳定所需的最佳减振阻尼力，向电磁阀28发出控制信号调节减振器30的阻尼力。ECU通过计算加速度传感器、前后向速度传感器、转角传感器等输入的信号，然后与ECU存储的数值进行比较，向阻尼阀26发出指令，通过阻尼阀26中电磁阀28的开闭，调节减振器30的阻尼力。阻尼阀26安装在储压器27和悬架支柱31之间，并通过油管与储压器27和悬架支柱31连接，根据控制指令调节减振器26的阻尼力。动力转向油泵与油泵安装在一起，形成串联结构。其中叶片泵向动力转向系统供油，径向活塞泵向系统供油，串联式油泵29由皮带通过一根轴驱动。通过增加或减少悬架支柱31中的油液，使悬架支柱31伸长或压缩，使得仪器舱3上升或下降。由于前悬架支柱31油封承受负载较大，支柱油封分低压油封和高压油封两种，从高压油封泄漏的油液通过回油管流回油箱。
【权利要求】
1.一种TBM上三种超前地质预报仪器的搭载装置，其特征是，包括便于供电/测量电极、地震波激振器和地震波传感器安置在TBM刀盘上的支撑传动及减震装置；便于斜向单孔地质雷达发射与接收天线搭载在TBM后盾上方的伸缩传动系统；在TBM掘进作业时起保护作用的仪器舱保护装置，便于控制整体探测工作的仪器舱搭载在TBM后盾内部。
2.如权利要求1所述的TBM上三种超前地质预报仪器的搭载装置，其特征是，所述支撑传动及减震装置，所述供电/测量电极间隔得三排排列于刀盘上，所述地震波激振器和地震波传感器按照过刀盘中心点横纵交叉得两排排列。
3.如权利要求1所述的TBM上三种超前地质预报仪器的搭载装置，其特征是，所述支撑传动及减震装置包括:地震波激振器支撑传动及减震装置、供电/测量电极支撑传动及减震装直； 地震波激振器支撑传动及减震装置，包括液压泵、活塞、转盘、压力传感器、固定装置、螺旋卡槽、减震装置；所述液压泵对活塞两侧的油量进行控制，驱动活塞前进或后退，所述活塞的前端与能够旋转的转盘固定连接，所述转盘前端与地震波激振器配合，驱动地震波激振器旋转前进或后退，所述转盘和地震波激振器之间还设有压力传感器，用于反馈激发端头碰触掌子面后所受压力的信息，所述地震波激振器的外壁上设有若干凸起，凸起与螺旋卡槽配合，便于地震波激振器旋转前进或后退，所述螺旋卡槽通过固定装置固定在刀盘上，所述地震波激振器支撑传动及减震装置还设有减震垫； 所述供电/测量电极支撑传动及减震装置，包括液压泵、活塞、压力传感器、固定装置、卡槽、保护装置和减震装置；所述液压泵对活塞两侧的油量进行控制，驱动活塞前进或后退，所述活塞的前端与供电/测量电极配合，驱动供电/测量电极在沿卡槽前进或后退，所述活塞前端和供电/测量电极之间还设有压力传感器，用于反馈电极头碰触掌子面后所受压力的信息，所述卡槽通过固定装置固定在刀盘上，所述供电/测量电极支撑传动及减震装置还设有减震垫。
4.如权利要求3所述的TBM上三种超前地质预报仪器的搭载装置，其特征是，所述地震波激振器支撑传动及减震装置还包括保护装置，保护装置包括设置在刀盘上的卡扣，地震波激振器的激发端头伸出时，卡扣分离，地震波激振器的激发端头收回时，卡扣闭合。
5.如权利要求3所述的TBM上三种超前地质预报仪器的搭载装置，其特征是，所述供电/测量电极支撑传动及减震装置还包括保护装置，所述保护装置包括设置在刀盘上的卡扣，供电/测量电极的电极头伸出时，卡扣分离，供电/测量电极的电极头收回时，卡扣闭合。
6.如权利要求1所述的TBM上三种超前地质预报仪器的搭载装置，其特征是，所述伸缩传动系统，包括空心伸缩杆和液压传动系统，液压传动系统驱动空心伸缩杆伸缩，空心伸缩杆搭载斜向单孔地质雷达的发射与接收天线。
7.如权利要求6所述的TBM上三种超前地质预报仪器的搭载装置，其特征是，所述伸缩传动系统还包括压力传感器和位于TBM后盾内的反馈控制器，当遇到卡孔等问题使天线无法继续伸缩递送时，液压传动装置自动泄压，不会继续向前递送或向后收缩，以免导致天线损坏。
8.如权利要求1所述的TBM上三种超前地质预报仪器的搭载装置，其特征是，所述仪器舱保护装置，包括悬架支柱、减振器、传感器、电子控制装置、阻尼阀和油泵；所述悬架支柱固定在TBM后盾与仪器舱之间，通过增加或减少悬架支柱中的油液，使悬架支柱伸长或压缩，使得仪器舱上升或下降；减振器安装在悬架支柱上，所述传感器将接收的信号输入电子控制装置，电子控制装置向阻 尼阀发出指令，通过阻尼阀中电磁阀的开闭，调节减振器的阻尼力；所述阻尼阀安装在储压器和悬架支柱之间，并通过油管与储压器和悬架支柱连接，储压器和减震器间设有油泵，阻尼阀根据控制指令调节减振器的阻尼力。
【文档编号】G01V1/20GK103698806SQ201410006857
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2014年1月7日
【发明者】刘斌, 王世睿, 李术才, 聂利超, 马翔雪, 林春金, 李尧, 孙怀凤, 杨磊, 张波, 宋杰, 刘征宇, 王传武, 陈磊 申请人:山东大学