一种盾构泥浆池容量实时防超载测量体系及测量方法

本发明属于盾构泥浆测量领域，具体涉及一种盾构泥浆池容量实时防超载测量体系及测量方法。

背景技术：

1、随着工业水平的进步和经济发展的需求，目前出现了很多大型的越江跨海隧道工程。泥水盾构法是盾构开挖隧道中最常用的方法，施工时通过使用一定压力的泥水来保持开挖掌子面的稳定从而顺利掘进，开挖下来的大量土体与泥水混合成泥浆态通过泵送的方式及时运输至地面泥浆池中，从而保持盾构机继续平稳有序的掘进。

2、泥浆池内部充满泥浆，自重荷载大，若发生外溢、超载等问题，容易造成地表沉降，对下部盾构施工造成一定程度的影响；传统的泥浆池贮存情况依靠专门人员定期目测观察，自动化程度低、误差大、连续性差；若发现不及时，短时泥浆大量排入会引发泥浆池外溢、超载等问题，造成严重的安全事故，又因为泥浆成分复杂，溢出会造成周围环境的污染。所以对泥浆池的实时贮存情况进行观测非常有必要。

3、申请公布号为cn115727917a的发明专利公开了一种泥水盾构出渣量自动计量装置及其计量方法，可以实现准确测量进、排浆液中固形物的体积，根据循环泥浆实时流量，计算泥水盾构掘进准确的出渣量。虽然对盾构掘进过程中的泥浆出渣量进行了部分反馈，但是管路过长致泥浆损失、地表贮存泥浆运出处理等导致的地面泥浆池容量变化并未实时反馈，进而无法根据泥浆池泥浆容量情况适时调整掘进工作。

技术实现思路

1、本发明为解决现有技术中无法自动测量泥浆池实时容量，导致盾构机无法根据泥浆池实时容量适时调整掘进进程，进而产生泥浆池超载满溢隐患的技术问题，提出一种基于盾构泥浆池容量实时防超载测量体系的测量方法，能够连续自动测量泥浆池的容量情况，减少人工观察误差，及时预警盾构泥浆溢出、超载等情况。

2、本发明是采用以下的技术方案实现的：一种基于盾构泥浆池容量实时防超载测量体系的测量方法，所述测量体系包括基准标尺、移动浮标、激光测量机构以及数据处理终端；基准标尺固定在泥浆池底部并延伸出泥浆面一定高度，移动浮标套设在基准标尺上并随泥浆液面变化上下活动；所述激光测量机构包括设置在泥浆池两侧的连续激光发射器和校准激光发射器，以及设置在移动浮标两侧的连续端激光接收器和校准端激光接收器；基准标尺的上界面与连续激光发射器和校准激光发射器发射的水平向激光高度等高；

3、所述测量方法包括以下步骤：

4、步骤a、根据泥浆池容量的安全范围设计泥浆液面高度预警值hcr、控制值hu，并据此对激光测量机构的激光入射角进行标定；其中，设连续激光入射角为α，校准激光入射角为β；

5、液面高度为hcr时，连续激光发射器发射的激光至连续端激光接收器的入射角标定为αcr，校准激光发射器发射的激光至校准端激光接收器的入射角标定为βcr；

6、液面高度为hu时，连续激光发射器发射的激光至连续端激光接收器的入射角标定为αu，校准激光发射器发射的激光至校准端激光接收器的入射角标定为βu；

7、步骤b、连续激光发射器开始工作，向连续端激光接收器发射连续的激光，通过此时连续激光入射角α和校准激光入射角β与液面高度为hcr时标定的入射角的大小判断此时泥浆液面是否高于预警值hcr，以对泥浆池的排入做出相应控制：

8、(1)当连续激光入射角α大于αcr时，表明此时池内泥浆液面低于预警值，容量正常；

9、(2)当连续激光入射角α小于等于αcr时，表明此时池内泥浆液面高于预警值，此时，校准激光发射器开始运行，进一步判断此时校准激光入射角β的情况：

10、1)当校准激光入射角β大于βcr时，表明此时池内泥浆液面低于预警值，容量正常，连续激光发射器存在故障，通知检修人员进行检修；同时校准激光发射器改为连续发射激光模式，代替连续激光发射器继续实时测量泥浆池；

11、2)当校准激光入射角β小于等于βcr时，表明此时池内泥浆液面高于预警值；

12、(3)当通过连续端和校准端激光入射角判断池内液面均高于预警值时，证明泥浆进入预警范围，提醒技术人员是否继续进行盾构施工；

13、若暂停施工则测量停止；若继续施工则测量体系继续测量并执行步骤c；

14、步骤c、继续测量，通过实时入射角α和β与液面高度为hu时标定的入射角的关系判断此时泥浆液面是否高于控制值，进而对泥浆池的排入做出相应控制。

15、施工继续进行，泥浆液面继续上升：

16、(1)当连续激光入射角α小于αcr且大于αu时，泥浆处在预警范围，实时提醒施工是否继续；

17、(2)当检测到连续激光入射角α小于等于αu时，表明此时池内泥浆液面要高于控制值，需进一步校准判断：

18、校准激光发射器运行，校准端激光接收器开始接收校准激光，通过校准激光入射角β判断液面是否达到控制值，或是连续激光发射器故障导致的误报；

19、当校准激光入射角β小于等于βu时，表明此时池内泥浆液面高于控制值，反之，表明连续发射器存在误报，即时通知技术人员进行检修；同时校准激光发射器改为连续发射激光模式，代替连续激光发射器继续实时测量泥浆池；

20、(3)当连续端和校准端判断池内液面均高于控制值时，证明泥浆即将超载，必须采取措施处理，警告技术人员施工是否继续。

21、进一步的，所述步骤c中，若连续端和校准端判断泥浆池内液面均高于控制值时：

22、(1)若施工暂停则测量停止；

23、(2)若检测到实时入射角α和β继续减小，则加大泥浆池排浆流量，泥浆测量体系继续实时测量泥浆情况，直至液面低于预警范围时，减小排浆流量至正常排浆范围，并根据实际施工情况，继续实时测量，重复上述步骤进行动态调节。

24、进一步的，所述步骤a中，若计算得到的预警值高于泥浆池最大容纳高度，则通过在安全系数范围内调节来设置；若计算得到的预警值仍然高于泥浆池最大高度，则该泥浆池超载风险较低，则通过以下方式进行测量预警：

25、若连续端激光接收器和校准端激光接收器检测到激光入射角接近0°，则表明此时泥浆池内泥浆液面已接近或达到泥浆池上界，即将发生泥浆满溢情况，此时加大泥浆池排浆流量来降低池内泥浆液面，同时立即报警通知相关技术人员在施工端或后续处理端进行调控。

26、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

27、本方案结合基准标尺、移动浮标载体等设计实现连续、实时、自动化测量盾构泥浆池容量的目的，并结合数据处理终端自动判别泥浆池是否达到液面预警值或控制值，进而控制多级阀门调节泥浆池进、排泥浆量来消除超载满溢风险，克服了传统人工观察法的局限，经济效益好实用价值高，具有广泛的推广及应用价值。

技术特征：

1.基于盾构泥浆池容量实时防超载测量体系的测量方法，其特征在于，所述测量体系包括基准标尺、移动浮标、激光测量机构以及数据处理终端；所述基准标尺固定在泥浆池底部并延伸出泥浆面一定高度，移动浮标套设在基准标尺上并随泥浆液面变化上下活动；所述激光测量机构包括设置在泥浆池两侧的连续激光发射器和校准激光发射器，以及设置在移动浮标两侧的连续端激光接收器和校准端激光接收器；

2.根据权利要求1所述的基于盾构泥浆池容量实时防超载测量体系的测量方法，其特征在于：所述步骤a具体采用以下方式实现：

3.根据权利要求1所述的基于盾构泥浆池容量实时防超载测量体系的测量方法，其特征在于：所述步骤c中，施工继续进行，泥浆液面继续上升：

4.根据权利要求3所述的基于盾构泥浆池容量实时防超载测量体系的测量方法，其特征在于：所述步骤c中，若连续端和校准端判断泥浆池内液面均高于控制值时：

5.根据权利要求1所述的基于盾构泥浆池容量实时防超载测量体系的测量方法，其特征在于：所述步骤a中，若计算得到的预警值高于泥浆池最大容纳高度，则通过在安全系数范围内调节来设置；若计算得到的预警值仍然高于泥浆池最大高度，则该泥浆池超载风险较低，则通过以下方式进行测量预警：

6.根据权利要求1所述的基于盾构泥浆池容量实时防超载测量体系的测量方法，其特征在于：所述基准标尺的上界面与连续激光发射器和校准激光发射器发射的水平向激光高度等高。

技术总结
本发明公开一种基于盾构泥浆池容量实时防超载测量体系的测量方法，属于盾构泥浆测量领域，所述测量体系包括基准标尺、移动浮标、激光测量机构以及数据处理终端；基准标尺固定在泥浆池底部并延伸出泥浆面一定高度，移动浮标套设在基准标尺上并随泥浆液面变化上下活动，结合激光测量机构入射角度的变化实时检测泥浆液面变化，进而判断泥浆池是否达到液面预警值或控制值，以控制多级阀门调节泥浆池进、排泥浆量来消除超载满溢风险，克服了传统人工观察法的局限，经济效益好实用价值高，具有广泛的推广及应用价值。

技术研发人员：刘涛,李延斌,潘野,余刘成,栾先彬,杜志锋,王锟,彭华东,邢同菊
受保护的技术使用者：中国海洋大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22