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TBM智能施工渣片分析系统


项目背景

       我国目前TBM隧道施工越来越往深埋长隧道方向发展,在水利水电工程、交通工程、矿山工程等领域广泛运用TBM方法施工。由于隧道往长、大、深埋方向发展,沿线地质构造类型多、地应力高,且存在高压大涌水条件。隧道沿线岩组多,岩体条件复杂,因此TBM智能施工已经逐渐成为TBM施工研究的主要方向。
       隧道沿线不同的岩体条件下,需要调整TBM的掘进参数,减小刀具磨损,以最小的破碎比功获得最优化的掘进速度,减小事故发生。在许多工程实例中观察到,不同渣片形态,如片状渣片、块状渣片、带弧形面的渣片等反应了不同的掌子面岩体条件,可以从渣片质量、渣片体积、渣片形状及渣片分布等参数反推掌子面前方的岩体条件,对掘进参数进行优化,预警异常情况,避免产生施工事故。
       为解决上述问题,玖瑞科技联合北京工业大学、中国铁建重工股份有限公司合作研究,开发TBM智能施工渣片分析系统,目前此系统已在多个施工现场应用中。

系统概述

       系统由三部分组成,即渣片分析系统软硬件、TBM运行参数采集分析系统软硬件、用于远程访问的数据处理系统与云服务平台。通过现场实时采集TBM运行数据及输送带上渣土的体积流量、质量流量、图像,实时智能处理后得到出渣体积、重量以及渣片大小、形状等特征的分布数据,并结合前期获得的地质数据,从而及时发现和预警异常工况、对TBM工作参数的调整和优化提供数据支撑,可大幅提高TBM施工效率,降低成本,提高作业安全,是机器视觉技术、工业通信与测控技术在TBM智能施工领域的成功应用。 

 


系统设备

 

系统工作原理

       通过工业线阵相机,获取皮带上渣片的一段连续图像,同时采用激光测距仪不断测量皮带上渣土的上轮廓线计算渣土截面积,根据皮带速度计算渣土体积流量,由工控机采集、处理渣片图像数据、暂存渣片体积流量、质量流量数据并将数据传输给数据管理模块,利用高效准确的玖瑞科技LOOKSAMRT®算法工具及数据处理分析软件对数据进行处理,最终对施工工况做出判断,及时发现和预警异常工况、对TBM工作参数的调整和优化提供数据支撑。

系统技术方案

       通过皮带称、体积在线检测仪、视觉技术系统对施工过程中的TBM皮带机上的渣片质量、体积、图像等进行自动数据采集,由数据处理分析软件对数据统一处理,得到渣片各类信息。结合北京工业大学数年研究成果的数字化,指导和优化TBM施工,提高作业效率,降低成本,确保安全。


系统算法及软件


                                                      


                                                                                     渣片检测效果


软件界面

软件界面展示的内容主要有:

(1)可查询的数据:工程基本数据、隧道设计参数、掘进机设计参数;

(2)与里程和时间相关的数据查询与计算:工程地质剖面图(包含岩体分段、掘进机施工预测数据、掘进机施工参数建议)、掘进机实际施工参数的查询与统计分析、岩体可掘进指数、体积流量、质量流量曲线、渣片图像、渣片形状分布(假设工控机能够完成渣片图像处理算法);

(3)根据岩体可掘进指数变化、实际开挖长度的重量与渣片重量的对比、渣片的块度变化、松散系数的变化来进行预警。

                                     

                                         

       

                                        

 

 

实验平台

       大型的TBM渣片分析实验室,可完成TBM渣片分析系统的称重、体积测量、图像获取、算法验证、上位机软件调试等功能,使渣片分析系统得到优化,更好的适用于施工现场。


                                        

 

                                                                                                                                                                                                   

应用案例

       该系统已经安装在新疆TBM施工工地,系统从硬件研究到完善的软件配套,及最终实现智能化的施工参数优化与施工预警,是TBM施工从盲目运行到智能运行过程中的重要一环,是一个全新的TBM辅助智能施工的重大进步。

                                                                                

 

                                                           

                                                                                                新疆两处应用现场