本發(fā)明涉及隧道掘進(jìn)機(jī)(tbm)領(lǐng)域，具體涉及一種斜井tbm的自動(dòng)防墜落裝置，適用于抽水蓄能電站建設(shè)中的斜井tbm。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，隨著全球?qū)稍偕茉葱枨蟮牟粩嘣黾?，抽水蓄能電站作為一種重要的儲(chǔ)能技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，抽水蓄能電站不僅可以調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的峰谷負(fù)荷，還能提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性，因而在世界各地得到了迅速的發(fā)展和推廣，在抽水蓄能電站的建設(shè)過(guò)程中，斜井隧道掘進(jìn)機(jī)逐漸成為了一種常見(jiàn)且重要的施工設(shè)備，斜井tbm能夠高效地掘進(jìn)復(fù)雜地質(zhì)條件下的隧道，提高施工效率，縮短建設(shè)周期，降低工程成本。

2、然而，在斜井tbm施工過(guò)程中，也面臨著一系列嚴(yán)峻的安全挑戰(zhàn)。首先，由于斜井的特殊地形和地質(zhì)條件，tbm在施工過(guò)程中常常會(huì)遇到管內(nèi)涌水、地質(zhì)坍塌等自然災(zāi)害，這些災(zāi)害不僅對(duì)施工人員的生命安全構(gòu)成威脅，還會(huì)對(duì)tbm設(shè)備本身造成嚴(yán)重?fù)p害，甚至導(dǎo)致tbm的墜落事故，其次，現(xiàn)有的防墜落裝置在長(zhǎng)期的循環(huán)載荷和疲勞作用下，容易出現(xiàn)失效情況，當(dāng)防墜落裝置失效時(shí)，tbm一旦發(fā)生墜落，將會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，給施工單位帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患。

3、傳統(tǒng)的防墜落裝置主要依靠主動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)預(yù)防tbm墜落，但這些系統(tǒng)往往依賴復(fù)雜的電子控制和多種傳感器協(xié)同工作，一旦系統(tǒng)某一部分出現(xiàn)故障，整個(gè)防墜落功能將大打折扣，加之在施工過(guò)程中，電子設(shè)備容易受到惡劣環(huán)境的影響，增加了系統(tǒng)故障的風(fēng)險(xiǎn)，因此，設(shè)計(jì)一種能夠在tbm發(fā)生墜落時(shí)迅速響應(yīng)并可靠工作的自動(dòng)防墜落裝置顯得尤為重要。

4、此外，隨著施工深度的增加，tbm所承受的應(yīng)力和環(huán)境壓力也在不斷加大，傳統(tǒng)防墜落裝置在面對(duì)復(fù)雜地質(zhì)和極端條件時(shí)，往往難以滿足安全要求，因此，需要一種能夠在極端環(huán)境下依然保持高可靠性和穩(wěn)定性的防墜落裝置，以確保tbm施工的安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就在于解決上述問(wèn)題而提出的一種斜井tbm自動(dòng)防墜落裝置及其控制方法，改善了現(xiàn)有的適用于斜井隧道掘進(jìn)機(jī)(tbm)的自動(dòng)防墜落裝置不能夠能夠在極端環(huán)境下依然保持高可靠性和穩(wěn)定性的問(wèn)題。

2、一種斜井tbm自動(dòng)防墜落裝置，包括：

3、限位伸縮柱，用于在tbm墜落時(shí)迅速展開(kāi)，并刺入斜井的混凝土隧道壁中，以將tbm固定住；

4、外圈殼體，為裝置的外部結(jié)構(gòu)，用于固定限位伸縮柱和內(nèi)部組件以及抵御外部土壓；

5、推進(jìn)劑，安裝在伸縮柱管的底部，作為限位伸縮柱的動(dòng)力源，用于推動(dòng)限位伸縮柱展開(kāi)。

6、優(yōu)選的，所述限位伸縮柱通過(guò)滑動(dòng)配合的方式設(shè)置在伸縮柱管內(nèi)，且伸縮柱管通過(guò)焊接方式固定在外圈殼體的內(nèi)部。

7、優(yōu)選的，所述推進(jìn)劑采用電點(diǎn)火裝置點(diǎn)燃，點(diǎn)火延時(shí)設(shè)定為0.2秒，以確保推進(jìn)劑的穩(wěn)定燃燒。

8、優(yōu)選的，所述伸縮柱管位于底端位置的側(cè)邊外壁等間距焊接安裝有強(qiáng)化筋，且強(qiáng)化筋的底端外壁與內(nèi)圈殼體的側(cè)邊外壁相連接，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。

9、本發(fā)明的有益效果是：

10、1、該適用于斜井隧道掘進(jìn)機(jī)tbm的自動(dòng)防墜落裝置在使用時(shí)，相較于傳統(tǒng)的錨桿鉆機(jī)系統(tǒng)，本發(fā)明自動(dòng)化程度高，自動(dòng)防墜落裝置集成了傳感器和自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠在tbm設(shè)備發(fā)生滑落時(shí)立即檢測(cè)并響應(yīng)，而無(wú)需人工干預(yù)，相比錨桿鉆機(jī)系統(tǒng)需要人工操作和時(shí)間來(lái)安裝錨桿，在tbm向前掘進(jìn)時(shí)需要人工換步，自動(dòng)防墜落裝置依賴加速度傳感器檢測(cè)到滑落趨勢(shì)后，立即啟動(dòng)電弧點(diǎn)火裝置，在極短時(shí)間內(nèi)將限位伸縮柱推進(jìn)插入巖石中，迅速提供支撐力，同時(shí)本裝置簡(jiǎn)化維護(hù)，自動(dòng)防墜落裝置設(shè)計(jì)為一次性使用，觸發(fā)后無(wú)需復(fù)雜的修復(fù)或重新安裝，這降低了維護(hù)的復(fù)雜性和頻率，特別適合在惡劣環(huán)境下使用；

11、2、該適用于斜井隧道掘進(jìn)機(jī)tbm的自動(dòng)防墜落裝置在使用時(shí)，操作簡(jiǎn)便，與需要人工操作和監(jiān)控的錨桿鉆機(jī)系統(tǒng)不同，自動(dòng)防墜落裝置完全自動(dòng)化運(yùn)行，降低了對(duì)操作人員技術(shù)水平的要求，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的使用流程，同時(shí)適應(yīng)性強(qiáng)，能夠適應(yīng)多種地質(zhì)條件，尤其在不適合安裝錨桿的環(huán)境下，依然能夠有效工作，這使其在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中的應(yīng)用范圍更廣，同時(shí)本申請(qǐng)能夠降低使用成本，雖然自動(dòng)防墜落裝置的初始安裝成本可能較高，但由于其一次性使用和低維護(hù)需求，長(zhǎng)期來(lái)看可以有效降低系統(tǒng)的整體運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本；進(jìn)而該裝置不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作便捷，而且能夠在極端條件下提供可靠的安全保障，為抽水蓄能電站的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)提供了有力的技術(shù)支持和保障，通過(guò)本發(fā)明的應(yīng)用，能夠顯著提高tbm施工的安全性，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，推動(dòng)抽水蓄能電站工程的順利實(shí)施。

技術(shù)特征：

1.一種斜井tbm自動(dòng)防墜落裝置，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的一種斜井tbm自動(dòng)防墜落裝置，其特征在于，所述限位伸縮柱(1)通過(guò)滑動(dòng)配合的方式設(shè)置在伸縮柱管(4)內(nèi)，且伸縮柱管(4)通過(guò)焊接方式固定在外圈殼體(2)的內(nèi)部。

3.如權(quán)利要求1所述的一種斜井tbm自動(dòng)防墜落裝置，其特征在于，所述推進(jìn)劑(5)采用電點(diǎn)火裝置點(diǎn)燃，點(diǎn)火延時(shí)設(shè)定為0.2秒，以確保推進(jìn)劑的穩(wěn)定燃燒。

4.如權(quán)利要求1所述的一種斜井tbm自動(dòng)防墜落裝置，其特征在于，所述伸縮柱管(4)位于底端位置的側(cè)邊外壁等間距焊接安裝有強(qiáng)化筋(3)，且強(qiáng)化筋(3)的底端外壁與內(nèi)圈殼體(6)的側(cè)邊外壁相連接，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。

5.如權(quán)利要求1所述的一種斜井tbm自動(dòng)防墜落裝置的控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于：步驟a)中，根據(jù)施工環(huán)境和設(shè)備運(yùn)行特性，采樣頻率設(shè)定為100hz，確保系統(tǒng)能夠及時(shí)獲取并處理tbm的加速度數(shù)據(jù)；

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于：步驟b)中，數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)濾波，系統(tǒng)通過(guò)加速度傳感器adxl345實(shí)時(shí)采集tbm的加速度數(shù)據(jù)，并以設(shè)定的頻率進(jìn)行采樣，采集到的原始數(shù)據(jù)包含噪聲和瞬時(shí)波動(dòng)，需要進(jìn)一步處理以獲得準(zhǔn)確的加速度信息，數(shù)據(jù)濾波過(guò)程如下：采集到的原始加速度數(shù)據(jù)首先通過(guò)移動(dòng)平均濾波進(jìn)行平滑處理，使用窗口大小為5的數(shù)據(jù)點(diǎn)，消除短期波動(dòng)，接著，應(yīng)用低通濾波器巴特沃斯低通濾波器，截止頻率10hz進(jìn)一步濾除高頻噪聲，使得數(shù)據(jù)更加平穩(wěn)可靠；

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于：步驟c)中，閾值判斷：系統(tǒng)對(duì)計(jì)算出的rms加速度值進(jìn)行閾值判斷。如果rms加速度超過(guò)預(yù)設(shè)閾值2.5m/s2，則系統(tǒng)認(rèn)為tbm處于異常狀態(tài)，觸發(fā)警報(bào)并啟動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)；否則，系統(tǒng)繼續(xù)監(jiān)控加速度變化。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于：警報(bào)觸發(fā)與手動(dòng)觸發(fā)方式為，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到異常加速度時(shí)，立即觸發(fā)聲光警報(bào)，警報(bào)音量設(shè)定為85db，頻閃燈閃爍頻率設(shè)定為2hz，提醒操作人員注意；系統(tǒng)配備手動(dòng)觸發(fā)按鈕，在緊急情況下，操作人員可以手動(dòng)啟動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)，阻止tbm下墜。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于：?jiǎn)?dòng)推進(jìn)系統(tǒng)：在警報(bào)觸發(fā)或手動(dòng)觸發(fā)的情況下，系統(tǒng)啟動(dòng)推進(jìn)裝置，推進(jìn)裝置通過(guò)點(diǎn)火系統(tǒng)點(diǎn)燃推進(jìn)劑(5)tnt，射出限位伸縮柱(11)插入斜井的混凝土壁中，從而阻止tbm的進(jìn)一步下墜，具體啟動(dòng)過(guò)程如下：采用電點(diǎn)火裝置，點(diǎn)火延時(shí)設(shè)定為0.2秒，以確保推進(jìn)劑(5)的穩(wěn)定燃燒，推進(jìn)劑(5)燃燒產(chǎn)生的高壓氣體推動(dòng)限位伸縮柱(11)迅速展開(kāi)，插入混凝土壁中阻止tbm進(jìn)一步墜落；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種斜井TBM自動(dòng)防墜落裝置及其控制方法，特別針對(duì)抽水蓄能電站建設(shè)中的斜井TBM施工，該防墜落裝置包括限位伸縮柱、外圈殼體、強(qiáng)化筋、推進(jìn)劑和內(nèi)圈殼體等組件，在TBM發(fā)生墜落時(shí)，限位伸縮柱會(huì)迅速展開(kāi)并刺入斜井的混凝土壁中，將TBM固定住，防止進(jìn)一步墜落，系統(tǒng)通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控TBM的加速度變化，并在超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)防墜落裝置，同時(shí)，系統(tǒng)具備手動(dòng)觸發(fā)和冗余設(shè)計(jì)，確保在極端條件下的可用性，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作便捷，能夠有效提高TBM施工的安全性，減少因墜落事故造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：彭晗,李冰,賈連輝,楊燦,賀飛,張玉香,上官林建
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華北水利水電大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15