一种盾构隧道的重建施工装置及方法与流程

本发明涉及隧道工程，具体为一种盾构隧道的重建施工装置及方法。

背景技术：

1、盾构隧道具备特定的使用年限，接近使用年限的盾构隧道会出现如结构变形、开裂、棱角破损以及渗漏水等问题，因此需要对该类盾构隧道进行重建。然而，若直接在既有盾构隧道内模筑衬砌，设计上将无法满足地铁列车的限界要求。同时，直接废弃既有盾构隧道并另辟新径建设新隧道，不仅成本高，而且会浪费地下空间资源。因此，如何拆除接近报废的既有盾构隧道、如何选择新建盾构隧道的空间位置以及如何实施新建工作，成为地铁盾构隧道领域亟待解决的问题。

2、现有重建盾构隧道的方法具体如下：首先将盾构机的内盾壳套设在既有盾构隧道的外表面；随后利用盾构机在新建盾构隧道的前部进行顶进操作。在顶进前，利用外盾壳内部的圆度纠正系统对既有盾构隧道的末端进行形状纠正，确保隧道结构的圆整性。完成顶进后，通过外盾壳内部的拆除系统拆除既有盾构隧道的末端，并在外盾壳的尾部拼装新建盾构隧道的管片。重复上述顶进、纠正、拆除与拼装的过程，直至既有盾构隧道完全重建完成。

3、上述技术虽然解决了既有盾构隧道报废处理的难题，但仍存在以下缺陷：一是盾构机的刀盘的切削面采用平面设置，其受到的阻力大，挖掘效率低下；二是盾构机掘进过程中会产生大量泥沙，现有技术一般采用螺旋输送机将泥沙输送至传送带上，螺旋输送机和传送带会占据较大的空间，导致盾构机的内部空间狭窄，不利于进行管片更换作业；三是在盾构机掘进过程中，会遇到不同强度的障碍物，因此需要采用不同的掘进速度和刀盘的转速，但现有控制系统无法获取最适的控制参数，因此无法达到精确控制的目的，会对设备寿命和作业效率造成不利影响。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种盾构隧道的重建施工装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种盾构隧道的重建施工装置，包括机身，所述机身内固定连接有驱动机，驱动机的输出端安装有刀盘组件，刀盘组件包括连接件，且连接件固定连接于驱动机的输出端，连接件上固定连接有套筒，且套筒套接于机身上，套筒上固定连接有环形刀座，环形刀座上均布有多个通槽和刀具，且通槽和刀具间隔设置，套筒上对应通槽的位置处固定连接有导料板。

3、优选的，所述环形刀座上开设有安装槽，且刀具设置于安装槽内。

4、优选的，所述刀具的两侧外壁上固定连接有固定块，安装槽内开设有限位槽，且固定块设置于限位槽内。

5、优选的，所述固定块上安装有螺丝，限位槽内开设有螺纹孔，且螺丝螺纹连接于螺纹孔内。

6、优选的，所述刀具上设置有第一斜面，第一斜面的一侧设置有第二斜面。

7、优选的，所述机身内固定连接有多个第一液压杆，各所述第一液压杆沿机身轴向延伸，且沿机身内壁周向分布，第一液压杆的输出端固定连接有顶块，所述顶块位于第一液压杆后侧。

8、优选的，所述机身内固定连接有安装架，所述安装架沿机身轴向延伸，安装架上向外周向均布有多个第二液压杆，所述第二液压杆的输出端安装有滚轮。

9、优选的，所述机身内固定连接控制器，且控制器与驱动机建立电性连接。

10、一种盾构隧道的重建施工方法，基于上述的盾构隧道的重建施工装置，施工方法包括以下步骤：

11、步骤一，构建参数控制系统；

12、所构建的参数控制系统包括数据采集模块、执行模块、控制模块和数据库，且控制模块分别与数据采集模块、执行模块和数据库建立数据连接，数据采集模块包括地质状况检测单元和设备状况检测单元，地质状况检测单元用于获取地质数据，设备状况检测单元用于获取设备数据；

13、步骤二，管片拆除；

14、利用刀盘组件挖除既有管片周围的土壤，对既有管片进行拆除；

15、步骤三，管片安装；

16、随着机身前移，在拆除后的管片位置安装重建管片；

17、步骤四，完成盾构隧道重建；

18、重复上述步骤二和步骤三，直至完成盾构隧道的重建作业，在作业过程中，由步骤一中的参数控制系统控制刀盘组件的掘进速度和转动速度。

19、优选的，所述步骤一中，控制模块采神经网络模型输出控制参数，具体方法如下：首先从数据库中获取历史数据，包括地质条件数据和设备状态数据，然后对数据进行预处理，构建多层前馈型全连接网络模型，再利用预处理后的数据训练模型，最后将训练好的模型部署在控制模块中；训练模型的过程为：初始化网络中的权重和偏置，将输入数据通过网络进行前向传播，从输入层开始，逐层计算每一层的输出，直到得到网络的最终输出；根据网络的输出和真实输出，计算损失函数值，损失函数用于衡量网络输出与真实值之间的差距；根据损失函数的梯度，从输出层开始逐层反向传播，更新每一层的权重和偏置；重复执行前向传播、计算损失和反向传播的步骤，直到达到预设的训练轮数或损失值达到预设的阈值。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的刀盘组件采用楔形刀具设计，使得刀盘整体呈现圆台形，以此增强其破土能力，提高挖掘效率，该组件通过增设导料板，可直接将挖掘出的泥土填充至隧道内，因此无需采用螺旋输送机和传送带输送泥土，从而解决了盾构机内部空间狭窄，不利于更换管片的问题；本发明根据土质状况和设备状况，利用神经网络模型输出最适的控制参数，可以实现对刀盘的掘进速度和转动速度的精确控制，以此延长设备寿命，提高施工效率。

技术特征：

1.一种盾构隧道的重建施工装置，包括机身(1)，其特征在于：所述机身(1)内固定连接有驱动机(11)，驱动机(11)的输出端安装有刀盘组件(2)，刀盘组件(2)包括连接件(21)，且连接件(21)固定连接于驱动机(11)的输出端，连接件(21)上固定连接有套筒(22)，且套筒(22)套接于机身(1)上，套筒(22)上固定连接有环形刀座(24)，环形刀座(24)上均布有多个通槽(25)和刀具(29)，且通槽(25)和刀具(29)间隔设置，套筒(22)上对应通槽(25)的位置处固定连接有导料板(23)。

2.根据权利要求1所述的盾构隧道的重建施工装置，其特征在于：所述环形刀座(24)上开设有安装槽(26)，且刀具(29)设置于安装槽(26)内。

3.根据权利要求2所述的盾构隧道的重建施工装置，其特征在于：所述刀具(29)的两侧外壁上固定连接有固定块(210)，安装槽(26)内开设有限位槽(27)，且固定块(210)设置于限位槽(27)内。

4.根据权利要求3所述的盾构隧道的重建施工装置，其特征在于：所述固定块(210)上安装有螺丝(211)，限位槽(27)内开设有螺纹孔(28)，且螺丝(211)螺纹连接于螺纹孔(28)内。

5.根据权利要求3所述的盾构隧道的重建施工装置，其特征在于：所述刀具(29)上设置有第一斜面(212)，第一斜面(212)的一侧设置有第二斜面(213)。

6.根据权利要求1所述的盾构隧道的重建施工装置，其特征在于：所述机身(1)内固定连接有多个第一液压杆(12)，各所述第一液压杆(12)沿机身(1)轴向延伸，且沿机身(1)内壁周向分布，第一液压杆(12)的输出端固定连接有顶块(13)，所述顶块(13)位于第一液压杆(12)后侧。

7.根据权利要求6所述的盾构隧道的重建施工装置，其特征在于：所述机身(1)内固定连接有安装架(14)，所述安装架(14)沿机身(1)轴向延伸，安装架(14)上向外周向均布有多个第二液压杆(15)，所述第二液压杆(15)的输出端安装有滚轮(16)。

8.根据权利要求7所述的盾构隧道的重建施工装置，其特征在于：所述机身(1)内固定连接控制器(17)，且控制器(17)与驱动机(11)建立电性连接。

9.一种盾构隧道的重建施工方法，其特征在于，基于权利要求1—8任一项所述的盾构隧道的重建施工装置，施工方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的盾构隧道的重建施工方法，其特征在于：在步骤一中，控制模块(7)采神经网络模型输出控制参数，具体方法如下：首先从数据库(8)中获取历史数据，包括地质条件数据和设备状态数据，然后对数据进行预处理，构建多层前馈型全连接网络模型，再利用预处理后的数据训练模型，最后将训练好的模型部署在控制模块(7)中；训练模型的过程为：初始化网络中的权重和偏置，将输入数据通过网络进行前向传播，从输入层开始，逐层计算每一层的输出，直到得到网络的最终输出；根据网络的输出和真实输出，计算损失函数值，损失函数用于衡量网络输出与真实值之间的差距；根据损失函数的梯度，从输出层开始逐层反向传播，更新每一层的权重和偏置；重复执行前向传播、计算损失和反向传播的步骤，直到达到预设的训练轮数或损失值达到预设的阈值。

技术总结本发明公开了一种盾构隧道的重建施工装置及方法，重建施工装置包括机身，所述机身内固定连接有驱动机，驱动机的输出端安装有刀盘组件；方法包括：构建参数控制系统；管片拆除；管片安装；完成盾构隧道重建；本发明的刀盘组件采用楔形刀具设计，使得刀盘整体呈现圆台形，以此增强其破土能力，提高挖掘效率，该组件通过增设导料板，可直接将挖掘出的泥土填充至管片背后的隧道空隙内，因此无需采用螺旋输送机和传送带输送泥土，从而解决了盾构机内部空间狭窄，不利于更换管片的问题；本发明根据土质状况和设备状况，利用神经网络模型输出最适的控制参数，可以实现对刀盘的掘进速度和转动速度的精确控制，以此延长设备寿命，提高施工效率。技术研发人员：王明,汤海祥,龙海涛,赵耀受保护的技术使用者：江苏中车城市发展有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/30