可用於tbm動態自適應固體不極化電極的製作方法

2023-09-19 07:08:45

專利名稱:可用於tbm動態自適應固體不極化電極的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了可用於TBM動態自適應固體不極化電極，包括不極化電極；所述不極化電極外壁與伸縮聯動裝置固定連接，伸縮聯動裝置伸縮帶動不極化電極運動；所述不極化電極內部密封套裝有推壓裝置，所述推壓裝置能相對不極化電極運動。本實用新型實現了接觸式的測量，並具有機械自動化控制安裝與移除的特點，同時滿足測量電極極差小及測量精度高，適應掌子面的凹凸不平的複雜條件，滿足TBM施工自動化、機械化的要求。
【專利說明】可用於TBM動態自適應固體不極化電極

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電場信息測量領域，尤其涉及可用於TBM動態自適應固體不極化電極。

【背景技術】
[0002]電極是一種用於電場信息測量接收的重要組成部分，廣泛應用於地震前兆觀測、地球物理電法勘探、工程勘探、石油勘探以及大地地磁測探等領域。其中對於隧道激發極化超前探測而言電極採集激電信號是隧道激發極化探測系統的重要組成，對於隧道防災減災具有重要意義。
[0003]在激發極化信號採集的過程中，採用銅電極、鉛電極等普通金屬電極作為測量電極，由於其自身易極化，造成測量數據不準確。不極化電極具有測量電位差小，測量精度高的特點，因此，隧道激發極化探測採用不極化電極。例如:Ag/Agcl參比電極，飽和硫酸銅溶液電極等。以上不極化電極採用人工打孔安裝，並採用耦合劑保證良好接觸，在地面探測以及鑽爆法探測環境中取得了較好的效果，然而對於TBM隧道而言，施工過程要求自動化，快速化，機械化。普通的不極化電極需要人工安裝打孔，而不適用於TBM隧道施工，因此研製一種運用於TBM激發極化探測用不極化電極顯得尤為重要。在TBM施工隧道中不極化電極採用接觸式測量的測試方式，具有快捷可實現自動化的特點，使不極化電極用於TBM施工隧道成為一種可能，而對於TBM的施工環境及工程探測要求，目前運用於TBM激發極化用的不極化電極存在以下問題:
[0004](I)TBM刀盤切削的掌子面凹凸不平，接觸式電極不能夠適應掌子面的凹凸不平，不能實現良好的接觸，接地電阻大。
[0005](2)傳統的電極需人工安裝與移除，TBM施工電極的自動化程度低，效率低，勞動強度大。
[0006](3) TBM上電極的使用壽命短，後期維護成本高。
實用新型內容
[0007]本實用新型的目的就是為了解決上述問題，提供了一種可用於TBM動態自適應固體不極化電極，實現了接觸式的測量，並具有機械自動化控制安裝與移除的特點，同時滿足測量電極極差小及測量精度高，適應掌子面的凹凸不平的複雜條件，滿足TBM施工自動化、機械化的要求。
[0008]為了實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案:
[0009]可用於TBM動態自適應固體不極化電極，包括不極化電極；所述不極化電極外壁與伸縮聯動裝置的一端固定連接，伸縮聯動裝置伸縮運動帶動不極化電極運動，實現不極化電極的安裝與移除，不極化電極內部密封套裝有推壓裝置，能夠沿不極化電極內部移動，通過推壓裝置的推壓使得粘稠狀電解質適應掌子面的凹凸不平的複雜條件，實現電解質與掌子面的良好接觸。
[0010]所述不極化電極包括PVC管；所述PVC管外壁與伸縮聯動裝置固定連接，內部密封套裝有推壓裝置，所述PVC管一端安裝有錐形橡膠管套，PVC管及錐形橡膠管套形成的空腔為電解質槽，所述電解質槽內填充有電解質和速凝劑；PVC管內壁上固定設有環形鉛板，環形鉛板固定在距離安裝錐形管套的PVC管一端的3cm處內壁上，環形鉛板通過引線經卷線器連接到探測裝置上。
[0011]所述電解質由氯化鈉、氯化鉛、石膏、水泥、木肩和水配製而成，另外向電解質槽中加入速凝劑，其質量配比為氯化鈉:氯化鉛:速凝劑:石膏:水泥:木肩:水=8:1:1:48:6:3:24。
[0012]推壓裝置包括推壓盤和推桿，所述推桿一端固定連接在推壓盤上，另一端推桿與控制裝置連接；控制裝置用於控制推桿活動以帶動推壓盤沿PVC管內壁移動。推壓盤用於擠壓電解質和速凝劑。推桿固定穿過卡環，A進料管和B進料管活動穿過卡環。卡環用於固定A進料管、B進料管的位置同時保證A進料管、B進料管在填充電解質與速凝劑時按照固定軌跡移動。卡環有兩個，能夠保證A進料管、B進料管的穩定性。推壓盤上設有兩個分別與A進料管和B進料管相對應的進料孔；所述推壓盤靠近錐形橡膠管套的一面的進料孔旁均設有單向閥，防止推壓盤擠壓電解質和速凝劑時外滲。
[0013]所述伸縮聯動裝置包括伸縮杆和氣缸；伸縮杆前端固定安裝在PVC管外壁上，後端與氣缸連接。不極化電極安裝時，氣缸推動伸縮杆向前方移動，伸縮杆帶動不極化電極向前移動，當不極化電極到達掌子面時，在伸縮杆的作用下，使得錐形橡膠管擠壓變形，從而適應掌子面的複雜條件。不極化電極測量完成後，氣缸帶動伸縮杆向後方移動，伸縮杆帶動不極化電極向後方移動，脫離掌子面，完成整個探測過程。伸縮聯動裝置實現了不極化電極的自動安裝與移除，解決了傳統人工打孔安裝不極化電極的方法，提高了工作效率，保證了施工安全，達到了探測目的。
[0014]電解質填充時，首先，推動A進料管、B進料管穿過推壓盤進料孔進入到電解質槽前端，其中A進料管填充速凝劑，B進料管填充由氯化鈉、氯化鉛、石膏、水泥、木肩、水配製而成的電解質。其次，電解質填充滿電解質槽後，將A進料管、B進料管移除，推動推桿帶動推壓盤向前移動，同時擠壓電解質槽中的電解質與速凝劑，使電解質與速凝劑擠壓密實並且與掌子面實現良好的接觸。通過工作人員遠程操作推壓裝置，實現了電解質的自動混合與填充，提高工作效率，保證人員安全。
[0015]錐形橡膠管套是實現電極與掌子面良好接觸的基礎，電極安裝時，在伸縮聯動裝置的推動下，錐形橡膠管套與掌子面及圍巖接觸，由於錐形橡膠管套自身的可變形性，在伸縮杆的推動下，使得橡膠管套擠壓變形適應掌子面的不同地質條件。電解質的填充是通過進料管進行填充，並由推壓裝置將填充的電解質擠壓密實，由於電解質是粘稠狀，在擠壓過程中，與掌子面接觸的電解質會自動適應掌子面凹凸不平的地質條件。
[0016]本實用新型動態自適應固體不極化電極經測試，其電極極差電位<lmv，24小時極差漂移〈0.1mv0
[0017]本實用新型的有益效果:
[0018](I)本實用新型的電極滿足了製作成本低且攜帶安裝方便，並且能夠滿足測量電極極差小測量精度高的要求，錐形橡膠管套與粘稠狀電解質能夠很好的適應掌子面凹凸不平的複雜條件，實現電極與掌子面的接觸式耦合，極大的降低了電極與掌子面圍巖的接地電阻，為激發極化方法用於TBM超前探測提供了一種可行的方法與裝置。
[0019](2)本實用新型不極化電極在電解質填充裝置上，採用了 A進料管、B進料管與推壓裝置結合，實現電解質的填充，流動性的電解質保證了電極與圍巖的良好接觸，解決了常規電極難以維保的難題。
[0020](3)本實用新型伸縮杆與氣缸相配合的伸縮聯動裝置使電極與隧道掘進機(TBM)固定連接，實現電極自動化的安置與移除，避免了施工人員進入掌子面人工安裝的工況，保證了施工人員的人身安全。

【附圖說明】

[0021]圖1是本實用新型結構示意圖。
[0022]圖2是推壓裝置結構示意圖。
[0023]圖中:1.錐形橡膠管套，2.電解質槽，3.PVC管，4.環形鉛板，5.引線，6.單向閥，7.推壓盤，8.卷線器，9.伸縮杆，10.卡環，11.推桿，12.氣缸，13.A進料管，14.B進料管。

【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。
[0025]如圖1-2所示，可用於TBM動態自適應固體不極化電極，包括不極化電極；不極化電極外壁與伸縮聯動裝置固定連接，伸縮聯動裝置伸縮帶動不極化電極運動；不極化電極內部密封套裝有推壓裝置，推壓裝置能相對不極化電極運動。
[0026]不極化電極包括PVC管3，PVC管3外壁與伸縮聯動裝置固定連接，內部密封套裝有推壓裝置，PVC管3 —端安裝有錐形管套1，PVC管3及錐形管套I形成的空腔為電解質槽2，電解質槽2內填充有電解質和速凝劑；PVC管3內壁上固定設有環形鉛板4，環形鉛板4通過引線5經卷線器8連接到探測裝置上。
[0027]推壓裝置包括推壓盤7和推桿11，推桿11 一端固定連接在推壓盤7上，另一端推桿11與控制裝置連接。推桿11固定穿過卡環10，A進料管13和B進料管14活動穿過卡環10，卡環10有兩個，能夠保證A進料管13、B進料管14的穩定性。
[0028]推壓盤7上設有兩個分別與A進料管13和B進料管14相對應的進料孔；推壓盤7靠近錐形管套I 一面的進料孔旁均設有單向閥6，防止推壓盤7擠壓電解質和速凝劑時外滲。
[0029]伸縮聯動裝置包括伸縮杆9和氣缸12;伸縮杆9前端固定安裝在PVC管3外壁，後端與氣缸12連接。
[0030]電解質由氯化鈉、氯化鉛、石膏、水泥、木肩和水配製而成，另外向電解質槽2中加入速凝劑，其質量配比為氯化鈉:氯化鉛:速凝劑:石膏:水泥:木肩:水=8:1:1:48:6:3:24。
[0031]可用於TBM動態自適應固體不極化電極的使用方法，包括以下步驟，
[0032]第一步，將環形鉛板4與引線5的一端連接，並將環形鉛板4固定在距離安裝錐形管套I的PVC管3 —端的3cm處內壁上，並將引線5經自動卷線器8引致探測裝置的接線端;
[0033]第二步，將未加入電解質的不極化電極通過伸縮聯動裝置推送到掌子面位置，並使錐形橡膠管套I擠壓變形以適應掌子面的地質條件，使得錐形橡膠管套I與掌子面緊密接觸；
[0034]第三步，伸縮聯動裝置推送結束後，配製電解質；電解質為氯化鈉、氯化鉛、石膏、水泥、木肩和水的混合物；電解質與另加入的速凝劑的質量配比為，氯化鈉:氯化鉛:速凝劑:石膏:水泥:木肩:水=8:1:1:48:6:3:24 ；
[0035]第四步，將A進料管13、B進料管14推送至PVC管3前端，將配好的粘稠狀電解質從B進料管中填充到電解質槽2中，同時在A進料管13填充速凝劑，當電解質充填滿電解質槽2時，停止添加電解質，將A進料管13、B進料管14移出電解質槽2 ;
[0036]第五步，驅動推壓裝置的推桿11，帶動推壓盤7向前方移動，使得電解質擠壓密實，與掌子面實現良好的接觸，推壓完成後，等待4分鐘，使電解質凝固完全，開始探測；
[0037]第六步，探測結束，控制伸縮聯動裝置的氣缸12，帶動伸縮杆9向後方移動，同時帶動不極化電極離開掌子面，實現不極化電極的移除，完成探測任務。
[0038]上述雖然結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行了描述，但並非對本實用新型保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護範圍以內。
【權利要求】
1.可用於TBM動態自適應固體不極化電極，其特徵是，包括不極化電極；所述不極化電極外壁與伸縮聯動裝置固定連接，伸縮聯動裝置伸縮帶動不極化電極運動；所述不極化電極內部密封套裝有推壓裝置，所述推壓裝置能相對不極化電極運動。2.如權利要求1所述的可用於TBM動態自適應固體不極化電極，其特徵是，所述不極化電極包括PVC管；所述PVC管外壁與伸縮聯動裝置固定連接，內部密封套裝有推壓裝置，所述PVC管一端安裝有錐形管套，PVC管及錐形管套形成的空腔為電解質槽，所述電解質槽內填充有電解質和速凝劑；PVC管內壁上固定設有環形鉛板，環形鉛板通過引線經卷線器連接到探測裝置上。3.如權利要求2所述的可用於TBM動態自適應固體不極化電極，其特徵是，所述錐形管套為錐形橡膠管套，通過螺紋固定在PVC管的一端。4.如權利要求2所述的可用於TBM動態自適應固體不極化電極，其特徵是，所述推壓裝置包括推壓盤和推桿，所述推桿一端固定連接在推壓盤上，另一端與控制裝置連接；所述推桿固定穿過卡環；A進料管和B進料管通過通孔穿過卡環。5.如權利要求4所述的可用於TBM動態自適應固體不極化電極，其特徵是，所述卡環的個數至少為一個。6.如權利要求4所述的可用於TBM動態自適應固體不極化電極，其特徵是，所述推壓盤上設有兩個分別與A進料管和B進料管相對應的進料孔；所述推壓盤靠近錐形管套的一面的進料孔旁均設有單向閥。7.如權利要求2所述的可用於TBM動態自適應固體不極化電極，其特徵是，所述伸縮聯動裝置包括伸縮杆和氣缸，伸縮杆前端固定安裝在PVC管的外壁上，後端與氣缸的活塞杆連接。
【文檔編號】G01V3-00GK204287502SQ201420723682
【發明者】田明禛, 李術才, 聶利超, 林春金, 張波, 楊磊, 郭謙, 王傳武, 崔宇鵬 [申請人]山東大學