[发明专利]一种管环平整度自动测量系统

说明书

本发明涉及自动测量及隧道施工领域，提出了一种盾构机管片平整度测量系统。该系统包括盾构机推进油缸、行程传感器、PLC、工控机、显示器。其中：工控机采用盾构机上已有的工控机，工控机包括系统配置模块、背景数据模块、数据通讯模块、平整度计算模块、数据存取模块和数据可视化模块。所述平整度计算模块根据背景数据和油缸行程数据匹配组合出“安装角度—油缸行程”数据对，进一步计算得出各测量点与理想平面(曲线)的偏差值；并将偏差数据提供给数据存取模块和可视化模块；利用外部配备垫片及外部机构根据偏差数据进行补偿工序；待完成平整度补偿、管片拼装后，盾构机进入掘进流程，此时本测量系统自动启动并开始平整度测量。

技术领域

本发明适用于自动测量及隧道施工领域。

技术背景

随着中国城镇化水平的提升，城市迅速增长的人口对交通网络的建设需求也在日益攀升，作为交通网络的重要构成部分，地铁隧道的建设量也随之不断增长。鉴于盾构法施工具备安全、高效、经济等特性，盾构机己经成为隧道施工中的主要施工装备，被广泛应用于地铁、隧道等工程领域。

为保证隧道结构安全稳固，盾构施工采用多环连接的通用型楔形管片作为隧道的最内层支护结构。同一环管片由多块预制管片拼接而成，根据施工要求合理选择拼装点位调整管片楔形量位置实现对隧道设计轴线的拟合。盾构机后盾体圆周均匀装配有推进油缸，推进油缸撑靴以管片前沿端面作为支撑点，通过缓慢伸出活塞杆为盾构机提供向前掘进的推力。盾构机施工过程中每掘进一环距离后进行管片拼装，完成该环拼装工序后开始下一环掘进，依此循环直至贯通隧道。

在当前环拼装过程中，因拼装点位选择、管片拼装状态、盾构机姿态等多因素影响，很容易发生同管环各管片前沿端面错位即不平整的情况。在管片端面不平整的情况下进行掘进，油缸对管片所施加压力经过传导之后，会造成两环之间接触面不平整的部位压强过大，容易导致混凝土管片破裂，影响工程质量和施工安全性。为避免因拼装管片平整度较差造成的不良影响，需要按照“掘进结束——平整度测量——平整度补偿——管片拼装——掘进下一环”的流程完成平整度测量和补偿，保证顺利掘进。系统测得各测量点与校准平面间距即所述管片平整度，工作人员或外部系统据此在各测量点粘贴相应厚度的传力垫片进行平整度补偿，保证补偿后的管片端面尽可能平整。

最接近现有技术：

现今测量管片平整度常由人工利用全站仪测量当前环预定测量点坐标后，依靠人工经验选定其中三点计算目标平面，进而计算各测量点至该平面的距离作为测量点至目标平面的偏差值。该人工测量方法存在较大弊端：①人工选定的三点任意性较大，无法保证基于该三点计算的目标平面为最佳目标平面，造成最终解算偏差值精度欠佳。②该方法需要人利用全站仪测量端面各点坐标，鉴于盾构施工场景空间限制，人工测量难度较大，操作不方便且测量效率和实时性很差，难以适应盾构施工时效性要求。

发明内容

针对以上问题，首先实现管片平整度的精确、自动测量算法方案；

进一步的，本发明设计并提出了一种盾构掘进中管环端面平整度测量系统，其集成有管片端面平整度测量功能。

本申请需要保护的技术方案：

一种盾构机管片平整度测量系统，其特征是，其集成有管片端面平整度测量功能；所述盾构机管片平整度测量系统包括盾构机推进油缸、行程传感器、PLC、工控机、显示器，其中：

若干盾构机推进油缸工作于盾构机盾尾和当前管片之间，在PLC控制下推动盾构机前进；

行程传感器安装于盾构机每根推进油缸内部或外部；行程传感器实时测量掘进状态中推进油缸各活塞杆伸出长度即所述油缸行程，也即盾构机盾尾基点和管片测量点的间距，所述基点为推进油缸在油缸装配平面的投影中心点，所述测量点为推进油缸在撑靴与管片接触面的投影中心点；

PLC与所有行程传感器连接，PLC获取油缸行程对应的模拟量后转换为数字量，并传输至工控机；