[发明专利]接触式盾尾间隙测量系统及其测量方法

说明书

本发明公开了一种接触式盾尾间隙测量系统及其测量方法，系统包括上位机、控制箱和测量装置，所述上位机通过控制箱控制联接于所述测量装置，所述测量装置采用机械接触式盾尾间隙测量装置，安装在盾尾千斤顶靴板上，所述测量装置包括机械臂，所述机械臂在所述控制箱的控制下转动接触盾壳内壁以及管片内表面，所述上位机获取所述机械臂转动接触所述盾壳内壁以及管片内表面时的转动角度的数值，计算出盾尾间隙的数值。本发明方法通过机械接触式盾尾间隙测量装置，测量管片内表面到盾尾盾壳内壁的高度，然后计算出盾尾间隙。本发明系统成本低，操作简单，测量的精度较高，且适应盾构机内负责的作业环境。

技术领域

本发明涉及盾构施工技术领域，尤其涉及一种接触式盾尾间隙测量系统及其测量方法。

背景技术

当前，隧道建设已经成为了道路建设中必不可少的一部分，比如铁路、公路涉及过江过河或者穿越重点建筑以及城市地铁等就需建设隧道。盾构法施工是以盾构为核心在地下暗挖隧道的一种施工方式，它在整个隧道建设中占据很大一部分比例。而盾构施工过程中，为了确保施工的质量以及隧道的安全，就需要在整个施工过程中测量拼装成环的管片与盾构腔体之间的距离也就是盾尾间隙。间隙过小一般会导致手孔破损或者纵向裂缝，影响整个隧道的安全。

目前盾尾间隙的测量方式有人工测量，激光测量，图像处理以及机械测量等，但大部分测量系统的准确度不是很高。同时激光测量以及图像处理的仪器比较精密对复杂环境的适应还是比较差的，而盾构机内大部分是潮湿且光线较暗的。

发明内容

针对上述现有技术中存着的不足之处，本发明提出了一种接触式盾尾间隙测量系统及其测量方法，该系统成本低，操作简单，测量的精度较高，且适应盾构机内复杂的作业环境。

为实现上述技术效果，本发明提供了一种接触式盾尾间隙测量系统，其包括上位机、控制箱和测量装置，所述上位机通过控制箱控制联接于所述测量装置，所述测量装置采用机械接触式盾尾间隙测量装置，安装在盾尾千斤顶靴板上，所述测量装置包括机械臂，所述机械臂在所述控制箱的控制下转动接触盾壳内壁以及管片内表面，所述上位机获取所述机械臂转动接触所述盾壳内壁以及管片内表面时的转动角度的数值，计算出盾尾间隙的数值。

作为本发明系统的一实施例，所述系统还包括电缆卷筒，所述控制箱与所述测量装置之间连接用的电缆收纳于所述电缆卷筒内。

作为本发明系统的一实施例，所述控制箱内包括树莓派、通讯串口以及接线端子排，所述树莓派通过所述通讯串口与所述测量装置通讯连接，所述树莓派通过所述接线端子排与所述上位机通讯连接。

作为本发明系统的一实施例，所述测量装置为四个，分别位于所述盾尾管片的上、下、左、右四个象限点的位置。

作为本发明系统的一实施例，在获取所述机械臂转动接触所述盾壳内壁以及管片内表面时的转动角度的数值之后，配合所述机械臂长度计算得到所述管片内表面到所述盾壳内壁的高度，减去管片厚度，计算出盾尾间隙的数值。

作为本发明系统的一实施例，所述机械臂包括上摆臂和下摆臂；所述上摆臂第一端悬空、第二端转动连接于所述下摆臂的第一端且由一舵机驱使转动，所述下摆臂的第二端转动连接于一底座且由另一舵机驱使转动，所述底座固定于千斤顶靴板上。

作为本发明系统的一实施例，盾尾间隙的计算公式为：J＝D cosβ₁-S sinα₁+S sinα₂+D cosβ₂-G

其中，J为盾尾间隙，S为上摆臂长度，D为下摆臂长度，α₁为上摆臂转动接触所述管片内表面时与水平面的夹角，α₂为上摆臂转动接触所述盾壳内壁时与水平面的夹角，β₁为所述上摆臂接触所述管片内表面时所述下摆臂与垂直面的夹角，β₂为所述上摆臂接触所述盾壳内壁时所述下摆臂与垂直面的夹角，G为管片厚度。