CN103063153A - 基于多点扫描距离检测技术的盾尾间隙测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种基于多点扫描距离检测技术的盾尾间隙测量装置及方法，所述装置包括有控制计算机、电控旋转台、步进电机、步进电机驱动器和激光测距仪，其中，激光测距仪固定安装在电控旋转台上，控制计算机连接激光测距仪和步进电机驱动器，该步进电机驱动器连接步进电机，该步进电机连接并驱动电控旋转台作旋转运动；所述方法测出初始时管片端面到测距仪的垂直距离L和测距仪到盾壳的距离P，计算机控制旋转台向盾构机中心方向旋转，同时连续检测管片端面到测距仪的距离，并记录该距离发生突变时旋转台转过的角度α，利用下式算出盾尾间隙D：D=P+L*tan(α)-W。本发明实现了盾尾间隙的自动检测，具有结构简单、安全可靠、维护简便等优点，可广泛推广应用于各类盾构掘进机。

Description

基于多点扫描距离检测技术的盾尾间隙测量方法和装置

技术领域

本发明涉及盾构隧道施工的检侧，具体涉及一种基于多点扫描距离检测技术的盾尾间隙测量装置及方法，属于建筑工程测量技术领域。

背景技术

随着盾构法隧道施工技术的成熟和推广，该项技术在地铁隧道、公路隧道和市政隧道建设中得到了广泛应用。在隧道施工过程中盾构机姿态位置的自动测量技术已经相当成熟，但隧道的最终成型是由隧道管片拼装而成的，因此有必要检测管片拼成圆环后的姿态位置。目前盾构隧道管片的位置检侧主要是通过测量管片与盾构机之间的相对位置关系，即检测盾尾间隙，来推算隧道管片姿态位置的。控制盾尾间隙对保证隧道管片成环质量有着重要的意义，目前在施工中虽然采用一些测量技术和装置，但由于多种原因，实际应用效果均不尽理想，实际上较多的仍然是采用人工测量方法。然而人工测量存在着效率低、安全隐患多的缺点。发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于多点扫描距离检测技术的盾尾间隙测量方法及装置，其结构简单、操作简便，具有安全性好、作业效率高的优点，能够实现盾尾间隙的自动检测。

本发明是通过以下技术方案来解决其技术问题的：

一种基于多点扫描距离检测技术的盾尾间隙测量装置，固定于盾构的盾壳和主推千斤顶之上，其包括有控制计算机、电控旋转台、步进电机、步进电机驱动器和激光测距仪，其中，激光测距仪固定安装在电控旋转台上，控制计算机连接激光测距仪和步进电机驱动器，该步进电机驱动器连接步进电机，该步进电机连接并驱动电控旋转台作旋转运动。

本发明的另一技术方案是：

一种采用上述装置实现的盾尾间隙测量方法，其具体步骤如下：

1）安装所述基于多点扫描距离检测技术的盾尾间隙测量装置，将激光测距仪固定安装在电控旋转台上，将控制计算机与激光测距仪和步进电机驱动器连接，将步进电机驱动器与步进电机连接，将步进电机与电控旋转台连接；

2）利用激光测距仪测出激光测距仪到隧道管片端面的垂直距离L和激光测距仪到盾壳的距离P；

3）控制计算机通过步进电机驱动器和步进电机控制电控旋转台向盾构机中心方向旋转，同时控制计算机连续检测并记录激光测距仪到隧道管片端面的距离L_t，当L_t发生突变时，控制计算机记录该时刻电控旋转台转过的角度α；

4）利用下列公式计算出盾尾间隙D：

D=P+L*tan(α)-W

式中，D为盾尾间隙，

P为激光测距仪到盾壳的距离，

L为激光测距仪到隧道管片端面的垂直距离，

α为控制计算机记录的L_t发生突变时刻的电控旋转台转过的角度，

W为隧道管片厚度。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1、和人工测量技术比较，提高了工作效率和安全性；

2、实现了在盾构推进过程中对盾尾间隙的实时自动检测作业；

3、采用多点检测隧道管片端面到前端控制点的距离，寻找距离突变点的方法，具有较强的抗干扰能力；

4、整个测量装置能够安装在盾构主推千斤顶之间的空隙中，减少了碰撞等外部破坏的几率；

5、整个测量装置与隧道管片和盾壳不发生任何机械接触，测量装置自身运动幅度较小，并且采用非接触式测量方式，提高了系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明盾尾间隙测量装置的结构示意图。

图2为本发明盾尾间隙测量的原理图。

图3为本发明的盾尾间隙测量方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

请参阅图3，本发明所述的基于多点扫描距离检测技术的盾尾间隙测量装置是一种非接触式测量装置，用于测量隧道管片02与盾构机盾尾之间的距离，即盾尾间隙，其固定于盾构的盾壳01和主推千斤顶03之上，测量装置安装于盾构主推千斤顶03之间的空档中，整体与盾构机本体之间没有相对运动。再请参阅图1，所述盾尾间隙测量装置包括有电源、控制计算机1、电控旋转台2、步进电机4、步进电机驱动器3和激光测距仪5。所述电源和控制计算机1安装在控制箱柜内，所述激光测距仪5固定安装在电控旋转台2上，所述控制计算机1连接激光测距仪5和步进电机驱动器3，该步进电机驱动器3连接步进电机4，该步进电机4连接并驱动电控旋转台2作旋转运动。

所述盾尾间隙测量装置的工作原理如图2所示，沿盾构机径向连续测量隧道管片02端面上不同位置到激光测距仪5的距离，当测得的距离发生突变时，认为找到了隧道管片02的边缘，记录此时激光测距仪5位置P、L和旋转的角度α，采用下列公式计算得到隧道管片02与盾壳01之间的间隙D：

D=P+L*tan(α)-W

式中，D为盾尾间隙，

P为激光测距仪5到盾壳的距离，

L为激光测距仪5到隧道管片02端面的垂直距离，

α为控制计算机1记录的L_t发生突变时刻的电控旋转台2转过的角度，

W为隧道管片02厚度。

本发明所述的盾尾间隙测量方法具体步骤如下，参见图3：

1）安装所述基于多点扫描距离检测技术的盾尾间隙测量装置，将激光测距仪5固定安装在电控旋转台2上，将控制计算机1与激光测距仪5和步进电机驱动器3连接，将步进电机驱动器3与步进电机4连接，将步进电机4与电控旋转台2连接。

2）利用激光测距仪5测出激光测距仪5到隧道管片02端面的垂直距离L和激光测距仪5到盾壳01的距离P；

3）控制计算机1通过步进电机驱动器3和步进电机4控制电控旋转台2向盾构机中心方向旋转，同时控制计算机1连续检测并记录激光测距仪5到隧道管片02端面的距离L_t，当L_t发生突变时，控制计算机1记录该时刻电控旋转台2转过的角度α；

4）利用下列公式计算出盾尾间隙D：

D=P+L*tan(α)-W

式中，D为盾尾间隙，

P为激光测距仪5到盾壳01的距离，

L为激光测距仪5到隧道管片02端面的垂直距离，

α为控制计算机1记录的L_t发生突变时刻的电控旋转台2转过的角度，

W为隧道管片02厚度。

本发明所述基于多点扫描距离检测技术的盾尾间隙测量装置和方法实现了盾尾间隙的自动检测，具有结构简单、安全可靠、维护简便等优点，可广泛推广应用于各类盾构掘进机。

Claims (2)

1.一种基于多点扫描距离检测技术的盾尾间隙测量装置，固定于盾构的盾壳和主推千斤顶之上，其特征在于：所述盾尾间隙测量装置包括有控制计算机、电控旋转台、步进电机、步进电机驱动器和激光测距仪，其中，激光测距仪固定安装在电控旋转台上，控制计算机连接激光测距仪和步进电机驱动器，该步进电机驱动器连接步进电机，该步进电机连接并驱动电控旋转台作旋转运动。

2.一种采用权利要求1所述装置实现的盾尾间隙测量方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：

1）安装所述基于多点扫描距离检测技术的盾尾间隙测量装置，将激光测距仪固定安装在电控旋转台上，将控制计算机与激光测距仪和步进电机驱动器连接，将步进电机驱动器与步进电机连接，将步进电机与电控旋转台连接；

2）利用激光测距仪测出激光测距仪到隧道管片端面的垂直距离L和激光测距仪到盾壳的距离P；

3）控制计算机通过步进电机驱动器和步进电机控制电控旋转台向盾构机中心方向旋转，同时控制计算机连续检测并记录激光测距仪到隧道管片端面的距离L_t，当L_t发生突变时，控制计算机记录该时刻电控旋转台转过的角度α；

4）利用下列公式计算出盾尾间隙D：

D=P+L*tan(α)-W

式中，D为盾尾间隙，

P为激光测距仪到盾壳的距离，

L为激光测距仪到隧道管片端面的垂直距离，

α为控制计算机记录的L_t发生突变时刻的电控旋转台转过的角度，

W为隧道管片厚度。

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