CN103673858A - 一种盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置 - Google Patents

Abstract

一种用于盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置，包括用于连接电缆的电气接头端、用于数据处理的电子仓模块、两根内含波导丝的波导管、分别安装在两根波导管上并沿波导管滑移的两组滑块模块以及与两组滑块模块分别连接的两组测杆模块。使用时将固定在连接端头的测杆分别顶住衬砌管片接缝两侧，并依靠测杆端部滑轮沿着接缝滑行，利用磁致伸缩原理，中央处理单元动态的计算并存储两个位置磁铁分别与电子仓模块之间的距离，进而换算并输出两个位置磁铁每次位置变化的差值，即为接缝两侧衬砌管片径向上的高差，本发明能够动态测量盾构隧道管片环缝与纵缝的错抬，无须人工转换，直接输出所测接缝最大、最小和平均错抬量，操作简单、实用性强。

Description

一种盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置

技术领域

本发明属于土木工程领域，涉及轨道交通及隧道工程中的测量装置，具体涉及一种盾构隧道衬砌管片接缝错抬的测量装置。

背景技术

盾构隧道拼装管片的错台一直是困扰盾构隧道施工和维护的技术问题,且在较长一段时间内没有得到足够的重视。随着盾构法隧道施工技术的发展和技术标准的提高,错台引起的管片开裂、拼装困难和防水隐患等问题对施工和运营的影响开始突显出来。因此需要对盾构推进过程及使用过程中衬砌管片的错抬进行现场量测分析，以提高工程质量，并为消除盾构隧道衬砌管片错抬、评估盾构隧道安全状态提供依据。

由于盾构隧道衬砌管片采用分环分块拼装方式，不仅仅在块与块之间存在纵缝，而且在环与环之间存在环缝，大量的接缝为实际工程检测造成了很大困扰。目前，实际中常用的检测有两种：一种是依赖经过培训后的专业技术人员人工借助三角尺目测，并进行记录，这种方法具有主观性大、误差大、存在遗漏、夸大的可能；另一种是借助测量仪器进行布点检测，首先，这种方法往往只能布置离散测点，不能完整记录每个接缝的错抬量，对实际的管片错抬量造成误导，其次，在检测过程中需要不断的重复布置测点和安装仪器，工作量大、效率低、成本高、耗时长，并且已有的仪器在隧道温度变化、干湿交替的环境下测量精度得不到保障，易锈蚀，使用寿命短。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置，能够动态测量盾构隧道管片环缝与纵缝的错抬，无须人工转换，直接快速输出所测接缝最大、最小和平均错抬量，操作简单、实用性强。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种用于盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置，包括用于连接电缆以提供用电的电气接头端、用于数据处理的电子仓模块、两根内含波导丝的波导管、分别安装在所述两根波导管上并沿所述波导管滑移的两组滑块模块以及与所述两组滑块模块分别连接的两组测杆模块；

所述测杆模块包括测杆以及设于所述测杆一端部的滑行机构；

所述滑块模块包括滑块、安装在所述滑块上的位置磁铁以及设置在滑块一侧面上的连接端头，所述连接端头与所述测杆的另一端部相连；

所述电子仓模块包括中央处理单元、分别与所述中央处理单元电连接的周期脉冲电流发生器和应变脉冲检测器，所述周期脉冲电流发生器以及应变脉冲检测器还均与所述两根波导管中的波导丝相连，所述周期脉冲电流发生器用于对波导丝施加激励脉冲电流，所述应变脉冲检测器用于检测在波导丝传回的扭转波信号并转化为电信号。

所述的盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置还包括用于提供设备工作状况与诊断功能的显示模块，所述显示模块包括内置于电子仓模块中的红绿灯，所述红绿灯分别与所述应变脉冲检测器电连接并根据所述应变脉冲检测器输出的电信号点亮或熄灭。

优选的，所述绿灯亮表示接通电源；所述绿灯亮、红灯灭表示正常工作；所述绿灯亮红灯亮，表示位置磁铁超出行程范围，所述绿灯灭、红灯灭说明位置磁铁脱落或供电故障或者接线不牢。

优选的，所述应变脉冲检测器输出的电信号小于4mA或者大于20mA，表示位置磁铁超出行程范围；所述应变脉冲检测器输出的电信号为0mA，说明位置磁铁脱落、供电故障或者接线不牢。

进一步的，所述行程范围为波导管两端减去运动部件尺寸后的长度。

所述红灯与绿灯均为LED灯。

所述波导丝的制作材料为铁磁或亚铁磁性材料。

所述测杆为不锈钢测杆；

所述滑行机构为滑轮。

所述滑块底部对应所述波导管设有卡槽以带动所述滑块模块沿波导管往返移动；

所述连接端头与所述测杆螺纹连接。

所述电气接头端为7针M16水平出线接头。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：

本发明所示的一种用于盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置，可用于盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量，无须人工转换，直接输出所测接缝最大、最小和平均错抬量，操作简单、实用性强、成本低、效率高。使用时将固定在连接端头的测杆分别顶住衬砌管片接缝两侧，并依靠测杆端部滑轮沿着接缝滑行一次便能够快速输出所测接缝最大、最小和平均错抬量。利用磁致伸缩原理，电子仓模块内的中央处理单元动态的计算并存储两个位置磁铁分别与电子仓模块之间的距离，进而换算并输出两个位置磁铁每次位置变化的差值，即为接缝两侧衬砌管片径向上的高差。

本发明所示的用于盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置抗环境干扰强，特别在地下隧道温度变化、干湿交替的环境下，仍具有精度高、稳定性高、工作寿命长的特点，也不必像其他传感器那样需要定期重标。

附图说明

图1为本发明一实施例用于盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置的左视图；

图2为图1所示实施例的正视图；

图3为图1所示实施例的俯视图；

图4为图1所示实施例中不锈钢测杆左视图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

如图1至图4所示，一种用于盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置，包括用于连接电缆以提供用电的电气接头端1、用于数据处理的电子仓模块2、两根内含波导丝（波导丝的制作材料为铁磁或亚铁磁性材料）的波导管6、分别安装在两根波导管上并沿波导管滑移的两组滑块模块3以及与两组滑块模块分别连接的两组测杆模块。其中，每组测杆模块包括测杆5以及设于测杆5远离波导管6方向的端部处的滑行机构，每组滑块模块3包括滑块、安装在滑块上的一个位置磁铁以及设置在滑块面对测杆模块方向的侧面上的一个连接端头4，滑块底部对应波导管6设有卡槽以带动滑块模块3沿波导管往返移动，使得该组滑块模块3能够在对应的波导管6上自由滑动，连接端头4与测杆5的另一端部相连。

本实施例中，电气接头端1采用7针M16水平出线接头，为电子仓模块2内的电子信号与处理系统供电，并用于测量数据输出，测杆5为不锈钢测杆，连接端头4与测杆5螺纹连接，滑行机构为滑轮以用于在接缝两侧的管片上滑行，进行动态测量。

电子仓模块2包括中央处理单元、分别与中央处理单元电连接的周期脉冲电流发生器和应变脉冲检测器，周期脉冲电流发生器以及应变脉冲检测器还均与两根波导管中的波导丝相连，周期脉冲电流发生器用于对波导丝施加激励脉冲电流，应变脉冲检测器用于检测在波导丝传回的扭转波信号并转化为电信号。周期脉冲电流发生器与波导管6中的波导丝连接，用来对波导丝施加激励脉冲电流；应变脉冲检测器与波导管6中的波导丝连接，用来检测在波导丝传回的扭转波信号，并根据villari效应（维拉里效应）转化为电信号；中央处理单元与应变脉冲检测器连接，用来存储应变脉冲检测器传来的电信号，并记录激励脉冲与感应信号的时间间隔，从而计算过程中两个运动部件3的位置变化及其每次位置变化的差值。

以下结合本发明的具体工作过程和工作原理对其进行进一步说明。

所谓错抬是指接缝两侧的衬砌管片径向上的高差。当使用本发明所示的装置进行错台测量时，由测量人员手握用于盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置，使装置上两个测杆5分别垂直顶住接缝两侧的衬砌管片，并使该装置依靠测杆5端部滑轮沿着接缝缓慢滑行。此过程中，电子仓模块3内的周期脉冲电流发生器产生的脉冲电流施加到波导丝近端，该瞬时电流沿着波导管6内的波导丝传播，产生一个垂直于波导丝的环形磁场，同时位置磁铁产生固有的偏置磁场，当两磁场相交时叠加成扭转磁场。根据Wiedemann效应（韦德曼效应），此扭转磁场会产生瞬时扭力，从而在波导丝上生成机械扭转波，以2800m/s的速度沿波导丝传播。此机械扭转波很快被电子仓模块3内的应变脉冲检测器所检测到，并根据villari效应（维拉里效应）转化为电信号。中央处理单元接受该电信号并记录脉冲电流与感应信号的时间间隔。由于脉冲电流在波导丝上近似为光速，传播时间可以忽略，故通过测量脉冲电流与感应信号的时间间隔，中央处理单元即可精确的计算出位置磁铁与电子仓模块3之间的距离。由上可知，两个测杆5各自在接缝两侧对应的管片上沿着接缝缓慢滑行的过程中，电子仓模块3内的中央处理单元动态的计算并存储两个位置磁铁分别与电子仓模块3之间的距离，进而换算并输出两个位置磁铁每次位置变化的差值，为接缝两侧衬砌管片径向上的高差，即为管片之间的错抬。从而动态地测量一条接缝的任一处两侧管片之间的错抬，并可直接输出过程中所测接缝两侧管片的最大、最小和平均错抬。

此外，本发明所示的用于盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置还包括用于提供设备工作状况与诊断功能的显示模块，显示模块包括置于电子仓模块中的红绿灯，红绿灯分别与应变脉冲检测器电连接并根据应变脉冲检测器输出的电信号点亮或熄灭。本实施例中，红灯与绿灯均为LED灯。当接通电源，内置于电子仓模块3头盖中的红绿LED灯显示，以提供设备工作状况与诊断功能，红绿LED灯的明灭主要由应变脉冲检测器输出的电信号判定：当绿灯亮表示接通电源；当判断电源接通之后，若显示模块为绿灯亮、红灯灭，表示正常工作；若应变脉冲检测器的电信号输出<4mA或者>20mA，则显示模块为绿灯亮红灯亮，表示位置磁铁超出行程范围（行程范围为波导管两端减去运动部件尺寸后的长度）；若应变脉冲检测器的电信号输出为0mA，则显示模块绿灯灭、红灯灭，可能是位置磁铁脱落、供电故障或者接线不牢。因此，在使用过程中，测量人员可根据显示模块的显示对本发明所示的用于盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置的故障进行及时的了解与诊断。

本发明所示的用于盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置能够动态测量盾构隧道管片环缝与纵缝的错抬，无须人工转换，直接输出所测接缝最大、最小和平均错抬量，操作简单、实用性强、具有深远的实际工程意义。同时，本发明抗环境干扰强，特别在地下隧道干湿交替的环境下，仍具有精度高、稳定性高、工作寿命长的特点，并且不必像其他传感器那样需要定期重标。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置，其特征在于：包括用于连接电缆以提供用电的电气接头端、用于数据处理的电子仓模块、两根内含波导丝的波导管、分别安装在所述两根波导管上并沿所述波导管滑移的两组滑块模块以及与所述两组滑块模块分别连接的两组测杆模块；

所述测杆模块包括测杆以及设于所述测杆一端部的滑行机构；

所述滑块模块包括滑块、安装在所述滑块上的位置磁铁以及设置在滑块一侧面上的连接端头，所述连接端头与所述测杆的另一端部相连；

所述电子仓模块包括中央处理单元、分别与所述中央处理单元电连接的周期脉冲电流发生器和应变脉冲检测器，所述周期脉冲电流发生器以及应变脉冲检测器还均与所述两根波导管中的波导丝相连，所述周期脉冲电流发生器用于对波导丝施加激励脉冲电流，所述应变脉冲检测器用于检测在波导丝传回的扭转波信号并转化为电信号。

2.根据权利要求1所述的盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置，其特征在于：还包括用于提供设备工作状况与诊断功能的显示模块，所述显示模块包括内置于电子仓模块中的红绿灯，所述红绿灯分别与所述应变脉冲检测器电连接并根据所述应变脉冲检测器输出的电信号点亮或熄灭。

3.根据权利要求2所述的盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置，其特征在于：

所述绿灯亮表示接通电源；

所述绿灯亮、红灯灭表示正常工作；

所述绿灯亮红灯亮，表示位置磁铁超出行程范围；

所述绿灯灭、红灯灭说明位置磁铁脱落或供电故障或者接线不牢。

4.根据权利要求3所述的盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置，其特征在于：所述应变脉冲检测器输出的电信号小于4mA或者大于20mA，表示位置磁铁超出行程范围；

所述应变脉冲检测器输出的电信号为0mA，说明位置磁铁脱落、供电故障或者接线不牢。

5.根据权利要求4所述的盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置，其特征在于：所述行程范围为波导管两端减去运动部件尺寸后的长度。

6.根据权利要求2所述的盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置，其特征在于：所述红灯与绿灯均为LED灯。

7.根据权利要求1所述的盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置，其特征在于：所述波导丝的制作材料为铁磁或亚铁磁性材料。

8.根据权利要求1所述的盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置，其特征在于：所述测杆为不锈钢测杆；

所述滑行机构为滑轮。

9.根据权利要求1所述的盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置，其特征在于：所述滑块底部对应所述波导管设有卡槽以带动所述滑块模块沿波导管往返移动；

所述连接端头与所述测杆螺纹连接。

10.根据权利要求1所述的盾构隧道衬砌管片接缝错抬的动态测量装置，其特征在于：所述电气接头端为7针M16水平出线接头。

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