CN105973141A - 一种盾构隧道管片错台测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构隧道管片错台测量装置及方法，包括基座、立柱、柱筒状横梁、实心杆件、测点定位刻度盘、圆柱形构件、激光测距仪、定位指针、圆柱轴承、销钉。其中，立柱垂直固定于基座的中心位置，所述立柱上端开凹槽，并预留与柱筒状横梁大小相匹配的圆孔。测点定位刻度盘垂直固定于柱筒状横梁的端部，圆柱形构件内部安装激光测距仪及定位指针。实心杆件与柱筒状横梁以扦插方式连接，所述实心杆件通过圆柱轴承垂直嵌套在圆柱形构件上。本发明测量盾构隧道管片错台外业工程量小，不需搭设脚手架，准确、方便、快捷，大大节省了人力、物力，缩短了测量时间，也减少了测量过程中的安全风险。

Description

一种盾构隧道管片错台测量装置及方法

技术领域

本发明属于盾构隧道监测技术领域，具体涉及一种盾构隧道管片错台测量装置及方法。

背景技术

随着社会经济不断发展，为满足日益增长的城市交通需求，城市地铁及地下工程的建设正迎来高速发展期。盾构法施工具有地面影响小、机械化程度高、安全、劳动强度低、进度快等优点，在我国城市地铁、水下隧道的施工中得到广泛的应用。但盾构法施工不可避免地会对周围地层造成扰动，引起地表沉隆，控制盾尾地表沉降的关键在于对盾尾间隙的有效充填。然而在盾构掘进、盾尾间隙注浆施工中，隧道管片经常会出现管片错台的现象。

管片错台是指管片在拼装后同一环相邻块管片或者不同环管片之间的尺寸偏差，前者称为纵向错台，后者称为环向错台。错台过大时管片间的连接螺栓承受过大的剪切作用力易出现螺栓剪断、螺栓孔附近管片应力集中，造成螺栓孔附近管片崩角、掉块等破坏问题；千斤顶推力作用在管片环面上，错台将导致千斤顶推力偏心作用，其产生的附加偏心距对管片内力分布影响较大，容易造成管片破损；此外过大的错台还可能导致隧道侵限，对管片防水和耐久性产生不利影响。

在盾构隧道施工过程中，通过对隧道的现场测量来监测衬砌管片错台大小，做出更接近于实际的判断，分析管片错台产生的原因，以此来指导设计施工。

目前，管片错台还是采用比较简单且低效率的测量方式，尺量就是其中一种方式。但是隧道断面都是比较大的。对于拱顶而言，用尺量的方式，监测人员需要借助辅助设施来进行量测，极为不便，安全风险高，且测量效率较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现阶段技术中的不足，提供一种结构简单、设计合理、实现方便且成本低，使用操作方便的盾构隧道管片错台测量装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种盾构隧道管片错台测量装置，顶端具有凹槽的立柱4立于具有圆柱面底面的基座1的中心，柱筒状横梁5穿过立柱4的凹槽并由销钉12固定在立柱4上；柱筒状横梁5的端部固定有测点定位刻度盘7；实心杆件6的一端以扦插方式插入柱筒状横梁5端头，实心杆件6可以在柱筒状横梁5内依柱筒状横梁5作轴向串动；在圆柱面上设置有激光测距仪9和定位指针10的圆柱形构件8通过圆柱轴承11连接在实心杆件6端头；安装时使定位刻度盘7的零刻度线与立柱4轴线走向共面并与基座1的上表面垂直。

所述基座底面为曲面形状，其与管片内曲面相匹配，基座的底面边线与管片纵缝齐平、底面曲线与管片拼装环缝齐平。

所述定位指针固定于圆柱形构件上，其中心指向圆柱形构件的中心，并且定位指针所指示方向与激光测距仪所指示的方向一致。

本发明的另一个目的是采用上述装置的盾构隧道管片错台测量方法，包括如下步骤：

A：工段测点完整获取，具体包括步骤：

1)将初调完成的装置基座置于待测环号H_A的K位置，基座的底面边线与环号H_A管片拼装纵缝ZF齐平、底面曲线与管片拼装环缝HF齐平；调整伸缩实心杆件6，使激光测距仪所量测的范围落入到环号H_A的环形区域A₂内；

2)以环号H_A的环形区域A₂内标准块B1B与B2B间纵缝为例，来进行管片错台测量的说明。旋转圆柱形构件，使激光测距仪的激光点分别落入测点a₁、a₂；a₂测点尽量选在管片的中间部位，记录两测点偏转角θ₁、θ₂以及测点a₁、a₂距激光测距仪的距离r₁、r₂；

3)若标准块B1B与B2B之间存在错台使激光测距仪进行量测时出现视线遮挡时，选取测点a₃的邻近位置a₃′进行观测，并记录测点a₃′的偏转角θ₃′以及测点a₃′距激光测距仪的距离r₃′；

4)按2)-3)所描述的方法进行环号H_A的环形区域A₂内管片标准块B2B、B3B，邻接块L1B、L2B以及封顶快FB中的测点观测，记录数据；

5)基座保持不动，伸缩实心杆件，定位指针重新调零，使激光测距仪所量测范围延伸到环号H_B的环形区域B₁内，按2)-4)所描述的方法进行环号H_B的环形区域B₁每一块管片测点的观测，并记录相应数据；

6)移动管片错台测量装置，将基座置于环号H_B所处的位置K＇，伸缩实心杆件，定位指针调零，使激光测距仪所测量的范围延伸到环号H_B的环形区域B₂内，并进行环形区域B₂的测点观测；

7)重复步骤1)-6)，完成该施工段测点的完整获取；

B:对盾构隧道衬砌管片的测点数据进行分析处理，得到管片错台量，具体包括步骤：

1)以环号H_A的环形区域A₂内标准块B1B与B2B间纵缝为例，说明数据处理的相应方法：Cad中随机选一个点作为圆柱形构件的中心点，并以圆柱形构件的半径画圆；

2)根据现场所量测的数据可确定a₁、a₂、a₃′、a₄、a₅、a₆的位置，将量测点a₄、a₅、a₆用平面圆拟合的方式画圆弧，并画出相应纵缝ZF′；

3)将量测点a₁、a₂、a₃′用平面圆拟合的方式画圆弧，延伸该圆弧至纵缝ZF′得出点a₃的位置，则点a₃与点a₄之间的间距就是环号H_A的环形区域A₂内标准块B1B与B2B间纵缝的错台；

4)按2)-3)所描述的方法得环号H_A的环形区域A₂内标准块B2B与B3B，标准块B3B与邻接块L2B、邻接块L2B与封顶快FB、封顶快FB与邻接块L1B以及邻接块L1B与标准块B2B间纵缝的错台的大小；

5)保持圆柱形构件8的中心点坐标不变，按2)-4)所描述的方法作出环号H_B的环形区域B₁内管片的变形图，并与环号H_A的环形区域A₂内管片的变形相比较，得出环间错台大小；

6)另取Cad中一点作为圆形构件8的中心点，根据相应测量数据，按以上方法得出环号H_B的环形区域B₂内管片的纵缝错台大小；

7)将环号H_B的环形区域B₁与环号H_B的环形区域B₂间纵缝错台的最大值作为环号H_B的管片间纵缝错台的取值。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明盾构隧道管片错台测量装置结构简单，设计合理，实现方便且成本低。

本发明测量盾构隧道管片错台外业工程量小，不需搭设脚手架，准确、方便、快捷，大大节省了人力、物力，缩短了测量时间，也减少了测量过程中的安全风险。

本发明的后续数据处理是对衬砌环每一块管片的3个点进行平面圆拟合，来获取管片错台的相关数据，方法简单，计算快捷，精度高，为准确进行盾构隧道施工设计提供数据支持，提高成型隧道质量。

本发明解决隧道管片错台测量上的技术难题，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为实心杆件与圆柱形构件连接详图。

图3为本发明装置与隧道管片环纵缝的相对位置图。

图4为隧道管片错台变形后断面示意图。

附图中：1、基座；2、基座底面边线；3、基座底面曲线；4、立柱；5、柱筒状横梁；6、实心杆件；7、测点定位刻度盘；8、圆柱形构件；9、激光测距仪；10、定位指针；11、圆柱轴承；12、销钉；13、立柱边凹槽线；14、筒状横梁上凹槽线。

具体实施方式

为了更具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

顶端具有凹槽的立柱4立于具有圆柱面底面的基座1的中心，柱筒状横梁5穿过立柱4的凹槽并由销钉12固定在立柱4上；柱筒状横梁5的端部固定有测点定位刻度盘7；实心杆件6的一端以扦插方式插入柱筒状横梁5端头，实心杆件6可以在柱筒状横梁5内依柱筒状横梁5作轴向串动；在圆柱面上设置有激光测距仪9和定位指针10的圆柱形构件8通过圆柱轴承11连接在实心杆件6端头；

结合图1和图2所示，本发明的盾构隧道管片错台测量装置，包括基座1、立柱4、柱筒状横梁5、实心杆件6、测点定位刻度盘7、圆柱形构件8、激光测距仪9、定位指针10、圆柱轴承11、销钉12。其中，立柱4垂直固定于基座1的中心位置，所述立柱4上端开凹槽，并预留与柱筒状横梁5大小相匹配的圆孔；测点定位刻度盘7垂直固定于柱筒状横梁5的端部，圆柱形构件8内部安装激光测距仪9及定位指针10；实心杆件6与柱筒状横梁5以扦插方式连接，所述实心杆件6通过圆柱轴承11垂直嵌套在圆柱形构件8上。

本实施例中，基座1底面为曲面形状，其与管片内曲面相匹配，基座1的底面边线2与管片纵缝齐平、底面曲线3与管片拼装环缝齐平。

定位指针10固定于圆柱形构件8上，其中心指向圆柱形构件8的中心，并且定位指针10所指示方向与激光测距仪9所指示的方向一致。

立柱4的其中一个圆孔留有凹槽线13，且该凹槽线13与立柱4轴线方向平行。测点定位刻度盘7的零刻度线与柱筒状横梁5上凹槽线14垂直。

圆柱轴承11为圆柱状结构，嵌套在实心杆件6并固定于圆柱形构件8上，并带动圆柱形构件8自由转动。

装置安装完成之后，固定销钉12，保证柱筒状横梁5上凹槽线14与立柱4边凹槽线13端点对齐，定位指针10与测点定位刻度盘7的零刻度线对齐。

一种基于上述装置的测量方法，具体包括步骤：

1)如图3所示，将初调完成的装置基座1置于待测环号H_A的K位置，此时基座1的底面边线2与环号H_A管片拼装纵缝ZF齐平、底面曲线3与管片拼装环缝HF齐平。伸缩实心杆件6，使激光测距仪9所量测的范围落入到环号H_A的环形区域A₂内。

2)如图4所示，以环号H_A的环形区域A₂内标准块B1B与B2B间纵缝为例，来进行管片错台测量的说明。旋转圆柱形构件8，使激光测距仪9的激光点分别落入测点a₁、a₂(2号监测点尽量选在管片的中间部位)，并记录两测点偏转角θ₁、θ₂以及测点a₁、a₂距激光测距仪9的距离r₁、r₂。

3)标准块B1B与B2B之间存在错台，标准块B2B相对于B1B趋向隧道内部，这样激光测距仪9进行量测时就会发现视线遮挡的现象，这与圆柱形构件8所处的位置也有关系。图中激光测距仪9量测不到标准块B1B的测点a₃位置。此时，选取测点a₃的邻近位置a₃′进行观测，并记录测点a₃′的偏转角θ₃′以及测点a₃′距激光测距仪9的距离r₃′。

4)对环号H_A的环形区域A₂内其余待测管片标准块B2B、B3B，邻接块L1B、L2B以及封顶快FB进行测点观测，测点优先选用待测管片块两端边缘及中间部位，当出现测点视线遮挡时，采用3)所描述的方法进行遮挡点的临近测点观测，并做好相应的数据记录工作。

5)基座1保持不动，伸缩实心杆件6，定位指针10重新调零，使激光测距仪9所量测范围延伸到环号H_B的环形区域B₁内，按2)-4)所描述的方法进行环号H_B的环形区域B₁每一块管片测点的观测，并记录相应数据。

6)移动管片错台测量装置，将基座1置于环号H_B所处的K＇位置，伸缩实心杆件6，定位指针10调零，使激光测距仪9所测量的范围延伸到环号H_B的环形区域B₂内，并进行环形区域B₂的测点观测。

7)重复步骤1)-6)，可实现测点的连续布设。

对盾构隧道衬砌管片的测点数据进行分析处理，得到管片错台量，具体包括步骤：

1)以环号H_A的环形区域A₂内标准块B1B与B2B间纵缝为例，介绍数据处理的相应方法。Cad中随机选一个点作为圆柱形构件8的中心点，并以圆柱形构件8的半径画圆。

2)根据现场所量测的数据可确定a₁、a₂、a₃′、a₄、a₅、a₆的位置，将量测点a₄、a₅、a₆用平面圆拟合的方式画圆弧，并画出相应纵缝ZF′。

3)将量测测点a₁、a₂、a₃′用平面圆拟合的方式画圆弧，延伸该圆弧至纵缝ZF′得出点a₃的位置，则点a₃与点a₄之间的间距就是环号H_A的环形区域A₂内标准块B1B与B2B间纵缝的错台。

4)按2)-3)所描述的方法可得环号H_A的环形区域A₂内标准块B2B与B3B，标准块B3B与邻接块L2B、邻接块L2B与封顶快FB、封顶快FB与邻接块L1B以及邻接块L1B与标准块B2B间纵缝的错台的大小。

5)保持圆形构件8的中心点坐标不变，可以按2)-4)所描述的方法可作出环号H_B的环形区域B₁内管片的变形图，并与环号H_A的环形区域A₂内管片的变形相比较，可得出环间错台大小。

6)另取Cad中一点作为圆柱形构件8的中心点，根据相应测量数据，按以上方法可得出环号H_B的环形区域B₂内管片的纵缝错台大小。

7)将环号H_B的环形区域B₁与环号H_B的环形区域B₂间纵缝错台的最大值作为环号H_B的管片间纵缝错台的取值。

上述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。

Claims (4)

1.一种盾构隧道管片错台测量装置，其特征在于：顶端具有凹槽的立柱(4)立于具有圆柱面底面的基座(1)的中心，柱筒状横梁(5)穿过立柱(4)的凹槽并由销钉(12)固定在立柱(4)上；柱筒状横梁(5)的端部固定有测点定位刻度盘(7)；实心杆件(6)的一端以扦插方式插入柱筒状横梁(5)端头，实心杆件(6)可以在柱筒状横梁(5)内依柱筒状横梁作轴向串动；在圆柱面上设置有激光测距仪(9)和定位指针(10)的圆柱形构件(8)通过圆柱轴承(11)联接在实心杆件(6)端头；安装时使定位刻度盘(7)的零刻度线与立柱(4)轴线走向共面并与基座(1)的上表面垂直。

2.根据权利要求1所述的盾构隧道管片错台测量装置，其特征在于，所述基座底面与盾构隧道管片内曲面相匹配，基座的底面边线与管片纵缝齐平、底面曲线与管片拼装环缝齐平。

3.按照权利要求1所述的盾构隧道管片错台测量装置，其特征在于，所述定位指针固定于圆柱形构件上，定位指针所指示方向与激光测距仪所指示的方向一致。

4.一种采用权利要求或1或2或3装置的盾构隧道管片错台测量方法，包括如下步骤：

A:工段测点完整获取,具体包括步骤：

1)将初调完成的装置基座置于待测环号H_A的K位置，基座的底面边线与环号H_A管片拼装纵缝ZF齐平、底面曲线与管片拼装环缝HF齐平；调整伸缩实心杆件，使激光测距仪所量测的范围落入到环号H_A的环形区域A₂内；

2)以环号H_A的环形区域A₂内标准块B1B与B2B间纵缝为例，来进行管片错台测量的说明；旋转圆柱形构件，使激光测距仪的激光点分别落入测点a₁、a₂；a₂测点尽量选在管片的中间部位，记录两测点偏转角θ₁、θ₂以及测点a₁、a₂距激光测距仪的距离r₁、r₂；

3)若标准块B1B与B2B之间存在错台使激光测距仪进行量测时出现视线遮挡时，选取测点a₃的邻近位置a₃′进行观测，并记录测点a₃′的偏转角θ₃′以及测点a₃′距激光测距仪的距离r₃′；

4)按2)-3)所描述的方法进行环号H_A的环形区域A₂内管片标准块B2B、B3B，邻接块L1B、L2B以及封顶快FB中的测点观测，记录数据；

5)基座保持不动，伸缩实心杆件，定位指针重新调零，使激光测距仪所量测范围延伸到环号H_B的环形区域B₁内，按2)-4)所描述的方法进行环号H_B的环形区域B₁每一块管片测点的观测，并记录相应数据；

6)移动管片错台测量装置，将基座置于环号H_B所处的位置，伸缩实心杆件，定位指针调零，使激光测距仪所测量的范围延伸到环号H_B的环形区域B₂内，并进行环形区域B₂的测点观测；

7)重复步骤1)-6)，完成该施工段测点完整获取；

B:对盾构隧道衬砌管片的测点数据进行分析处理，得到管片错台量，具体包括步骤：

1)以环号H_A的环形区域A₂内标准块B1B与B2B间纵缝为例，说明数据处理的相应方法：Cad中随机选一个点作为圆柱形构件的中心点，并以圆柱形构件的半径画圆；

2)根据现场所量测的数据可确定a₁、a₂、a₃′、a₄、a₅、a₆的位置，将量测点a₄、a₅、a₆用平面圆拟合的方式画圆弧，并画出相应纵缝ZF′；

3)将量测点a₁、a₂、a₃′用平面圆拟合的方式画圆弧，延伸该圆弧至纵缝ZF′得出点a₃的位置，则点a₃与点a₄之间的间距就是环号H_A的环形区域A₂内标准块B1B与B2B间纵缝的错台；

4)按2)-3)所描述的方法得环号H_A的环形区域A₂内标准块B2B与B3B，标准块B3B与邻接块L2B、邻接块L2B与封顶快FB、封顶快FB与邻接块L1B以及邻接块L1B与标准块B2B间纵缝的错台的大小；

5)保持圆柱形构件8的中心点坐标不变，按2)-4)所描述的方法作出环号H_B的环形区域B₁内管片的变形图，并与环号H_A的环形区域A₂内管片的变形相比较，得出环间错台大小；

6)另取Cad中一点作为圆形构件8的中心点，根据相应测量数据，按以上方法得出环号H_B的环形区域B₂内管片的纵缝错台大小；

7)将环号H_B的环形区域B₁与环号H_B的环形区域B₂间纵缝错台的最大值作为环号H_B的管片间纵缝错台的取值。