CN107449367A - 一种盾构机盾尾间隙自动测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种盾构机盾尾间隙自动测量系统，包括安装在尾盾内壁上的测距传感器、与测距传感器通信互联的PLC以及与PLC通信互联的上位机，测距传感器直接测量获取管片的外壁和盾构机的尾盾内壁之间的径向距离，该径向距离即盾尾间隙值，然后测距传感器将测得的盾尾间隙值传递到上位机，不需工作人员直接参与测量，并且测距传感器是固定安装在盾尾内壁上，测距传感器不会轻易发生移动，能够保证测得的数据是径向方向的盾尾间隙值，测得的数据准确可靠。测距传感器包括前后两组，每组包含有多个测距传感器，每组中的测距传感器沿周向布设在尾盾内壁上，两组测距传感器测量获得的盾尾间隙值进行比对，能够准确分析管片在尾盾中的安装情况。

Description

一种盾构机盾尾间隙自动测量系统

技术领域

本发明涉及盾构机技术领域，特别是涉及一种盾构机盾尾间隙自动测量系统。

背景技术

盾构机在掘进的过程中需要实时测量盾尾间隙，这里的盾尾间隙是指拼装好的管片外壁与尾盾内壁之间的径向距离。测量获取的盾尾间隙值有以下作用：一是根据测量获取的盾尾间隙值为盾构机接下来的掘进姿态的调整提供参考，这里的调整掘进姿态是指调整盾构机整体在隧道中的姿态，包括盾构机在隧道中沿上下方向或左右方向的倾斜程度等。二是为拼装下一环管片提供参考。

现有测量盾尾间隙的方法主要存在以下几个问题：一是测量不准确，现有测量盾尾间隙的一种方法是将激光测距器安装在管片拼装机上，管片拼装机带动激光测距器移动到尾盾内已经拼装好管片的位置测量激光测距器到管片内壁的径向距离，然后管片拼装机移动到尾盾未拼装管片位置测量激光测距器到尾盾内壁的径向距离，激光测距器到尾盾内壁的径向距离与激光测距器到管片内壁的径向距离之间的差值减去管片厚度即为盾尾间隙，由于管片拼装机没有合适的安装激光测距器的位置，难以保证测量所得到的激光测距器到尾盾内壁的距离和激光测距器到管片内壁的距离沿径向方向测量，激光测距器本身也存在测量误差，所以最终计算获得的盾尾间隙值误差较大；现有测量盾尾间隙的另一种方法是由工作人员拿着直尺直接测量盾尾间隙，人工测量获得的数据更加不能保证精确度。二是测量繁琐，如果将激光测距器安装在管片拼装机上，由于需测量周向上多个位置的盾尾间隙值，所以需要多次移动管片拼装机来移动激光测距器，测量过程非常繁琐；一些盾构机直径达数米，如果采用人工测量，也难以测量周向上多个位置的盾尾间隙值。三是不能准确选取合适的测量位置，比如，如果管片与尾盾不同轴，若测量同一直径上尾盾内壁与管片外壁之间的两个盾尾间隙值，那么十分方便推测管片在尾盾中的偏移方向，但是现有的测量方式难以准确测量同一直径上尾盾内壁与管片外壁之间的两个盾尾间隙值，造成测量的数据比对分析不方便。

因此，需要提供一种盾构机盾尾间隙自动测量系统。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种盾构机盾尾间隙自动测量系统，解决现有技术中盾尾间隙值测量不方便、不准确以及测量得到的盾尾间隙值不易于比对分析的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种盾构机盾尾间隙自动测量系统，该测量系统包括安装在尾盾内壁上的测距传感器、与该测距传感器通信互联的PLC以及与该PLC通信互联的上位机。

在本发明盾构机盾尾间隙自动测量系统另一实施例中，该测距传感器包括前后两组，每组包含有多个该测距传感器，每组中的该测距传感器沿周向布设在尾盾内壁上。

在本发明盾构机盾尾间隙自动测量系统另一实施例中，尾盾内壁上开设有测距传感器槽，该测距传感器对应安装在该测距传感器槽中。

在本发明盾构机盾尾间隙自动测量系统另一实施例中，在盾构机的中盾内壁上设置集线盒，并在每一个该测距传感器槽旁边均开设有线管槽，该线管槽开设在尾盾内壁上，该线管槽的一端连通到对应的该测距传感器槽，另一端连通到该集线盒；该PLC通过相应的相应数据线连接到该集线盒，该线管槽中埋设有线管，该线管中穿设有测距传感器数据线，该测距传感器数据线的一端连接对应的该测距传感器槽中的测距传感器，另一端连接该集线盒中的接线端子上。

在本发明盾构机盾尾间隙自动测量系统另一实施例中，前后两组该测距传感器中的每组均包含有5个，每组中的该5个测距传感器包括安装在尾盾内壁顶端的顶端测距传感器、安装在该顶端测距传感器左右两侧并与该顶端测距传感器间隔60°的两个上端测距传感器，以及分别安装在该上端测距传感器下侧并与该上端测距传感器间隔60°的下端测距传感器。

在本发明盾构机盾尾间隙自动测量系统另一实施例中，每组该测距传感器包含有4个，每组4个该测距传感器沿尾盾的同一横截面间隔90°均匀布设。

在本发明盾构机盾尾间隙自动测量系统另一实施例中，该测距传感器是超声波传感器或激光传感器。

在本发明盾构机盾尾间隙自动测量系统另一实施例中，该测距传感器槽的槽底面固定设置有测距传感器安装底板，该测距传感器和测距传感器安装底板上设置相对应的螺纹孔，该测距传感器通过与该螺纹孔相匹配的螺栓拧紧固定在该测距传感器安装底板上。

本发明的有益效果是：本发明提供的盾构机盾尾间隙自动测量系统包括安装在尾盾内壁上的测距传感器、与测距传感器通信互联的PLC以及与PLC通信互联的上位机，测距传感器直接测量获取管片的外壁和盾构机的尾盾内壁之间的径向距离，该径向距离即盾尾间隙值，然后测距传感器将测得的盾尾间隙值通过PLC传递到上位机，不需工作人员直接参与测量，十分方便，并且测距传感器是固定安装在盾尾内壁上的，测距传感器不会轻易发生移动，能够保证测得的数据是径向方向的盾尾间隙值，测得的数据准确可靠。测距传感器包括前后两组，每组包含有多个测距传感器，每组中的测距传感器沿周向布设在尾盾内壁上，两组测距传感器测量获得的盾尾间隙值进行比对，能够准确分析管片在尾盾中的安装情况为盾构机接下来的掘进姿态的调整以及下一环管片的安装提供正确的参考。

附图说明

图1是本发明盾构机盾尾间隙自动测量系统一实施例的结构框图；

图2是本发明盾构机盾尾间隙自动测量系统另一实施例中测距传感器在尾盾内壁沿前后布设示意图；

图3是图2中的一组测距传感器在尾盾内壁沿周向布设的示意图；

图4是本发明盾构机盾尾间隙自动测量系统另一实施例中测距传感器在测距传感器槽中安装的结构示意图；

图5是图4中线管槽的截面图；

图6是图4中尾盾内壁上测距传感器槽和线管槽的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施案例的目的，不是用于限制本发明。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

图1是本发明盾构机盾尾间隙自动测量系统一实施例的结构框图。如图1所示，该盾构机盾尾间隙自动测量系统包括安装在尾盾内壁上的测距传感器12、与测距传感器12通信互联的PLC11以及与PLC11通信互联的上位机13。

测距传感器12直接测量尾盾内壁与管片外壁之间的径向距离，该径向距离即盾尾间隙值，然后测距传感器12将测得的盾尾间隙值传递到PLC11，PLC11将盾尾间隙值发送到上位机13，可以采用电脑作为上位机13。

本实施例中，上位机13可以仅连接一台PLC11，该一台PLC11设置有多个输入/输出接口用于连接多个测距传感器，多个测距传感器将测得的盾尾间隙值均发送到PLC11，PLC11再将盾尾间隙值数据发送到上位机13，上位机13作为数据处理和数据显示终端。进一步的，在其他实施例中，上位机也可以与多台PLC连接，每台PLC分别连接有一个或多个测距传感器，各PLC分别获取相应测距传感器测得的盾尾间隙值，上位机13作为操作站，用于采集盾尾间隙值数据，以及作为数据处理终端和数据显示终端。

该盾构机盾尾间隙自动测量系统自动化程度高，工作人员仅需通过PLC11和上位机13监测测距传感器12测量获取盾尾间隙值，不需直接参与测量，减少了人工操作，使整个测量过程更加方便。

图2是本发明盾构机盾尾间隙自动测量系统另一实施例中测距传感器在尾盾内壁沿前后布设示意图。如图2所示，该盾构机盾尾间隙自动测量系统的测距传感器22包括前后两组，该前后两组测距传感器22是指沿尾盾的轴线方向前后各设置有一组测距传感器22，每组包含有多个测距传感器22(图2中分别示意显示了前后两组中的一个测距传感器)，每组中的测距传感器22沿周向布设在尾盾23的内壁上，两组测距传感器22在尾盾23内壁沿轴向方向前后间隔安装，盾构机的尾盾23内壁的后端安装有盾尾刷25，测距传感器22安装在尾盾23内壁上位于盾尾刷25前方的位置，盾尾刷25将管片外灌注的混凝土阻挡在盾体之外，测距传感器22不会被混凝土中的泥水浸湿，测距传感器22测量尾盾23内壁与管片24外壁之间的径向距离L。

两组测距传感器22能够测量获取两组盾尾间隙值数据，通过比对这两组盾尾间隙值数据，可反映管片与盾尾的相对姿态。如果前后两组测距传感器22中位于前后方向同一直线上的测距传感器22测量获得的盾尾间隙值有差别，又或者同一组测距传感器22测量获取的盾尾间隙值有差别，说明管片与尾盾不同轴。所以测量得到的盾尾间隙值数据结合实际施工情况为接下来施工时盾构机姿态的调整和管片的安装提供参考。

图3是图2中的一组测距传感器在尾盾内壁沿周向布设的示意图。如图3所示，尾盾23的内壁上前后两组测距传感器中的每组均包含有5个，每组中的5个测距传感器包括安装在尾盾23的内壁顶端的顶端测距传感器221、安装在顶端测距传感器221左右两侧并与顶端测距传感器221间隔60°的两个上端测距传感器222，以及分别安装在上端测距传感器222下侧并与上端测距传感器222间隔60°的下端测距传感器223。

同一组测距传感器的两个上端测距传感器222和两个下端测距传感器223对应安装在尾盾23的两条直径的两端，便于分析管片24与尾盾23是否同轴，通过比对尾盾23的同一条直径两端的测距传感器测得的两个盾尾间隙值推测管片24与尾盾23是否同轴，如果不同轴，通过比对尾盾23的同一条直径两端的测距传感器测得的两个盾尾间隙值还可以推测出管片24与尾盾23的相对偏移方向。前后两组测距传感器中相应位置的测距传感器在前后方向的同一直线上，便于分析管片24在尾盾23中的相对姿态。所以该盾构机盾尾间隙自动测量系统中的两组测距传感器的布设方式使测得的数据比对更加方便。

进一步的，在其他实施例中，该盾构机盾尾间隙自动测量系统的两组测距传感器每组包含有4个测距传感器，每组中的4个测距传感器沿尾盾的同一横截面间隔90°均匀布设，优选的，该两组测距传感器前后布设一致，即前后两组对应位置的测距传感器也安装在尾盾内壁前后方向的同一直线上，这种方式布设的两组测距传感器测量获得的盾尾间隙数据也十分方便比对分析。

优选的，测距传感器是超声波传感器或激光传感器，其中，超声波传感器价格低，便于推广使用，激光传感器测量精度高，测量的数据更加准确可靠，可以根据具体的测量需求选取不同类型的测距传感器。

请一并参阅图4至图6，图4是本发明盾构机盾尾间隙自动测量系统另一实施例中测距传感器在测距传感器槽中安装的结构示意图，图5是图4中线管槽的截面图，图6是图4中尾盾内壁上测距传感器槽和线管槽的示意图。尾盾43的内壁上开设有测距传感器槽431，测距传感器42对应安装在测距传感器槽431中。测距传感器42完全容纳在测距传感器槽431中，测距传感器42安装在测距传感器槽431中避免测距传感器42裸露在尾盾43的内壁表面，从而使测距传感器42被保护。

优选的，测距传感器42的底面与尾盾43的内壁表面平齐，使测距传感器42测量的起始位置位于尾盾43的内壁表面，这样测距传感器42测得的盾尾间隙值更准确。如果没有测距传感器槽431，测距传感器42会凸出尾盾43的内壁表面，这样测距传感器42测量的起始位置就不是尾盾43的内壁表面，测量得到的盾尾间隙值会不准确。

优选的，测距传感器槽431的槽底面固定设置有测距传感器安装底板4311，测距传感器42和测距传感器安装底板4311上设置相对应的螺纹孔4312，测距传感器42通过与螺纹孔4312相匹配的螺栓4313拧紧固定在测距传感器安装底板4311上。设置测距传感器安装底板4311，便于测距传感器42的安装。

进一步的，在盾构机的中盾44的内壁上设置集线盒441，并在每一个测距传感器槽431旁边均开设有线管槽432，线管槽432开设在尾盾43的内壁上，线管槽432的一端连通到对应的测距传感器槽431，另一端连通到集线盒441。每一个测距传感器槽431对应一个连通到集线盒441的线管槽432，集线盒441设置在中盾44上。该测量系统的PLC41通过数据采集电缆411连接到集线盒441，线管槽432中埋设有线管433，线管433以焊接方式固定在线管槽432中，在线管433的左右两边都有焊点435，使线管433紧固在线管槽432中，线管433中穿设有测距传感器数据线434，测距传感器数据线434的一端连接对应的测距传感器42，另一端连接集线盒441中接线端子上，测距传感器42通过测距传感器信号线434和数据采集电缆411连接到PLC41与PLC41通信，PLC41再通过相应数据线连接到上位机。

将测距传感器数据线434埋设在盾体内壁中，保护其不被损坏，将所有测距传感器数据线434集中到集线盒441中，整体的测距传感器数据线434连接有序而不混乱，也便于后期的检查维护。

通过以上实施例，本发明盾构机盾尾间隙自动测量系统包括安装在尾盾内壁上的测距传感器、与测距传感器通信互联的PLC以及与PLC通信互联的上位机，测距传感器直接测量获取管片的外壁和盾构机的尾盾内壁之间的径向距离，该径向距离即盾尾间隙值，然后测距传感器将测得的盾尾间隙值传递到PLC，不需工作人员直接参与测量，十分方便，并且测距传感器是固定安装在盾尾内壁上的，测距传感器不会轻易发生移动，能够保证测得的数据是径向方向的盾尾间隙值，测得的数据准确可靠。测距传感器包括前后两组，每组包含有多个测距传感器，每组中的测距传感器沿周向布设在尾盾内壁上，两组测距传感器测量获得的盾尾间隙值进行比对，能够准确分析管片在尾盾中的安装情况，为盾构机接下来的掘进姿态的调整以及下一环管片的安装提供正确的参考。

在上述实施例中，仅对本发明实施例进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。

Claims (8)

1.一种盾构机盾尾间隙自动测量系统，其特征在于，所述测量系统包括安装在尾盾内壁上的测距传感器、与所述测距传感器通信互联的PLC以及与所述PLC通信互联的上位机。

2.根据权利要求1所述的盾构机盾尾间隙自动测量系统，其特征在于，所述测距传感器包括前后两组，每组包含有多个所述测距传感器，每组中的所述测距传感器沿周向布设在尾盾内壁上。

3.根据权利要求2所述的盾构机盾尾间隙自动测量系统，其特征在于：尾盾内壁上开设有测距传感器槽，所述测距传感器对应安装在所述测距传感器槽中。

4.根据权利要求3所述的盾构机盾尾间隙自动测量系统，其特征在于：在盾构机的中盾内壁上设置集线盒，并在每一个所述测距传感器槽旁边均开设有线管槽，所述线管槽开设在尾盾内壁上，所述线管槽的一端连通到对应的所述测距传感器槽，另一端连通到所述集线盒；所述PLC通过相应数据线连接到所述集线盒，所述线管槽中埋设有线管，所述线管中穿设有测距传感器数据线，所述测距传感器数据线的一端连接对应的所述测距传感器槽中的测距传感器，另一端连接到所述集线盒中的接线端子。

5.根据权利要求4所述的盾构机盾尾间隙自动测量系统，其特征在于：前后两组所述测距传感器中的每组均包含有5个，每组中的所述5个测距传感器包括安装在尾盾内壁顶端的顶端测距传感器、安装在所述顶端测距传感器左右两侧并与所述顶端测距传感器间隔60°的两个上端测距传感器，以及分别安装在所述上端测距传感器下侧并与所述上端测距传感器间隔60°的下端测距传感器。

6.根据权利要求4所述的盾构机盾尾间隙自动测量系统，其特征在于：每组所述测距传感器包含有4个，每组4个所述测距传感器沿尾盾的同一横截面间隔90°均匀布设。

7.根据权利要求5或6所述的盾构机盾尾间隙自动测量系统，其特征在于：所述测距传感器是超声波传感器或激光传感器。

8.根据权利要求7所述的盾构机盾尾间隙自动测量系统，其特征在于：所述测距传感器槽的槽底面固定设置有测距传感器安装底板，所述测距传感器和测距传感器安装底板上设置相对应的螺纹孔，所述测距传感器通过与所述螺纹孔相匹配的螺栓拧紧固定在所述测距传感器安装底板上。