CN112504062B - 一种高精度测量衬砌管片环内、环间错台的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度测量衬砌管片环内、环间错台的装置，包括尺身、电子测量装置和探针，电子测量装置安装在尺身背面，且固定安装探针，尺身两侧设置凸沿，直线型底座和弧形底座通过销轴安装在位于定位块一端的凸沿上，分置于尺身的两侧，直线型底座和弧形底座分别设置至少两个卡槽，卡槽内通过销轴安装底座导轮，探针的伸出端安装轨迹轮。本发明通过安装的直线型底座和弧形底座来为测量提供定位，底座导轮和轨迹轮沿管片移动实现连续测量，并通过尺身上的电子显示器将测量数值显示，能够精确的测量管片错台的误差数值，提供更精确的测量结果，使用本测量工具测量管片错台，测量方便、操作简单、精度高，工具制作简单。

Description

一种高精度测量衬砌管片环内、环间错台的装置

技术领域

本发明涉及盾构施工衬砌环管片拼装质量控制及成型隧道验收期间管片环内、环间错台监测领域，特别是涉及一种高精度测量衬砌管片环内、环间错台的装置。

背景技术

随着城市地下空间资源的不断开发与利用，在隧道工程施工过程中，盾构施工技术的应用越来越广泛。盾构隧道施工中，由于衬砌环管片拼装过程控制不当、小半径曲线段施工、盾构机姿态纠偏等因素，难免会出现管片错台情况，根据《盾构法隧道施工及验收规范》（GB50446-2017）要求，管片拼装允许偏差详见表1所示。成型隧道允许偏差详见表2所示。

表1 管片拼装允许偏差和检验方法

表2 隧道允许偏差

管片错台是指管片在拼装过程中同一环相邻块管片或者不同环管片之间的尺寸偏差，前者称为环内错台，后者称为环间错台。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。影响错台大小的因素有很多，例如：盾构姿态、管片螺栓拧紧度、同步注浆、地层富水情况等，及时准确的掌握管片错台数据是分析盾构施工各项参数及隐蔽项目是否合格的重要依据。

目前对管片错台的测量一般采用钢板尺、直角尺来进行测量，由于管片结构原因，视觉上感觉错台较大，若采用钢板尺、直角尺来进行测量时，由于无法正确定位，测量结构与实际值有较大差距，造成测量不准确，误差较大。

管片错台尺寸较大，拼装过程中相邻管片间不同位置的尺寸偏差难免发生变化，为了做到精确测量，需要在同一管片的接缝处进行多点测量，测量点越多得到的数值越精确，现有测量尺在测量时，只能一个位置一个位置的更换进行测量，因此测量时容易定位不准，并且不能进行连续测量，测量位置有限，测量精度难以提高。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种精确测量盾构管片错台的装置，在测量装置两侧安装直线型底座和弧形底座来进行精确定位，避免常规测量无法正确定位的问题，同时底座和探针上安装导向滑轮，能够沿管片壁进行滑动，实现连续测量，从而解决目前管片错台测量存在误差大、精度低、效率低等技术问题。

本发明为一种高精度测量衬砌管片环内、环间错台的装置，包括尺身、电子测量装置和探针，尺身正面设有刻度线，背面设置楔形槽，电子测量装置通过匹配的楔形块安装在尺身背面，沿楔形槽在尺身上滑动，且电子测量装置上固定安装探针，尺身还包括有挡块和定位块，尺身楔形槽的两端分别安装挡块和定位块，定位块上设置穿孔，探针尾端穿过定位块的穿孔伸出，尺身还包括弹簧 、直线型底座和弧形底座以及底座导轮，电子测量装置与挡块之间安装弹簧，尺身两侧设置凸沿，直线型底座和弧形底座通过销轴安装在位于定位块一端的凸沿上，分置于尺身的两侧，且该端部设置有与凸沿垂直的弹性片，直线型底座和弧形底座分别设置至少两个卡槽，卡槽内通过销轴安装底座导轮，其中探针包括轨迹轮，探针的伸出端安装轨迹轮。

挡块和定位块通过螺栓安装在尺身的楔形槽中。

进一步，定位块的穿孔为方形孔，探针为与穿孔匹配的长条方形探针。

电子测量装置包括显示装置，用于显示检测数据，并进行数据汇总和计算，便于更加直观的查看测量结果。

所述楔形槽采用燕尾结构，燕尾结构的中间设置矩形凹槽，燕尾结构安装个更为牢固，矩形凹槽用于安装弹簧和探针。

底座导轮包括轮座、微调螺杆和导轮，轮座内通过转轴安装导轮，轮座的上顶面设置通孔，通过卡簧安装微调螺杆，直线型底座和弧形底座的卡槽底部设置螺孔，轮座与卡槽匹配，通过微调螺杆与卡槽底部的螺孔将轮座安装在卡槽内。

尺身和电子测量装置上设置销孔，探针归零时尺身和电子测量装置的销孔重合，尺身上悬挂定位销用于归零时插入销孔，固定尺身和电子测量装置。

探针设置挡台，挡台贴紧尺身时，测量数值归零。

探针的轨迹轮和挡台之间安装横向导轮，避免探针与管片壁磕碰。

进一步，探针的轨迹轮和挡台之间设置为圆轴，圆轴上套装轴承，通过轴承安装横向导轮。

本发明的有益效果

1、相较于传统测量方式，本发明通过安装的直线型底座和弧形底座来为测量提供定位，通过尺身上的电子显示器将测量数值显示，能够精确的测量管片错台的误差数值，提供更精确的测量结果，且本测量工具测量管片错台，测量方便、操作简单、精度高，工具制作简单。

两种底座可以很好的配合环间和环内的管片面，为测量提供可靠的测量位置，确保测量时测量装置的稳定，提供精确测量环境。

2、探针和底座上安装导轮，测量时导轮在管片上滑动，边滑动比测量，提高测量密度提供更加精确的检测数据，相较于常规检测装置，测量过程更省力，测量精度更高。

3、底座通过转轴安装在尺身上，尺身端部设置弹簧挡片，底座轴套部位采用圆角矩形，其圆角半径大于矩形轴径，转动时利用弹簧挡片紧贴矩形轴径固定底座位置。装置闲置时底座折叠，利用尺身悬挂的定位销将电子测量装置和尺身固定，收回探针避免磕碰，便于装置收拾携带。

附图说明

图1：本发明的正面结构图。

图2：本发明的背面结构图。

图3：本发明的仰视图。

图4：本发明收束状态结构图。

图5：本发明另一种实施例的仰视图。

图6：本发明电子测量装置和探针的结合示意图。

图7：直线型底座和弧形底座与底座导轮结合的侧视结构示意图。

图8：直线型底座和弧形底座立体结构图。

图9：底座导轮的立体结构图。

图10：底座导轮的侧视剖面图。

图11：直线型底座与底座导轮结合立体结构图。

图12：底座与尺身连接部位放大图。

图13：本发明的实施例之一。

图14：本发明测量不同半径管片的示意图。

图15：底座上安装把手的结构示意图和把手转动示意图。

图中标号：尺身1，电子测量装置2，探针3，直线型底座4，弧形底座5，底座导轮6，弹簧7，挡块11，定位块12，弹性片13，轨迹轮31，横向导轮32，挡台33，轮座61、微调螺杆62。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明的技术特点，下面结合附图对比发明做进一步的详细说明。

实施例1：在隧道工程施工过程中，盾构施工技术的应用越来越广泛。盾构隧道施工中，隧道墙壁需要安装预制的混凝土管片进行隧道加固，隧道直径通常在百米左右，需要大量的衬砌环管片拼装组成隧道管壁，由于衬砌环管片拼装过程控制不当、小半径曲线段施工、盾构机姿态纠偏等因素，难免会出现管片错台情况，需要对拼装管片间的错台进行误差测量，以便判断管片拼装误差是否在规定范围之内。

现有的管片错台测量方式多是使用一般的钢板尺、直角尺或是游标尺来进行测量，由于管片结构原因，视觉上感觉错台较大，工作人员在测量的时候很难将进行定位，保持尺身与管壁呈垂直状态，一旦尺身倾斜测量误差较大，对施工会造成较大的影响。

针对这种情况，本发明研发人员通过长期实践改进提供了如图1-4所示的一种高精度测量衬砌管片环内、环间错台的装置，包括尺身1、电子测量装置2和探针3，如图1所示尺身1的正面设置刻度线，如图2尺身1背面安装电子测量装置2，尺身1上还安装了如图6所示与电子测量装置2固定连接在一起的探针3，如图3所示的尺身1和电子测量装置2之间通过楔形槽块安装在一起，尺身1的两端分别安装挡块11和定位块12，挡块11和定位块12上设置沉头孔，尺身1设置对应的螺孔，通过螺栓将挡块11和定位块12固定在尺身1两端，定位块12沿尺身方向设置穿孔，探针3从穿孔中伸出，利用挡块11和定位块12将电子测量装置2限制在尺身1上，电子测量装置2沿楔形槽滑动，探针3随电子测量装置2伸出和缩回。

同时为了测量定位方便，尺身1在安装定位块12的一端两侧通过销轴安装直线型底座4和弧形底座5，直线型底座4和弧形底座5可以折叠与尺身1垂直，将直线型底座4和弧形底座5放置贴齐衬砌管片壁，定位尺身1与管片的位置关系，从而精确测量管片错台。

为了能够连续多点测量从而提高测量精度，发明人在此基础上进一步改进，在直线型底座4和弧形底座5上设置卡槽，卡槽内利用销轴安装底座导轮6，测量管片错台时，工作人员直接在测量装置不离开管片的情况下，利用底座导轮6在管片壁上滑动实现连续测量。

探针3的端部同样安装类似的轨迹轮31，测量时底座和尺身放置在较高的管片上，探针3顶在临近较低的管片上，电子测量装置2与挡块11之间安装弹簧7，自然状态下探针3被顶出，测量装置压在管片上探针3回缩，以探针3未伸出时为零点，探针3和底座同时贴紧在管片上，探针3伸出长度即为管片错台的偏差值，沿管片平行移动测量装置，在弹簧7的作用下，探针3随管片错台伸缩，从而实现管片错台的连续测量。

电子测量装置2则负责将连续测量的数值进行记录储存，在测量完成后，对测量数值进行汇总计算，得出更为精确的管片错台数据。

该测量方法需要保持直线型底座4和弧形底座5与尺身1之间保持在垂直关系上，因此发明人将直线型底座4和弧形底座5安装在销轴的端部设置呈如图12所示的圆角，同时如图1所示在尺身1销轴一侧的端部设置弹性片13，如图12所示其中R1和R3长度相同，为销轴轴心到弹簧片13的距离，其中R2为对角线，长度大于R1和R3的长度，反转折叠时，R2顶着弹性片13进行转动，转动到位后弹簧片13距离变成R1或是R3将底座定位到该位置，并且因为R1和R3为最短距离，能够避免底座随意晃动。

测量管片间错台时，将直线型底座4展开与尺身垂直，直线型底座4上的底座导轮同时放置在管片上，沿管片的横向方向，探针置于相邻的管片上，将探针压紧使底座导轮和轨迹轮同时接触管片，沿管片的环面移动测量装置，探针在相邻的管片环面上移动，电子测量装置实时记录测量数值，并在测量最后将数据汇总统计算出管片错台的平均偏差值，以及偏差值较大的数值，在电子测量装置的显示装置上进行显示，方便直观查看。

测量管片环间错台时，折叠直线型底座4，展开弧形底座5同样与尺身呈垂直状态，弧形底座5的底座导轮6同时贴紧管片环面，探针置于临近管片，测量方法同测量管片间错台。

不使用时，测量装置可以如图4所示的方式折叠进行存放。

实施例2：测量过程中，发明人发现直线型底座4和弧形底座5上加装底座导轮6后，接触面减少，该发明所述的高精度测量衬砌管片环内、环间错台的装置在保持竖向直立时容易倾倒，因此，进一步在直线型底座4和弧形底座5上分别安装两组如图5所示的双排轮结构，在使用时两组双排轮提供四个支点，利用四个支点与管片接触形成接触平面，将测量装置竖向直立起来。

使用时只要保证直线型底座4和弧形底座5上的四个支点同时紧贴管片，即可保证测量装置是处于竖直状态，移动测量过程中，始终保持四个支点同时接触管片，同步移动及避免了经常需要调整找直的问题，也能够进一步简单方便的提高测量精度。

针对该问题也可以采用如图13所示在直线型底座4和弧形底座5中部向垂直的方向延伸横杆，在横杆的端部设置底座导轮6，与直线型底座4和弧形底座5上的底座导轮形成三角面，利用三点支撑形成平面进行平面找直。

实施例3：长期使用测量装置因为磨损等客观原因会产生误差，需要进行微调归零的操作进行处理，为了解决这一问题，如图9-10所示底座导轮6包括轮座61、微调螺杆62和导轮，轮座61内通过转轴安装导轮，轮座61的上顶面设置通孔，通过卡簧安装微调螺杆62，利用这种方法微调螺杆62可以相对于轮座61进行单独的旋转。

如图7-8所示的直线型底座4和弧形底座5的卡槽底部设置螺孔，轮座61与卡槽匹配，通过微调螺杆62与卡槽底部的螺孔将轮座61安装在卡槽内，通过微调螺杆62的旋转，轮座61在卡槽中可以上下移动进行微调。

如图2所示探针3在轨迹轮31的后侧设置挡台33，挡台33贴紧尺身1时，测量数值归零。

调零时将探针3收缩回去，直至挡台33贴紧尺身1的定位块12，通过微调螺杆62调整底座导轮6在直线型底座4和弧形底座5的卡槽内的位置，将导轮和探针3端部的轨迹轮31调整至同一平面，通过电子测量装置2将该位置记录为零点，完成调零工作。

其中弧形底座5上安装的底座导轮6可以通过对微调螺杆62调整，如图14所示以适应多种的半径的管片弧面。

实施例4：在实施例2-3的基础上，因为其中的底座导轮6可以通过微调螺杆62调整位置，因此在使用过程中可以单独保留直线型底座4，通过对直线型底座4上安装的底座导轮6进行位置调整，从而适应弧形面和平面两种管片面。

实施例5：在实施例2-3的基础上，单独保留弧形底座5，使用实施例4所述的方法，利用弧形底座适应弧形面和平面两种管片面。

实施例6：通过实施例1可知在电子测量装置2和固定在尺身1上的挡块11之间安装有弹簧7，且该弹簧属于压缩弹簧，因此与电子测量装置2固定在一起的探针3在未受力状态下，处于伸出尺身1外侧的状态，这种状态下测量装置收放时，探针3伸出容易碰弯折，放置保存不方便。

针对这种情况，在尺身1和电子测量装置2上设置相应的销孔，在探针3收回归零的时候，尺身1和电子测量装置2的销孔重合，在尺身1上悬挂定位销，销孔重合时将定位销插入重合的销孔中，尺身1和电子测量装置2的位置固定，通过该方法可以将探针3收回便于存放。

实施例7：衬砌管片采用混凝土浇筑成型，其表面较为粗糙，在测量管片错台时，底座与探针之间形成直角夹边，卡住突出的管片边角位置。因此在移动的过程中，探针3会与管片的侧面发生接触碰撞，粗糙的管片侧壁不仅磨损探针3，会造成探针3弯曲变形，而且在移动过程中，碰撞摩擦会使得移动变得卡顿不顺畅，影响测量体验。

因此可以如图2所示在探针3的轨迹轮31和挡台33之间安装横向导轮32，横向导轮32在测量时沿管片侧面移动，降低探针3与管片侧面的摩擦碰撞，保护探针使移动测量过程更加的顺畅。

其安装方式可以采用将探针3的轨迹轮31和挡台33之间设置为圆轴，圆轴上套装轴承，通过轴承安装横向导轮32。

实施例8：为避免移动测量的过程中，轨迹轮31和底座导轮6在移动的过程中出现移动路径不平行的情况，将探针3端部的轨迹轮31更换呈万向轮，或是采用滑动滚珠等方式，可以避免普通滚轮单向移动使探针偏离。

实施例9：测量的隧道管片较大，直接握持测量装置移动范围大，操作不方便，并且在移动时保持竖直困难，如图15所示为了方便使用在直线型底座4或弧形底座5上设置轴座，轴座上通过销轴安装活动把手，把手能够沿销轴左右转动和固定，测量管片时调整把手方向，握持把手沿管片移动测量装置进行管片错台的检测，更为方便稳定。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。例如针对直线型底座4和弧形底座5在展开时与尺身保持垂直状态，也可以采用斜向撑杆的方式实现，对于挡块11和定位块12的固定可以采用粘连或焊接等方式固定。

Claims (9)

1.一种高精度测量衬砌管片环内、环间错台的装置，包括尺身（1）、电子测量装置（2）和探针（3），尺身（1）正面设有刻度线，背面设置楔形槽，电子测量装置（2）通过匹配的楔形块安装在尺身（1）背面，沿楔形槽在尺身（1）上滑动，且电子测量装置（2）上固定安装探针（3），尺身（1）还包括有挡块（11）和定位块（12），尺身楔形槽的两端分别安装挡块（11）和定位块（12），定位块（12）上设置穿孔，探针（3）尾端穿过定位块（12）的穿孔伸出，其特征在于，尺身（1）还包括弹簧（7）、直线型底座（4）和弧形底座（5）以及底座导轮（6），电子测量装置（2）与挡块（11）之间安装弹簧（7），尺身两侧设置凸沿，直线型底座（4）和弧形底座（5）通过销轴安装在位于定位块（12）一端的凸沿上，分置于尺身（1）的两侧，且该端部设置有与凸沿垂直的弹性片（13），直线型底座（4）和弧形底座（5）分别设置至少两个卡槽，卡槽内通过销轴安装底座导轮（6），其中探针（3）包括轨迹轮（31），探针（3）的伸出端安装轨迹轮（31），底座导轮（6）包括轮座（61）、微调螺杆（62）和导轮，轮座（61）内通过转轴安装导轮，轮座（61）的上顶面设置通孔，通过卡簧安装微调螺杆（62），直线型底座（4）和弧形底座（5）的卡槽底部设置螺孔，轮座（61）与卡槽匹配，通过微调螺杆（62）与卡槽底部的螺孔将轮座（61）安装在卡槽内，探针（ 3） 端部的轨迹轮（ 31） 采用万向轮。

2.根据权利要求1所述的一种高精度测量衬砌管片环内、环间错台的装置，其特征在于，挡块（11）和定位块（12）通过螺栓安装在尺身（1）的楔形槽中。

3.根据权利要求1所述的一种高精度测量衬砌管片环内、环间错台的装置，其特征在于，定位块（12）的穿孔为方形孔，探针（3）为与穿孔匹配的长条方形探针。

4.根据权利要求1所述的一种高精度测量衬砌管片环内、环间错台的装置，其特征在于，电子测量装置（2）包括显示装置，用于显示检测数据，并进行数据汇总和计算。

5.根据权利要求1所述的一种高精度测量衬砌管片环内、环间错台的装置，其特征在于，所述楔形槽采用燕尾结构，燕尾结构的中间设置矩形凹槽。

6.根据权利要求1所述的一种高精度测量衬砌管片环内、环间错台的装置，其特征在于，尺身（1）和电子测量装置（2）上设置销孔，探针（3）归零时尺身（1）和电子测量装置（2）的销孔重合，尺身（1）上悬挂定位销用于归零时插入销孔，固定尺身（1）和电子测量装置（2）。

7.根据权利要求1所述的一种高精度测量衬砌管片环内、环间错台的装置，其特征在于，探针（3）在轨迹轮（31）的后侧设置挡台（33），挡台（33）贴紧尺身（1）时，测量数值归零。

8.根据权利要求1所述的一种高精度测量衬砌管片环内、环间错台的装置，其特征在于，探针（3）的轨迹轮（31）和挡台（33）之间安装横向导轮（32）。

9.根据权利要求8所述的一种高精度测量衬砌管片环内、环间错台的装置，其特征在于，探针（3）的轨迹轮（31）和挡台（33）之间设置为圆轴，圆轴上套装轴承，通过轴承安装横向导轮（32）。

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