[发明专利]一种拉线式盾构/TBM盾尾间隙实时测量装置及其测量方法

说明书

本发明公开了一种拉线式盾构/TBM盾尾间隙实时测量装置，包括与护盾尾部的内壁固定连接的套管、设置在套管内侧的锰钢弹片和设置在套管前侧的拉线传感器；锰钢弹片包括底板和一端与底板固定连接的倾斜式弹性板；弹性板的另一端自由设置，且与管片的外壁滑动接触式连接；拉线传感器的拉线穿过套管与弹性板的底端固定连接；拉线传感器通过RS485通讯模块与上位机连接。还公开了该测量装置的测量方法。本发明结构简单，对恶劣环境的适应能力强，能够应用于油污、潮湿、粉尘、泥浆等复杂的施工环境，连续测量精度高，实现了对盾尾间隙的实时精准监控。

技术领域

本发明涉及盾构机及TBM技术领域，具体涉及一种拉线式盾构/TBM盾尾间隙实时测量装置及其测量方法。

背景技术

盾尾间隙是指盾构/TBM护盾尾部内壁与管片外壁之间的空隙。在盾构施工过程中，由于盾构/TBM掘进姿态不断变化，且各组推进油缸伸出长度无法时刻保持一致，存在行程差，导致盾尾间隙时刻处于变化中。当盾尾间隙超出设计允许的范围时，将会造成盾构/TBM的护盾与管片产生摩擦，导致管片破裂，还会加大盾构/TBM的推进阻力，降低掘进速度；会直接降低盾尾刷密封效果，甚至破坏盾尾密封系统，导致水泥浆外漏；严重时，甚至会造成管片错台、隧道渗漏、地面坍塌等。因此，在盾构/TBM施工时必须对盾尾间隙进行实时测量，在结合推进油缸行程差等数据后不断调整掘进姿态，以保证盾构/TBM施工的顺利进行。

目前，在我国盾构/TBM施工过程中，常用的盾尾间隙测量方法主要有人工测量和非接触式测量。人工测量方法每次的测量点位不能保持固定，盾尾间隙数据的连续性较差，而且测量人员的技术水平和测量方式都存在差异，测量精度相对较低，而相对复杂的施工环境还会给测量人员造成较大的安全隐患。对于非接触式测量方法，又有激光视觉、超声波等多种技术，但其均对周围环境具有较高要求，盾构/TBM施工环境相对复杂，油污、泥浆、粉尘、潮湿等因素均会导致非接触式测量方法故障频发，测量数据连续性差，且维护成本高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种测量精度高、测量精度低、对环境适应能力强的拉线式盾构/TBM盾尾间隙实时测量装置；还提供了该测量装置的测量方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种拉线式盾构/TBM盾尾间隙实时测量装置，包括与护盾尾部的内壁固定连接的套管、设置在所述套管内侧的锰钢弹片和设置在所述套管前侧的拉线传感器；所述锰钢弹片包括底板和一端与所述底板固定连接的倾斜式弹性板；所述弹性板的另一端自由设置，且与管片的外壁滑动接触式连接；所述拉线传感器的拉线穿过套管与弹性板的底端固定连接；所述拉线传感器通过RS485通讯模块与上位机连接。

针对上述技术方案，锰钢弹片具有强弹性，使锰钢弹片的自由端始终与管片的外壁保持接触，当盾尾间隙变小锰钢弹片被挤压时，弹性板的自由端可弯曲变形，当盾尾间隙变大外力释放后，锰钢弹片可自行恢复原位；拉线传感器固定在护盾尾部前侧最后一环管片外部，拉线随着弹性板的变形从拉线传感器中抽出或收回，拉线传感器将测量的拉线的长度值通过RS485通讯模块输出至上位机，由上位机分析得出盾尾间隙的变化值；弹性板倾斜式设置有利于形变数据测量更精准。

一种拉线式盾构/TBM盾尾间隙实时测量装置的测量方法，包括以下步骤：

（1）在盾构/TBM盾尾间隙处沿圆周均布设置若干个该测量装置；

（2）将套管固定在护盾尾部的内壁上，弹性板的自由端在自身弹性的作用下紧贴管片外壁，且沿盾构/TBM掘进的反方向倾斜设置；

（3）将拉线传感器的拉线穿过套管与弹性板固定连接，使拉线随着锰钢弹片的弹性板同步产生变动，拉线传感器通过测量拉线的长度对弹性板的应变值进行实时监测；

（4）拉线传感器将检测到的数据通过RS485通讯模块传输至上位机，上位机对收到的数据进行处理得出对应的盾尾间隙值。

优选的，步骤（1）中设置的若干个所述测量装置位于护盾尾部内壁的同一横截面上。