[实用新型]管片姿态多指标测量装置

说明书

本实用新型揭示了一种管片姿态多指标测量装置，所述管片姿态多指标测量装置包括线激光传感器、云台、倾斜角传感器；所述线激光传感器设置于所述云台，用以扫描最新拼装管片与相邻管片外表面上任意一点空间坐标；所述云台支撑所述线激光传感器，使得所述线激光传感器在设定方向旋转，从而线激光传感器能够在设定角内对管片的不同位置进行扫描；所述倾斜角传感器安装在线激光传感器上，用以提供舵机转动的角度数据。本实用新型提出的管片姿态多指标测量装置，可测量得到管片的多项重要指标，提高测量的效率及精确度。

技术领域

本实用新型属于测量技术领域，涉及一种测量系统，尤其涉及一种管片姿态多指标测量装置。

背景技术

在采用盾构机的隧道施工中，管片的安装是非常重要的一环，其中有许多关键指标需要监测，用于评价管片拼装的状态，并且指导后续的拼装，这些指标包括盾尾间隙、管片真圆度、管片超前量等。这些指标关系到盾构隧道管片的位置检测，会影响盾构管片的安装以及盾构姿态的调整：假如间隙过小或过大都会可能导致盾尾与管片之间的碰撞，最终导致盾构机的损坏，因此对隧道管片成环质量有重要的意义。而目前对这些指标的测量方法还不够理想，有些指标仍然需要人工完成测量，并且准确率也参差不齐，且缺乏无法互相印证。所以如何高效地并且准确地测量管片姿态相关的指标对施工的顺利进行有非常重要的意义。

现有的盾构管片姿态相关的传感器功能较为单一，一种传感器仅仅能测量一个参数，还有个别的参数仍然依靠人工进行采集，人工采集是最早的一种测量方法，即每次拼装完管片每次拼装完管片之后，安排工作人员手持直尺对盾尾间隙、超前量等指标进行手工测量，因为需要测量多个位点，所以测量的过程也比较繁琐。这种方法效率较低，会延长施工的时间，准确率也不能得到保证，不同人因为经验和技术的不同，测量也可能会得到不同的结果，并且因为盾构机作业环境复杂，人工测量有很大的安全隐患，另外这种测量方式也不适合数字化管理。而随着传感器和数字化管理的发展，越来越多的学者也提出了各种使用传感器的自动测量方法。

对于管片的真圆度测量主要有目前主要有以下方式：

(1)人工法：在管片边缘挂多条铅锤，两侧通过拉皮尺的方法找到垂直于各个铅锤的测线，通过多次测量找到测线最长位置，获取管片的长短半轴，使用真圆度公式进行计算。这种方法的局限性较大，自动化程度较低。

(2)全站仪法：这种方法使用免棱镜全站仪对管片进行一定数量的测量采集，通过采集点对管片的整体形状进行拟合，从而获取管片的长短半轴，即可求出管片的真圆度。

(3)三维扫描法：通过使用激光对管片进行扫描的方式，获取几百万个点云数据，去掉点云数据中的噪声数据，然后进行椭圆的拟合以及真圆度的计算。

盾尾间隙是非常重要的一个指标，有较多的文献和专利描述了不同原理的测量方法，现有的基于传感器的盾尾间隙测量方法包主要包括：

(1)机械装置测量法：机械测量法即使用接触的方式使用仪器进行测量，比如传统的接触式测量由探针上的位移传感器根据位移进行测量。张智勇等在2020年设计了一种机械式的测量方式，其使用的是一种有弹性的接触板，结合角度传感器即可算出盾尾间隙的长度。这类方法因为机械装置需要与盾尾壳体长时间接触，长期下来装置会有磨损，使得测量的精度下降，另外这类方法不适合测量面较软的的材质，并且这种装置的调试时间较长，不同调试方式也会造成一定的误差。这种方式也不适合数字化的管理。