[发明专利]盾构机施工过程中盾尾间隙测量装置及方法

说明书

本发明属于掘进机施工技术领域，特别涉及一种盾构机施工过程中盾尾间隙测量装置及方法，测量设备安装在盾构机推进油缸底座上来获取推进油缸对应管片和盾尾内壁间隙数据，并利用与测量设备连接的上位机来对测量设备获取的间隙数据进行分析处理，通过三维点云数据分析推理来获取间隙距离，不会因装置到管片距离的测量误差、管片生产加工引起的厚度误差等外部参数而增加盾尾间隙系统本身测量误差，保证测量精度，提升测量效率，摆脱传统人工测量，解放人力，能够实现盾尾间隙测量的自动化，使盾尾间隙自动测量摆脱对参照物或需要初始标定的依赖，减少可能引起测量误差的因素，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于掘进机施工技术领域，特别涉及一种盾构机施工过程中盾尾间隙测量装置及方法。

背景技术

近年来随着盾构机行业的发展，盾构机设备不断完善改进，再加之隧道施工越来越高的安全和技术要求，让以往一些不太受重视的功能被提上使用日程。再加上科技和新技术的完善发展，使得一些基于新技术的功能板块被发展应用起来，盾尾间隙自动测量系统就属于其中之一。由于该技术正式运用不算太久，因此虽然有了一些技术方案，但是现有的几种主要测量方式都有比较明显的局限性。人工测量方法费时费力，测量误差受管片加工误差影响较大，且测量误差因人而异；部分现有盾尾间隙自动测量方式中需要已知大小的参照物，如果参照物有变动或者有损坏测量结果则不准确，或者初始使用时需要测量标定，使用比较麻烦；市场现有的通过检测到盾体和管片的距离进而计算盾尾间隙的技术每环只能测一次，无法实时检测盾尾间隙；现有市场上采用传感器直接测量盾尾间隙的自动测量方法中安装拆卸不便是最大问题，特别是一些老旧盾构机，拆装很不方便。综上所示，现有测量方案中，在拆装可行性和便捷性上、抗光线干扰、测量精度等方面均存在明显缺陷，因此新的测量方法的研究很有必要。

发明内容

为此，本发明提供一种盾构机施工过程中盾尾间隙测量装置及方法，直接利用测量设备来获取用于间隙计算的三维点云数据，避免引入其他外部参数，减少测量误差，提升测量精度和效率，便于实际场景应用。

按照本发明所提供的设计方案，提供一种盾构机施工过程中盾尾间隙测量装置，包含：安装在盾构机推进油缸底座上用于获取推进油缸对应管片和盾尾内壁间隙数据的测量设备，及与测量设备连接用于对测量设备获取的间隙数据进行分析处理的上位机。

作为本发明盾构机施工过程中盾尾间隙测量装置，进一步地，所述测量设备包含：用于发射激光来定位管片和盾尾内壁间隙的激光发射器，及用于采集激光发射器激光定位数据的双目相机。

作为本发明盾构机施工过程中盾尾间隙测量装置，进一步地，依据待测与盾尾内壁间隙的管片数量及使用需要，测量设备设置多个，且每个测量设备安装在与管片对应的盾构机推进油缸底座上。

作为本发明盾构机施工过程中盾尾间隙测量装置，进一步地，包含：至少2个测量设备，利用设置的测量设备来获取每次管片安装过程中每个管片与盾尾内壁间隙数据。

进一步地，本发明还提供一种盾构机施工过程中盾尾间隙测量方法，基于上述的装置实现，该实现过程包含如下内容：

依据盾体内壁和管片断面、及盾构机轴线，并利用测量设备获取管片、盾尾内壁和两者之间间隙的所有覆盖区域范围内的点云坐标轨迹；

剔除点云坐标轨迹中盾尾内壁和管片断面之外的点，并寻找盾尾间隙位置的坐标区域，通过数据比对来获取盾尾内壁和管片两者之间间隙的端点坐标，利用端点坐标来确定待测盾尾间隙大小。

作为本发明盾构机施工过程中盾尾间隙测量方法，进一步地，所述测量设备包含：用于发射激光来定位管片和盾尾内壁间隙所有覆盖区域的激光发射器，及用于采集激光发射器激光定位数据的双目相机，其中，激光发射器在间隙覆盖区域定位过程中，至少通过发射激光定位出：盾尾内壁和管片断面，及盾构机轴线，且激光发射面所在平面指向盾构机轴线。