盾构机盾尾间隙监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及盾构机施工领域，尤其是涉及一种盾构机盾尾间隙监测装置。


背景技术：

2.盾构机是集机、电、液、光及信息等多种要素于一体的特大型高科技工程机械装备，专门应用于隧道建设，具有土体开挖、渣土输送、管片拼装及姿态控制等功能，涉及机械、力学、电气、液压、控制、通信、岩土等多门学科技术。盾构法施工因其自动化程度高、劳动强度低、施工进度快以及对周围环境影响小等特点，广泛应用于我国交通、水利、电力及地下空间开发等领域的隧道工程，在我国基础建设中发挥着举足轻重的作用。
3.盾尾间隙是指盾构机盾尾内壁与管片外边缘之间的空隙。在盾构施工中，由于隧道设计曲率变化，且各组推进液压缸伸出长度无法时刻保证一致，存在行程差，导致盾尾间隙不断变化。若间隙值超出正常范围，将导致：(1)增大盾构机推进阻力，降低掘进速度；(2)加快盾尾密封刷磨损，致使密封失效；(3)管片与盾壳相互挤压，造成管片破裂；(4)管片错台，隧道渗漏，甚至地面坍塌。此外，通过盾尾间隙可判断管片与盾尾的相对位置，为管片选型提供基本依据；同时，结合盾尾间隙及其它掘进参数，可综合调整盾构姿态。因此，为避免施工事故，保证隧道质量，必须准确、实时测量盾尾间隙，对于盾构工程的安全、顺利进行具有十分重要的意义。
4.现有技术通常采用非接触式的测量方式测量盾尾间隙。例如，采用光学仪器通过视觉识别及换算对盾尾间隙进行的距离测量，但是在实际工况中存在多泥、潮湿、多尘等情况，这样非接触式的测量方式容易受到外界环境的影响,使得盾尾间隙的测量结果不准确。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种盾构机盾尾间隙监测装置，用于解决盾尾间隙测量易受到外界环境的影响,使得盾尾间隙的测量结果不准确的问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供的一种盾构机盾尾间隙监测装置，包括：底板、测量杆组件、弹性件、展收伺服机构和测角传感器。
7.所述底板上设有安装座，所述测量杆组件的一端铰接在所述安装座上，所述测量杆组件的另一端为自由端。
8.所述弹性件的一端固设在所述安装座上，所述弹性件的另一端固设在所述测量杆组件上，所述弹性件处于拉伸状态。
9.所述展收伺服机构一端铰接在所述安装座上，所述展收伺服机构的另一端铰接在所述测量杆组件上，所述展收伺服机构用于控制所述测量杆组件收缩于盾构机尾部的外壳钢板中。
10.所述测角传感器用于测量所述测量杆组件与所述底板之间的夹角。
11.可选地，所述测量杆组件包括测量杆和破土接触件，所述测量杆的一端铰接在所述安装座上，所述测量杆的另一端与所述破土接触件固定连接。
12.可选地，所述破土接触件的形状为三棱柱和长方体组合。
13.可选地，所述盾构机盾尾间隙监测装置还包括焊接底板，所述底板可拆卸固定在所述焊接底板上，所述焊接底板直接焊接在盾构机尾部外壳上挖出的贯通方孔中。
14.可选地，所述底板和所述焊接底板采用螺栓连接。
15.可选地，两条所述弹性件分别架设在所述展收伺服机构的两侧。
16.可选地，所述展收伺服机构为气缸。
17.可选地，所述底板上设有密封压板和密封外壳，所述密封压板将所述密封外壳固定在所述底板上，所述密封外壳用于防止水、尘土等杂质进入。
18.可选地，所述盾构机盾尾间隙监测装置还包括信号调理电路，所述信号调
19.理电路用于把所述测角传感器的模拟信号变换为数字信号。
20.可选地，所述盾构机盾尾间隙监测装置安装在与新拼管片重叠的盾尾管壳区域之中，沿所述盾尾管壳圆周方向布置。
21.如上所述，本实用新型的盾构机盾尾间隙监测装置，至少具有以下有益效果：
22.1.所述盾构机盾尾间隙监测装置安装在盾构机尾部外壳上，工作时状态时，所述展收伺服机构收缩，所述展收伺服机构卸去对所述测量组件的约束力，所述弹性件驱动所述测量组件转动，所述自由端与管片的外侧面接触，所述测角传感器检测出此时所述夹角的大小，通过测得所述夹角的度数和测量组件长度换算出当前管片距离盾尾外壳的距离，该机械式盾尾间隙测量装置通过机械结构实现了盾尾间隙的连续测量，提高测量精度，并可在盾尾周向多点布置，实现了盾尾间隙自动测量，同时结构简单，性能可靠，能够适用于多泥、潮湿、多尘的盾构机工作环境，具有很强的环境适应能力。
23.2.所述展收伺服机构伸展时，驱动所述测量杆组件处于水平收缩状态，测量杆组件靠展收伺服机构自锁状态保持紧贴在所述底板上，通过展收伺服机构可以将整个装置完全收缩于盾构机尾部的外壳钢板中，结构简单，能对所述盾构机盾尾间隙监测装置起到很好保护作用。
附图说明
24.图1为本实用新型实施例的盾构机盾尾间隙监测装置的立体机构示意图；
25.图2为本实用新型实施例的盾构机盾尾间隙监测装置的正视图；
26.图3为本实用新型实施例的盾构机盾尾间隙监测装置收缩状态的俯视图。
具体实施方式
27.下面将详细描述本实用新型的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本实用新型。在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本实用新型。在其他实例中，为了避免混淆本实用新型，未具体描述公知的电路，软件或方法。
28.在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本实用新型至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个
示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。
29.请参阅图1-图3，本实用新型提供一种盾构机盾尾间隙监测装置的实施例，所述盾构机盾尾间隙监测装置包括：底板1、测量杆组件2、弹性件3、展收伺服机构4和测角传感器5。所述底板1上设有安装座，所述测量杆组件2的一端通过连接轴铰接在所述安装座上，所述测量杆组件2的另一端为自由端。
30.所述弹性件3的一端固设在所述安装座上，所述弹性件3可以为拉簧，所述弹性件3的另一端固设在所述测量杆组件2上，所述弹性件3随时保持处于拉伸状态，并使得所述测量杆组件2拥有旋转的趋势。
31.所述展收伺服机构4为直线运动件，可以为气缸或者直线电机，所述展收伺服机构4一端铰接在所述安装座上，所述展收伺服机构4的另一端铰接在所述测量杆组件2上，所述展收伺服机构4用于推动所述测量杆组件2转动，并能将所述测量杆组件2收缩到盾构机尾部的外壳钢板，当工作状态时，所述展收伺服机构4卸去对所述测量杆组件2的约束力。
32.所述测角传感器5用于测量所述测量杆组件2与所述底板1之间的夹角，所述测角传感器5的转轴通过联轴器与所述测量杆组件2的所述连接轴连接，当所述测量杆组件2转动时，带动所述连接轴转动，所述连接轴通过所述联轴器带动所述转轴一起转动，所述测角传感器5测出所述所述转轴转动的角度即为所述测量杆组件2与所述底板1之间的夹角。
33.初始状态时，所述展收伺服机构4伸展，驱动所述测量杆组件2紧贴到所述底板上，测量杆组件2靠展收伺服机构4自锁状态保持水平，通过展收伺服机构4可以将整个装置完全收缩于盾构机尾部的外壳钢板中。
34.工作时状态时，所述展收伺服机构收缩，所述展收伺服机构卸去对所述测量组件的推力，所述弹性件驱动所述测量组件转动，所述自由端与管片的外侧面接触，此时所述弹性件仍然处于拉升状态，所述测角传感器检测出此时所述夹角的大小，通过测得所述夹角的度数和测量组件长度换算出当前管片距离盾尾外壳的距离。
35.该机械式盾尾间隙测量装置通过机械结构实现了盾尾间隙的连续测量，提高测量精度。
36.本实施例中，请参阅图1-图3，所述测量杆组件2包括测量杆201和破土接触件202，所述测量杆201的一端铰接在所述底板1上，所述测量杆201的另一端与所述破土接触件202固定连接，可以采用焊接或者螺栓连接，所述测量杆组件2的所述自由端需要与所述管片接触，并时刻暴露在恶劣的环境中，容易损坏，当设置所述破土接触件202后，当所述破土接触件202发生损坏，只需将其更换即可，操作简单，更换方便。
37.本实施例中，请参阅图1-图3，所述破土接触件202的形状为三棱柱和长方体组合，当处于工作状态时，所述三棱柱的一个棱角与所述管片接触，所述管片上可能会覆盖有泥土，所述破土接触件202的棱角更容易穿透泥土与所述管片直接接触，使得测量结果误差变小。
38.本实施例中，请参阅图1-图3，所述盾构机盾尾间隙监测装置还包括焊接底板6，所述底板可拆卸固定在所述焊接底板6上，焊接底板6直接焊接在盾构机尾部外壳上挖出的贯通方孔中，方便于所述底板上部件的更换。
39.本实施例中，请参阅图1-图3，所述底板和所述焊接底板6采用螺栓连接，连接简单可靠，拆卸方便。
40.本实施例中，请参阅图1和图3，两条所述弹性件3分别架设在所述展收伺服机构4的两侧，使得所述测量杆组件2获得足够的转动力矩，受力合理。
41.本实施例中，请参阅图1-图3，所述展收伺服机构4为气缸，易于控制所述展收伺服机构4的行程和卸力。
42.本实施例中，请参阅图1-图3，所述底板上设有密封压板7和密封外壳，所述密封压板7将所述密封外壳的一端固定在所述底板上，所述密封外壳的另一侧与所述测量杆201连接，所述密封外壳采用聚四氟乙烯制成，能够将所述展收伺服机构4、弹性件及其它零部件罩在里面，防止尘土、水或者其他杂质进入装置，密封效果好，能适应恶劣环境，。
43.本实施例中，所述盾构机盾尾间隙监测装置还包括信号调理电路，所述信号调理电路用于把所述测角传感器5的模拟信号变换为数字信号，便于上位机对数据进行处理。
44.本实施例中，所述盾构机盾尾间隙监测装置安装在与新拼管片重叠的盾尾管壳区域之中，沿所述盾尾管壳圆周方向上、下、左、右各装一个所述盾构机盾尾间隙监测装置，沿盾构机轴线方向布置两组，共需8个所述盾构机盾尾间隙监测装置，多个测量数据对比，测量精度高，误差小。
45.综上所述，本实用新型结构简单，通过所述弹性件3驱动所述测量组件2转动，所述自由端与所述管片的外侧面接触，所述测角传感器5检测出此时所述夹角的大小，通过测得所述夹角的度数和测量组件长度换算出当前管片距离盾尾外壳的距离，该机械式盾尾间隙测量装置通过机械结构实现了盾尾间隙的连续测量，提高测量精度，能够适用于多泥、潮湿、多尘的盾构机工作环境，具有很强的环境适应能力。当工作结束后，所述展收伺服机构4伸展，驱动所述测量杆组件2紧贴到所述底板上，测量杆组件2靠展收伺服机构4自锁状态保持水平，通过展收伺服机构4可以将整个装置完全收缩于盾构机尾部的外壳钢板中，对所述盾构机盾尾间隙监测装置起到保护作用。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
46.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。