盾体直径的测量装置及开挖直径的确定方法.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011147713.2 (22)申请日 2020.10.23 (71)申请人 中铁工程装备集团有限公司 地址 450016 河南省郑州市经济技术开发 区第六大街99号 (72)发明人 郑康泰李楠叶蕾袁文征 武胜圈张家年李凯凯 (74)专利代理机构 郑州优盾知识产权代理有限 公司 41125 代理人 高园 (51)Int.Cl. E21D 9/00(2006.01) E21D 9/08(2006.01) G01B 11/08(2006.01) (54)发明名称 一种盾体直径的

2、测量装置及开挖直径的确 定方法 (57)摘要 本发明公开了一种盾体直径的测量装置及 开挖直径的确定方法， 解决了现有技术中开挖直 径不易确定、 测量数据精度不高的问题。 盾体直 径的测量装置， 包括与刀盘相配合的固定支架， 固定支架的下部设有径向伸缩机构， 径向伸缩机 构上连接有轴向伸缩机构， 轴向伸缩机构上设有 激光测距仪， 激光测距仪与后台控制器相连接。 本发明采用两方向可调的测量装置可测量出盾 体的实际直径， 通过该实际直径计算出刀盘应具 有的开挖直径， 根据开挖直径重新定位刀盘的最 外侧轨迹刀具， 从而保证开挖直径与盾体外径之 间的间隙值， 测量数据精度高， 计算步骤简单， 为 隧道施

3、工中开挖直径的确定提供了一种简单有 效的方法， 具有较高的推广价值。 权利要求书1页 说明书3页 附图5页 CN 112112655 A 2020.12.22 CN 112112655 A 1.一种盾体直径的测量装置， 其特征在于： 包括与刀盘相配合的固定支架， 固定支架的 下部设有径向伸缩机构， 径向伸缩机构上连接有轴向伸缩机构， 轴向伸缩机构上设有激光 测距仪 （3-3） ， 激光测距仪 （3-3） 与后台控制器相连接。 2.根据权利要求1所述的盾体直径的测量装置， 其特征在于： 所述径向伸缩机构的伸缩 方向与轴向伸缩机构的伸缩方向垂直。 3.根据权利要求1或2所述的盾体直径的测量装置，

4、其特征在于： 所述固定支架包括弧 形板 （3-1） ， 弧形板 （3-1） 上对称设有卡板 （3-9） ， 卡板 （3-9） 上设有第一顶紧螺栓 （3-4） ， 径 向伸缩机构设置在弧形板 （3-1） 下部。 4.根据权利要求3所述的盾体直径的测量装置， 其特征在于： 所述径向伸缩机构包括固 定在弧形板 （3-1） 下部的刻度柱 （3-10） ， 刻度柱 （3-10） 上滑动设有滑块 （3-8） ， 滑块 （3-8） 上 设有与刻度柱 （3-10） 相配合的紧定螺钉 （3-7） 。 5.根据权利要求4所述的盾体直径的测量装置， 其特征在于： 所述轴向伸缩机构包括伸 缩杆 （3-2） ， 伸缩杆

5、 （3-2） 的一端滑动设置在滑块 （3-8） 内且通过第二顶紧螺栓 （3-5） 紧固， 激光测距仪 （3-3） 设置在伸缩杆 （3-2） 的另一端。 6.一种开挖直径的确定方法， 其特征在于： 采用如权利要求15任一项所述的盾体直径 的测量装置测量盾体直径， 然后通过盾体直径确定开挖直径， 最后根据开挖直径调节刀盘 最外侧轨迹刀具的位置。 7.根据权利要求6所述的开挖直径的确定方法， 其特征在于： 具体步骤如下： 步骤一： 将刀盘上最外侧轨迹刀具 （1-1） 移动到刀盘合适位置， 避免与盾体直径的测量 装置发生干涉； 步骤二： 将如权利要求15任一项所述的盾体直径的测量装置安装在刀盘的大圆环

6、 （1- 2） 上， 然后调节径向伸缩机构的滑块 （3-8） 至相对于固定支架的合适位置， 并根据刻度柱 （3-10） 记录滑块 （3-8） 在径向上的距离L， 再调节轴向伸缩机构的伸缩杆 （3-2） ， 使激光测距 仪 （3-3） 相对于滑块 （3-8） 处于合适位置； 步骤三： 将刀盘旋转一周， 同时激光测距仪采集数据m次， m为大于36的整数， 使刀盘每 旋转360/m度， 激光测距仪测量一次数据S， S为激光测距仪距离盾体外圆周面的测量距离， 激光测距仪将测量数据传递给后台控制器， 后台控制器对测量数据进行处理得出激光测距 仪距离盾体外圆周面的最大值Smax； 步骤四： 后台控制器根据

7、激光测距仪距离盾体外圆周面的最大值Smax， 计算得出盾体的 实际直径D盾 体=D1+L-2Smax， 其中D1为刀盘大圆环外径； 步骤五： 根据盾体的实际直径D盾 体计算得出刀盘开挖直径D开 挖 直 径=D盾 体+2h， 式中h为盾体 外径与开挖直径的单边间隙， h取决于具体的地质情况； 步骤六： 根据开挖直径D开 挖 直 径， 对刀盘最外侧轨迹刀具进行重新定位调整。 权利要求书 1/1 页 2 CN 112112655 A 2 一种盾体直径的测量装置及开挖直径的确定方法 技术领域 0001 本发明涉及盾构施工技术领域， 特别是指一种盾体直径的测量装置及开挖直径的 确定方法。 背景技术 00

8、02 在地下工程领域， 盾构法施工的应用越来越广泛， 尤其是在地铁隧道的施工中， 盾 构法施工的优势尤为显著。 刀盘和盾体是盾构机上的关键部件， 刀盘的开挖直径是盾构机 的重要参数。 根据地质条件的不同， 开挖直径和盾体外径之间通常单边需要留有15mm25mm 的间隙。 由于盾体的直径加工误差较大， 导致开挖直径与盾体直径之间的间隙值无法精确 保证。 以至于当间隙过小时， 容易出现卡盾现象； 当间隙较大时， 会造成注浆量较大。 0003 现有技术中的盾体直径加工误差较大， 导致开挖直径与盾体直径之间的间隙值无 法保证的问题。 而现有技术的测量装置如授权公告号为CN207111091U的一种盾构

9、机刀盘开 挖直径与盾体相对高差的测量装置， 只能从径向上对高差进行测量， 且操作复杂， 测量数据 精度不高， 因此设计一种通过测量盾体直径确定开挖直径的方法及装置很有必要。 发明内容 0004 针对上述背景技术中的不足， 本发明提出一种盾体直径的测量装置及开挖直径的 确定方法， 解决了现有技术中开挖直径不易确定、 测量数据精度不高的问题。 0005 本发明的技术方案是这样实现的： 一种盾体直径的测量装置， 包括与刀盘相配合 的固定支架， 固定支架的下部设有径向伸缩机构， 径向伸缩机构上连接有轴向伸缩机构， 轴 向伸缩机构上设有激光测距仪， 激光测距仪与后台控制器相连接。 0006 所述径向伸缩

10、机构的伸缩方向与轴向伸缩机构的伸缩方向垂直。 0007 所述固定支架包括弧形板， 弧形板上对称设有卡板， 卡板上设有第一顶紧螺栓， 径 向伸缩机构设置在弧形板下部。 0008 所述径向伸缩机构包括固定在弧形板下部的刻度柱， 刻度柱上滑动设有滑块， 滑 块上设有与刻度柱相配合的紧定螺钉。 0009 所述轴向伸缩机构包括伸缩杆， 伸缩杆的一端滑动设置在滑块内且通过第二顶紧 螺栓紧固， 激光测距仪设置在伸缩杆的另一端。 0010 一种开挖直径的确定方法， 采用所述的盾体直径的测量装置测量盾体直径， 然后 通过盾体直径确定开挖直径， 最后根据开挖直径调节刀盘最外侧轨迹刀具的位置。 0011 具体步骤如

11、下： 步骤一： 将刀盘上最外侧轨迹刀具移动到刀盘合适位置， 避免与盾体直径的测量装置 发生干涉； 步骤二： 将所述的盾体直径的测量装置安装在刀盘的大圆环上， 然后调节径向伸缩机 构的滑块至相对于固定支架的合适位置， 并根据刻度柱记录滑块在径向上的距离L， 再调节 轴向伸缩机构的伸缩杆， 使激光测距仪相对于滑块处于合适位置； 说明书 1/3 页 3 CN 112112655 A 3 步骤三： 将刀盘旋转一周， 同时激光测距仪采集数据m次， m为大于36的整数， 使刀盘每 旋转360/m度， 激光测距仪测量一次数据S， S为激光测距仪距离盾体外圆周面的测量距离， 激光测距仪将测量数据传递给后台控制

12、器， 后台控制器对测量数据进行处理得出激光测距 仪距离盾体外圆周面的最大值Smax； 步骤四： 后台控制器根据激光测距仪距离盾体外圆周面的最大值Smax， 计算得出盾体的 实际直径D盾 体=D1+L-2Smax， 其中D1为刀盘大圆环外径； 步骤五： 根据盾体的实际直径D盾 体计算得出刀盘开挖直径D开 挖 直 径=D盾 体+2h， 式中h为盾体 外径与开挖直径的单边间隙， h取决于具体的地质情况； 步骤六： 根据开挖直径D开 挖 直 径， 对刀盘最外侧轨迹刀具进行重新定位调整。 0012 本发明采用两方向可调的测量装置可测量出盾体的实际直径， 通过该实际直径计 算出刀盘应具有的开挖直径， 根据

13、开挖直径重新定位刀盘的最外侧轨迹刀具， 从而保证开 挖直径与盾体外径之间的间隙值， 测量数据精度高， 计算步骤简单， 为隧道施工中开挖直径 的确定提供了一种简单有效的方法， 具有较高的推广价值。 两方向可调的测量装置从两个 方向上对激光测距仪位置进行调节， 使激光测距仪处于合适位置和角度， 提高数据采集的 精度， 此外， 实现与刀盘的快速连接， 提高测量装置的稳定性， 与现有盾构刀盘融合性极佳。 附图说明 0013 为了更清楚地说明本发明实施例， 下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简 单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例， 对于本领域普通技 术人员来讲， 在不

14、付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。 0014 图1为本发明测量装置与刀盘连接桩体的整体剖视图。 0015 图2为本发明测量装置与刀盘连接桩体的整体主视图。 0016 图3为本发明测量装置的立体图。 0017 图4为本发明测量装置的左视图。 0018 图5为本发明测量装置的立体分解示意图。 具体实施方式 0019 下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完 整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于 本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例， 都

15、属于本发明保护的范围。 0020 如图3所示， 实施例1， 一种盾体直径的测量装置， 包括与刀盘相配合的固定支架， 用于与刀盘的连接和测量装置的固定。 固定支架的下部设有径向伸缩机构， 径向伸缩机构 能相对固定支架进行上下运动， 实现测量装置径向距离的调节。 径向伸缩机构上连接有轴 向伸缩机构， 轴向伸缩机构能相对径向伸缩机构运动， 实现测量装置轴向距离的调节。 轴向 伸缩机构上设有激光测距仪3-3， 激光测距仪3-3通过数据线3-6与后台控制器相连接， 激光 测距仪与盾体2相对应， 用于盾体外圆周数据的采集。 所述径向伸缩机构的伸缩方向与轴向 伸缩机构的伸缩方向垂直， 两个方向上对激光测距仪

16、位置进行调节， 使激光测距仪处于合 适位置和角度， 提高数据采集的精度， 此外实现与刀盘的快速连接， 提高测量装置的稳定 说明书 2/3 页 4 CN 112112655 A 4 性， 与现有盾构刀盘融合性极佳。 0021 进一步， 如图4所示， 所述固定支架包括弧形板3-1， 弧形板3-1的弧度与刀盘的大 圆环弧度相一致， 保证与刀盘大圆环的稳定连接。 弧形板3-1上对称设有卡板3-9， 卡板固定 在弧形板上或与弧形板一体成型设置， 用于与刀盘大圆环的快速卡固。 卡板3-9上设有第一 顶紧螺栓3-4， 使用时， 将刀盘大圆环位于卡板和弧形板之间， 并通过第一顶紧螺栓顶紧固 定。 径向伸缩机构

17、设置在弧形板3-1下部， 实现相对弧形板的进行伸缩。 0022 优选地， 所述径向伸缩机构包括固定在弧形板3-1下部的刻度柱3-10， 刻度柱上设 有刻度， 刻度柱与弧形板固定连接或与弧形板一体成型设置。 刻度柱3-10上滑动设有滑块 3-8， 滑块3-8上设有与刻度柱3-10相配合的紧定螺钉3-7， 当滑块移动到合适位置处， 通过 紧定螺钉将滑块固定在刻度柱上即可， 用于固定滑块和稳定激光测距仪。 0023 优选地， 如图5所示， 所述轴向伸缩机构包括伸缩杆3-2， 伸缩杆与刻度柱垂直设 置， 伸缩杆3-2的一端滑动设置在滑块3-8内且通过第二顶紧螺栓3-5紧固， 激光测距仪3-3 设置在伸

18、缩杆3-2的另一端。 通过调节伸缩杆在滑块中的位置， 实现光测距仪3-3在轴向上 位置的调节， 当伸缩杆调节到合适位置时， 通过第二顶紧螺栓将伸缩杆顶紧固定， 起到稳定 激光测距仪的作用。 0024 如图1、 2所示， 实施例2， 一种开挖直径的确定方法， 采用实施例1所述的盾体直径 的测量装置测量盾体直径， 然后通过盾体直径确定开挖直径， 最后根据开挖直径调节刀盘 最外侧轨迹刀具的位置。 具体步骤如下： 步骤一： 将刀盘上最外侧轨迹刀具1-1移动到刀盘1合适位置， 避免与盾体直径的测量 装置发生干涉； 步骤二： 将实施例1所述的盾体直径的测量装置3安装在刀盘的大圆环1-2上， 然后调节 径向

19、伸缩机构的滑块3-8至相对于固定支架的合适位置， 并根据刻度柱3-10记录滑块3-8在 径向上的距离L， 再调节轴向伸缩机构的伸缩杆3-2， 使激光测距仪3-3相对于滑块3-8处于 合适位置， 保证激光测距仪对盾体进行外圆周上数据的采集； 步骤三： 将刀盘旋转一周， 同时激光测距仪采集数据m次， m为大于36的整数， 使刀盘每 旋转360/m度， 激光测距仪测量一次数据S， S为激光测距仪距离盾体外圆周面的测量距离， 激光测距仪将测量数据传递给后台控制器， 后台控制器对测量数据进行处理得出激光测距 仪距离盾体外圆周面的最大值Smax； 步骤四： 后台控制器根据激光测距仪距离盾体外圆周面的最大值

20、Smax， 计算得出盾体的 实际直径D盾 体=D1+L-2Smax， 其中D1为刀盘大圆环外径， 根据刀盘设计可直接获得； 步骤五： 根据盾体的实际直径D盾 体计算得出刀盘开挖直径D开 挖 直 径=D盾 体+2h， 式中h为盾体 外径与开挖直径的单边间隙， h取决于具体的地质情况； 步骤六： 根据开挖直径D开 挖 直 径， 对刀盘最外侧轨迹刀具进行重新定位调整， 使其开挖轮 廓的直径满足上述开挖直径D开 挖 直 径。 0025 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精 神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说明书 3/3 页 5 CN 112112655 A 5 图1 说明书附图 1/5 页 6 CN 112112655 A 6 图2 说明书附图 2/5 页 7 CN 112112655 A 7 图3 说明书附图 3/5 页 8 CN 112112655 A 8 图4 说明书附图 4/5 页 9 CN 112112655 A 9 图5 说明书附图 5/5 页 10 CN 112112655 A 10