盾构施工质量机载式双自由度检测方法及检测平台技术

本发明专利技术涉及一种盾构施工质量机载式双自由度检测方法及检测平台，开发一种安装于盾构机车架上的双自由度环向检测平台，平台在电机和液压驱动下可沿轨道对隧道壁进行环向检测。并可沿径向方向缩放及定距控制，以满足不同直径隧道和不同方位角检测的需求。通过在该平台搭载激光扫描、视觉检测及雷达设备，可实现对管片拼装及壁后注浆等施工质量的实时检测，检测结果可进行实时施工反馈。

【技术实现步骤摘要】
盾构施工质量机载式双自由度检测方法及检测平台
本专利技术属于土木建筑领域，具体涉及一种盾构施工质量机载式双自由度检测方法及检测平台。
技术介绍
近年来，随着我国高铁、地铁等基础设施建设的快速发展，盾构机的使用与日俱增，我国每年新增盾构机超过300余台。盾构施工受周边土体介质及施工工艺控制的影响，施工质量参差不齐，常出现管片拼装质量差、管片盾构脱出盾尾上浮严重及壁后注浆检测不足导致盾构姿态不稳及地表沉降等安全事故。然而目前在盾构施工质量检测领域尚缺失高效及高精测试手段和装备。因此本专利技术拟提出一种盾构施工质量机载式双自由度检测方法及平台，通过在盾构车架不同部位安装环向导轨，并在导轨上搭载可沿径向运动的搭载平台，将激光扫描、视觉检测及雷达设备等检测装备与平台融合设计，以实现对管片变形、错台开裂等拼装质量及壁后注浆厚度等施工质量的实时检测，并反馈施工。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种盾构施工质量机载式双自由度检测方法及检测平台。本专利技术提出的盾构施工质量机载式双自由度检测方法，具体步骤如下：（1）根据检测需求及盾构操作净空，确定检测平台搭载检测设备的类型、检测平台环向导轨的直径、环向导轨圆弧角度及径向驱动装置行程；（2）检测开始前，根据检测需要，在纵向驱动装置及径向驱动装置的作用下，搭载平台移动到初始检测位置，设置环向检测角度及搭载平台距离管片间距；（3）检测启动后，检测平台的环向驱动装置在环向伺服控制单元作用下沿圆周运动，在此过程中为躲避障碍区或保持与管片间距一致，检测平台通过安装在其表面的测距传感器的动态反馈，通过径向驱动装置驱动动态调整检测平台径向高度，以实现环向和径向双自由度检测的需求。本专利技术提出的盾构施工质量机载式双自由度检测方法采用的检测平台，所述检测平台安装于盾构车架上，具有环向和径向双自由度运动模式。所述检测平台包括：径向驱动装置1、环向驱动装置2、搭载平台3、环向导轨4、安装箱5、环向伺服控制单元6和盾构车架安装接口7，所述环向导轨4上设有安装箱5，所述安装箱5能在环向导轨4上来回移动，所述安装箱5上设有搭载平台3，搭载平台3上设有径向驱动装置1和环向驱动装置2，所述安装箱5上装有径向伺服控制器，所述径向伺服控制器连接径向驱动装置1，使径向驱动装置1沿径向在环向导轨4上做往返运动；所述环向导轨4上设有环向伺服单元6，所述环向伺服单元6连接环向驱动装置2，用于控制环向驱动装置，所述环向导轨4上均匀分布有盾构车架安装接口7，所述盾构车架安装接口用于将检测平台固定在盾构支架上；所述搭载平台3上设有测距传感器，根据盾构直径及检测半径需求，在径向伺服控制器的控制下，通过径向驱动装置1沿径向进行往返运动，并通过其上安装的激光和超声等测距传感器实现自动定位控制；同时在环向伺服单元的控制下通过环向驱动装置2沿环向做圆周运动。本专利技术中，检测平台通过检测设备安装孔11搭载激光扫描设备、视觉检测及雷达等设备，实现对管片变形、错台开裂等拼装质量及壁后注浆厚度等施工质量实时检测。本专利技术中，所述径向驱动装置1由纵向驱动器10和测距传感器9组成，测距传感器9用于动态反馈平台径向高度，驱动器10沿径向上径向距离调整，以满足不同直径隧道和不同方位角多维度检测需求。本专利技术中，所述环向驱动装置2由驱动轮11、驱动电机12和滚轮机构13组成，驱动电机12连接驱动轮11，驱动轮11位于驱动架上，驱动架固定于滚轮机构13上，滚轮机构13底部开槽，所述环向导轨4嵌于该开槽部位。环向导轨4内嵌于滚轮机构13，加装防护罩提高自防护能力，延长盾构复杂施工环境条件下的使用寿命。本专利技术中，环向驱动装置2在环向伺服控制单元6的控制下，沿圆周进行运动，根据盾构机前方净空及操作要求，运动范围可满足15°-200°的检测需求，运动模式包括匀速及停顿检测。本专利技术的有益效果在于：（1）通过搭载不同检测设备，满足盾构隧道施工过程中管片变形、错台开裂等拼装质量及壁后注浆厚度等自动化检测的平台搭载及双自由度检测方法需求。（2）通过双自由度平台搭载可提高检测精度和时效性。（3）通过双自由平台可实现不同直径不同方位角的自动检测，解决过往人工检测死角和目标跟踪等难题。附图说明图1为本专利技术盾构施工质量机载式双自由度检测平台图示。图2为平台与管片位置关系图。图3为径向驱动装置图示。图4环向驱动装置图示。图5为技术实施路径图。图中标号：1径向驱动装置、2环向驱动装置、3搭载平台、4环向导轨、5安装箱、6环向伺服控制单元、7盾构车架安装接口、8管片、9测距传感器、10纵向驱动器、11检测设备安装孔、12驱动轮、13驱动电机、14滚轮机构。具体实施方式下面通过实施例结合附图进一步说明本专利技术。实施例1；如图1所示，所述机载式双自由度检测平台包括径向驱动装置1、环向驱动装置2、搭载平台3、环向导轨4、安装箱5、环向伺服控制单元6、走线机构7、盾构车架安装接口7。检测平台整体通过盾构车架安装接口7固定在盾构支架上，搭载平台3根据盾构直径及检测半径需求，在安装箱5上的径向伺服控制器的控制下，通过径向驱动装置1沿径向进行往返运动。同时在环向伺服控制单元6的控制下通过环向驱动装置2沿环向进行圆周运动。图2为检测平台与管片位置关系图，根据在盾构车架实际安装位置（前部、中部和后部）不同，基于检测需求及净空允许条件，确定环向导轨4与管片8的径向距离，并通过径向驱动装置1调整检测平台与管片8的间距。图3为径向驱动装置图示，其与搭载平台3进行连接，平台通过安装孔11与检测设备连接。通过其上安装的激光和超声等测距传感器9实现自动定位反馈和通过纵向驱动器10沿径向进行往返运动。图4为环向驱动装置图示，其由驱动轮12、驱动电机13和滚轮机构14组成，在环向伺服控制单元6的控制下沿内嵌于滚轮机构14下的环向导轨4沿环向做圆周运动。参见图5，本专利技术首先根据检测需求及盾构操作净空，确定环向导轨4的直径及圆弧长度（15-200°之间）。根据实际检测要求设计环向导轨4长度及纵向驱动器1行程，加工后并进行现场装配并通过接口7与盾构机进行集成，形成如图1所示整体平台。检测时按检测需要径向驱动装置1行走至指定高度及在环向驱动装置2控制下进行圆周运动。如图5所示，检测流程包括：（1）根据检测需求及盾构操作净空，确定检测平台搭载检测设备的类型、平台环向导轨的直径、导轨圆弧角度及径向驱动器行程。（2）根据环向导轨的直径、圆弧长度及纵向驱动器行程设计检测平台并现场安装。（3）检测开始前，根据检测需要，在纵向及径向驱动器的作用下，搭载平台移动到初始检测位置，设置环向检测角度及搭载平台距离管片间距。（4）检测启动后，搭载平台在环向驱动装置作用下沿圆周运动。（5）在圆周运动过程中为躲避障碍区或保持与管片间距一致，搭载平台通过安装在其表面的测距传感器的动态反馈，通过径向驱动装置驱动动态调整平台径向高度，以实现环向和径向双自由度检测的需求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盾构施工质量机载式双自由度检测方法，其特征在于具体步骤如下：（1）根据检测需求及盾构操作净空，确定检测平台搭载检测设备的类型、检测平台环向导轨的直径、环向导轨圆弧角度及径向驱动装置行程；（2）检测开始前，根据检测需要，在纵向驱动装置及径向驱动装置的作用下，搭载平台移动到初始检测位置，设置环向检测角度及搭载平台距离管片间距；（3）检测启动后，检测平台的环向驱动装置在环向伺服控制单元作用下沿圆周运动，在此过程中为躲避障碍区或保持与管片间距一致，检测平台通过安装在其表面的测距传感器的动态反馈，通过径向驱动装置驱动动态调整检测平台径向高度，以实现环向和径向双自由度检测的需求。

【技术特征摘要】
1.一种盾构施工质量机载式双自由度检测方法，其特征在于具体步骤如下：（1）根据检测需求及盾构操作净空，确定检测平台搭载检测设备的类型、检测平台环向导轨的直径、环向导轨圆弧角度及径向驱动装置行程；（2）检测开始前，根据检测需要，在纵向驱动装置及径向驱动装置的作用下，搭载平台移动到初始检测位置，设置环向检测角度及搭载平台距离管片间距；（3）检测启动后，检测平台的环向驱动装置在环向伺服控制单元作用下沿圆周运动，在此过程中为躲避障碍区或保持与管片间距一致，检测平台通过安装在其表面的测距传感器的动态反馈，通过径向驱动装置驱动动态调整检测平台径向高度，以实现环向和径向双自由度检测的需求。2.一种如权利要求1所述的盾构施工质量机载式双自由度检测方法采用的检测平台，其特征在于所述检测平台安装于盾构车架上，具有环向和径向双自由度运动模式；所述检测平台包括：径向驱动装置（1）、环向驱动装置（2）、搭载平台（3）、环向导轨（4）、安装箱（5）、环向伺服控制单元（6）和盾构车架安装接口（7），所述环向导轨（4）上设有安装箱（5），所述安装箱（5）能在环向导轨（4）上来回移动，所述安装箱（5）上设有搭载平台（3），搭载平台（3）上设有径向驱动装置（1）和环向驱动装置（2），所述安装箱（5）上装有径向伺服控制器，所述径向伺服控制器连接径向驱动装置（1），使径向驱动装置（1）沿径向在环向导轨（4）上做往返运动；所述环向导轨（4）上设有环向伺服单元（6），所述环向伺服单元（6）连接环向驱动装置（2），用于控制环向驱动装置，所述环向导轨（4）上均...

【专利技术属性】
技术研发人员：周彪，谢雄耀，翟俊莅，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31