本实用新型专利技术公开了一种机械式盾构/TBM盾尾间隙实时测量装置，包括自由旋转杆和与护盾尾部的内壁固定连接的底座，在底座上设有具有安装孔的安装座，在安装孔内设有磁敏角度传感器；自由旋转杆依次包括连接段、弧形过渡段和接触段，自由旋转杆的连接段底部设有中空型转轴，在转轴上套设有扭簧，且转轴与磁敏角度传感器的转动轴固定连接；自由旋转杆的另一端与管片的外壁滑动接触式连接；扭簧的两根直脚分别撑紧自由旋转杆和底座；磁敏角度传感器通过RS485通讯模块与上位机连接。本实用新型专利技术结构简单，对恶劣环境的适应能力强，能够应用于油污、潮湿、粉尘、泥浆等复杂的施工环境，连续测量精度高，实现了对盾尾间隙的实时精准监控。实现了对盾尾间隙的实时精准监控。实现了对盾尾间隙的实时精准监控。
【技术实现步骤摘要】
一种机械式盾构/TBM盾尾间隙实时测量装置
[0001]本技术涉及盾构机及TBM
，具体涉及一种机械式盾构/TBM盾尾间隙实时测量装置。
技术介绍
[0002]盾尾间隙是指盾构/TBM护盾尾部内壁与管片外壁之间的空隙。在盾构施工过程中，由于盾构/TBM掘进姿态不断变化，且各组推进油缸伸出长度无法时刻保持一致，存在行程差，导致盾尾间隙时刻处于变化中。当盾尾间隙超出设计允许的范围时，将会造成盾构/TBM的护盾与管片产生摩擦，导致管片破裂，还会加大盾构/TBM的推进阻力，降低掘进速度；会直接降低盾尾刷密封效果，甚至破坏盾尾密封系统，导致水泥浆外漏；严重时，甚至会造成管片错台、隧道渗漏、地面坍塌等。因此，在盾构/TBM施工时必须对盾尾间隙进行实时测量，在结合推进油缸行程差等数据后不断调整掘进姿态，以保证盾构/TBM施工的顺利进行。
[0003]目前，在我国盾构/TBM施工过程中，常用的盾尾间隙测量方法主要有人工测量和非接触式测量。人工测量方法每次的测量点位不能保持固定，盾尾间隙数据的连续性较差，而且测量人员的技术水平和测量方式都存在差异，测量精度相对较低，而相对复杂的施工环境还会给测量人员造成较大的安全隐患。对于非接触式测量方法，又有激光视觉、超声波等多种技术，但其均对周围环境具有较高要求，盾构/TBM施工环境相对复杂，油污、泥浆、粉尘、潮湿等因素均会导致非接触式测量方法故障频发，测量数据连续性差，且维护成本高。
技术实现思路
[0004]有鉴于此，本技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种测量精度高、对环境适应能力强的机械式盾构/TBM盾尾间隙实时测量装置。
[0005]为达到上述目的，本技术采用以下技术方案：
[0006]一种机械式盾构/TBM盾尾间隙实时测量装置，包括自由旋转杆和与护盾尾部的内壁固定连接的底座，在所述底座上设有具有安装孔的安装座，在所述安装孔内设有磁敏角度传感器；所述自由旋转杆依次包括连接段、弧形过渡段和接触段，所述自由旋转杆的连接段底部固定设有中空型转轴，在所述转轴上套设有扭簧，且所述转轴与磁敏角度传感器的转动轴固定连接；所述自由旋转杆的另一端自由设置，且与管片的外壁滑动接触式连接；所述扭簧的两根直脚分别撑紧自由旋转杆和底座；所述磁敏角度传感器通过RS485通讯模块与上位机连接。
[0007]针对上述技术方案，底座与护盾尾部内壁固定连接，在盾尾间隙发生变化时，在扭簧的作用下，自由旋转杆的自由端始终与管片的外壁紧密接触，因此自由旋转杆带着磁敏角度传感器的转动轴相对底座转动，使底座和自由旋转杆之间的夹角发生变化，磁敏角度传感器将角度的变化通过RS485通讯模块传输到上位机内，再通过上位机对角度值进行转换得到盾尾间隙变化值，从而实现了实时对盾尾间隙的监测。
[0008]优选的，所述接触段的宽度小于所述连接段的宽度。
[0009]本技术的有益效果是：
[0010]本技术当盾尾间隙发生变化时，在扭簧弹力作用下，自由旋转杆可带动磁敏角度传感器绕转轴转动，磁敏角度传感器可实时测出自由旋转杆和底座之前的夹角，根据角度值可以计算得出盾尾间隙值。
[0011]本技术采用机械式的测量方式测量盾尾间隙值，避免了人工测量方式的效率低、误差大、数值不连续、点位不固定的问题，也避免了非接触式测量方式的环境适应性差问题。
[0012]本技术结构简单，对恶劣环境的适应能力强，能够应用于油污、潮湿、粉尘、泥浆等复杂的施工环境，连续测量精度高，可达到0.1mm，实现了对盾尾间隙的实时精准监控。
附图说明
[0013]图1为本技术的结构示意图；
[0014]图2为本技术的安装示意图。
[0015]图中：1管片，2护盾尾部，3自由旋转杆，4底座，5扭簧，6磁敏角度传感器，7RS485通讯模块，8上位机，9安装座，10转轴，11连接段，12过渡段，13接触段。
具体实施方式
[0016]下面结合附图和实施例对本技术作进一步描述。
[0017]实施例1
[0018]如图1
‑
2所示，一种机械式盾构/TBM盾尾间隙实时测量装置，包括自由旋转杆3和与护盾尾部2的内壁固定连接的底座4，在底座4上设有具有安装孔的安装座9，在安装孔内固定设有磁敏角度传感器6；自由旋转杆3依次包括连接段11、弧形过渡段12和接触段13，接触段的宽度小于连接段的宽度，自由旋转杆3的连接段11底部固定设有中空型转轴10，在转轴10上套设有扭簧5，且转轴10与磁敏角度传感器6的转动轴固定连接，使自由旋转杆3随转动轴一起转动，进而磁敏角度传感器6测得底座4与自由旋转杆3之间的角度变化；自由旋转杆3的另一端自由设置，且与管片1的外壁滑动接触式连接；扭簧5的两根直脚分别撑紧自由旋转杆3和底座4，并分别与其固定连接；磁敏角度传感器6通过RS485通讯模块7与上位机8连接。
[0019]底座4始终随着护盾尾部2的内壁移动，在扭簧5的作用下，底座4和自由旋转杆3之间始终被扭簧5撑紧，从而使自由旋转杆3的自由端始终与管片1外壁紧密接触，在自由旋转杆3的转动过程中，磁敏角度传感器6的转动轴随着自由旋转杆3一起转动，使磁敏角度传感器6对底座4和自由旋转杆3之间的角度变化进行实时监测，进而监测护盾尾部2和管片1之间的距离变化。
[0020]本技术的测量方法，包括以下步骤：
[0021](1)在盾构/TBM盾尾间隙处沿圆周均布设置若干个该测量装置；
[0022](2)将底座4的底部固定在护盾尾部2的内壁上，将自由旋转杆3沿盾构/TBM掘进的反方向张开，并使其自由端紧贴管片的外壁设置；
[0023](3)将磁敏角度传感器6与自由旋转杆3固定，使磁敏角度传感器6可跟随自由旋转杆3同步旋转；
[0024](4)通过磁敏角度传感器6测得底座4和自由旋转杆3之间的实时角度值α，并通过RS485通讯模块7将测量数据传输至上位机8，上位机8通过计算得出对应的盾尾间隙值。
[0025]盾尾间隙值的计算方法：
[0026]所述盾尾间隙值H的计算公式为：
[0027]H＝L
·
sinα
[0028]式中，H表示盾尾间隙值，L表示自由旋转杆的有效长度，α表示底座与自由旋转杆之间的夹角角度值。
[0029]初始安装时，将自由旋转杆压紧与底座贴合，记录测量装置的初始高度H、自由旋转杆的长度L和磁敏角度传感器测得的初始角度值α0，并在上位机中进行初始值设置；当盾尾间隙发生变化时，上位机根据通讯模块发送的实时信号计算出当前的盾尾间隙值。
[0030]在护盾尾部内壁上均匀安装若干个盾构/TBM盾尾间隙实时测量装置，所有测量装置沿圆周方向均匀分布，通过若干个测量装置分别测量护盾尾部不同位置的盾尾间隙值，通过对不同位置的盾尾间隙数据进行分析，可以得出管片安装的准确性，并为管片选型和姿态调整提供参考依据。
[0031]需要说明的是本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种机械式盾构/TBM盾尾间隙实时测量装置，其特征在于，包括自由旋转杆和与护盾尾部的内壁固定连接的底座，在所述底座上设有具有安装孔的安装座，在所述安装孔内设有磁敏角度传感器；所述自由旋转杆依次包括连接段、弧形过渡段和接触段，所述自由旋转杆的连接段底部固定设有中空型转轴，在所述转轴上套设有扭簧，且所述转轴与磁敏...
【专利技术属性】
技术研发人员：褚长海，杨光，郭璐，王俊杰，许华国，刘家俊，王雅文，
申请(专利权)人：盾构及掘进技术国家重点实验室，
类型：新型
国别省市：
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