一种管片拼装控制方法及系统和盾尾间隙计算方法技术方案

本发明专利技术涉及一种管片拼装控制方法及系统和盾尾间隙计算方法，属于隧道施工技术领域，获取管片的位置、管片拼装的点位和推进油缸行程；根据每个点位的信息，计算对应点位的角度，根据点位的角度计算对应位置的超前量，根据超前量计算对应管片的管片宽度；根据管片的位置计算管片到掘进中心轴的距离；根据油缸进程计算油缸行程差，通过油缸行程差计算管片轴线和掘进轴线的夹角；根据管片宽度、管片到掘进中心轴的距离、管片轴线和掘进轴线的夹角计算盾尾间隙。本发明专利技术用于盾尾间隙计算的数据都是直接获取，不需要增加额外的设置，极大的节约了成本。成本。成本。

【技术实现步骤摘要】
一种管片拼装控制方法及系统和盾尾间隙计算方法


[0001]本专利技术涉及一种管片拼装控制方法及系统和盾尾间隙计算方法，属于隧道施工


技术介绍

[0002]盾尾间隙是指盾尾钢环内径与拼装管片的外径之间的空隙，由于盾构推进油缸行程差、姿态纠偏、土体强度差异等都会导致盾尾间隙在上下左右方向出现差异，如果差异过大，不但会造成盾尾密封刷的磨损加快，管片在盾壳里“卡死”，会出现管片碎裂，严重时甚至会产生涌水事故。盾尾间隙过小，盾尾壳上的力直接压到管片上，这样会造成盾构掘进中盾尾与管片发生碰撞；一方面会降低掘进速度，另一方面会造成管片错台，容易出现凹陷状态。
[0003]目前盾尾间隙的测量方式主要有人工测量、机械测量、视觉测量和激光测量等。人工测量的方法每次测量的点位并不能保持固定，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；机械测量的精度和可靠性难以保证，维护成本高；视觉测量和激光测量对隧道复杂环境的适应性较差，且设备的价格昂贵、成本高。现有技术中机械测量、视觉测量和激光测量还都需要借助额外的设备进行测量，使得盾尾间隙的测量成本较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种管片拼装控制方法及系统和盾尾间隙计算方法，用以解决盾尾间隙的计算需要借助额外的设备导致成本高的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的方案和有益效果包括：
[0006]本专利技术的一种盾尾间隙计算方法，包括如下步骤：
[0007]1)获取上一环拼装管片的信息，包括上一环的各点位信息、上一环管片在各个点位上的位置以及上一环各个点位上管片的推进油缸进程；
[0008]2)根据上一环的各点位信息计算当前环对应点位上的管片的超前量，根据管片的超前量计算上一环环对应点位上管片的管片宽度；
[0009]3)根据上一环管片在各个点位上的位置计算上一环对应点位上的管片到掘进中心轴的距离；
[0010]4)根据上一环各个点位上管片的推进油缸进程计算上一环对应点位上管片的油缸行程差，通过所述油缸行程差和推进油缸安装圆半径计算上一环对应点位上管片轴线和掘进轴线的夹角；
[0011]5)根据上一环对应点位上管片的管片宽度、上一环对应点位上的管片到掘进中心轴的距离、上一环对应点位上管片轴线和掘进轴线的夹角计算上一环拼装后，对应点位上管片的盾尾间隙，将上一环拼装后的对应点位上管片的盾尾间隙作为当前环拼装前对应点
位上管片的盾尾间隙。
[0012]上述技术方案的有益效果为：本专利技术提供的盾尾间隙计算方法，直接获取上一环拼装管片的信息以用于进行当前环对应管片的盾尾间隙的计算，不需要增加额外的设备进行测量，可以直接根据拼装机本身测量的数据进行管片的盾尾间隙的计算，极大的节约了成本。
[0013]进一步地，所述步骤4)中分别获取上一环垂直分布和水平分布点位上管片的推进油缸进程和水平分布点位上管片的推进油缸进程，对应计算垂直分布和水平分布点位上管片的油缸行程差。
[0014]进一步地，根据上一环水平分布的推进油缸的油缸行程差计算管片轴线和掘进轴线的水平夹角，根据上一环垂直分布的推进油缸的行程差计算管片轴线和掘进轴线的垂直夹角。
[0015]进一步地，通过如下公式计算上一环对应点位上管片的管片宽度：
[0016]d＝2
×
Δd+dk
[0017]其中，d为上一环对应点位上管片的管片宽度，Δd为上一环对应点位上的管片的超前量，dk为对应管片窄边的宽度。
[0018]进一步地，通过如下公式计算上一环对应点位上的管片到掘进中心轴的距离：
[0019]l＝R+Δ
[0020]其中，l为上一环对应点位上的管片到掘进中心轴的距离，R为管片半径，Δ为上一环上对应管片到掘进中心轴的偏移量，Δ通过上一环管片在各个点位上的位置和管片半径计算得到。
[0021]进一步地，通过如下公式计算上一环对应点位上管片轴线和掘进轴线的夹角：
[0022][0023][0024]其中，α
l
为上一环对应点位上管片轴线和掘进轴线的水平夹角，α
v
为上一环对应点位上管片轴线和掘进轴线的垂直夹角，r为推进油缸安装圆半径，ΔL
l
为水平分布的推进油缸的油缸行程差，ΔL
v
为垂直分布的推进油缸的油缸行程差。
[0025]进一步地，通过如下公式计算上一环对应点位上管片的盾尾间隙：
[0026][0027][0028]其中，v1为上一环对应点位上管片前部的盾尾间隙，v2为上一环对应点位上管片后部的盾尾间隙，D为掘进直径，α为当前环对应点位上管片轴线和掘进轴线的夹角，d为管片宽度。
[0029]进一步地，所述上一环的各点位信息和上一环管片在各个点位上的位置通过管片自动拼装装置获得；上一环各个点位上管片的推进油缸进程通过推进油缸自动测量装置获得。
[0030]上述技术方案的有益效果为：管片自动拼装装置是拼装管片时必须的装置，油缸自动测量装置一般安装在掘进机推进油缸末端，利用管片自动拼装装置和油缸自动测量装置直接获取用于计算管片盾尾间隙的数据，数据更加精确、可靠，不需要再在盾构机上额外增加测量盾尾间隙的装置，并且管片自动拼装装置可以重复使用，降低了成本。
[0031]本专利技术还提供一种管片拼装方法，采用上述盾尾间隙计算方法，根据所述盾尾间隙计算方法计算出管片的盾尾间隙，根据所述盾尾间隙控制推进油缸进程以拼装当前环对应管片。
[0032]上述技术方案的有益效果为：通过盾尾间隙计算方法计算出管片的盾尾间隙，根据该盾尾间隙控制拼装当前管片时推进油缸的进程，以降低管片在各个方向上的盾尾间隙的差异。
[0033]本专利技术还提供一种管片拼装系统，包括控制器，所述控制器执行相应步骤，以实现上述管片拼装控制方法并达到相同的技术效果。
附图说明
[0034]图1是本专利技术盾尾间隙计算方法实施例中微型盾构摇臂式管片自动拼装机示意图；
[0035]图2是本专利技术盾尾间隙计算方法实施例中盾尾间隙计算方法流程图；
[0036]图3是本专利技术盾尾间隙计算方法实施例中点位分布主视图；
[0037]图4是本专利技术盾尾间隙计算方法实施例中超前量分布侧视图；
[0038]图5是本专利技术盾尾间隙计算方法实施例中管片和掘进机截面图；
[0039]图6是本专利技术盾尾间隙计算方法实施例中盾尾间隙计算示意图；
[0040]图7是本专利技术盾尾间隙计算方法实施例中推进油缸垂直分布和水平分布示意图；
[0041]其中1为拼装机主梁；2为平动机构；3为回转机构；4为摇臂机构；5为微动机构；6为抓取机构；7为提升机构；8为平动测距传感器；9为回转传感器；10为升降传感器；11为压力传感器。
具体实施方式
[0042]下面结合附图和实施例对本专利技术做本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾尾间隙计算方法，其特征在于，包括如下步骤：1)获取上一环拼装管片的信息，包括上一环的各点位信息、上一环管片在各个点位上的位置以及上一环各个点位上管片的推进油缸进程；2)根据上一环的各点位信息计算当前环对应点位上的管片的超前量，根据管片的超前量计算上一环对应点位上管片的管片宽度；3)根据上一环管片在各个点位上的位置计算上一环对应点位上的管片到掘进中心轴的距离；4)根据上一环各个点位上管片的推进油缸进程计算上一环对应点位上管片的油缸行程差，通过所述油缸行程差和推进油缸安装圆半径计算上一环对应点位上管片轴线和掘进轴线的夹角；5)根据上一环对应点位上管片的管片宽度、上一环对应点位上的管片到掘进中心轴的距离、上一环对应点位上管片轴线和掘进轴线的夹角计算上一环拼装后对应点位上管片的盾尾间隙，将上一环拼装后的对应点位上管片的盾尾间隙作为当前环拼装前对应点位上管片的盾尾间隙。2.根据权利要求1所述的盾尾间隙计算方法，其特征在于，所述步骤4)中分别获取上一环垂直分布和水平分布点位上管片的推进油缸进程和水平分布点位上管片的推进油缸进程，对应计算垂直分布和水平分布点位上管片的油缸行程差。3.根据权利要求2所述的盾尾间隙计算方法，其特征在于，根据上一环水平分布的推进油缸的油缸行程差计算管片轴线和掘进轴线的水平夹角，根据上一环垂直分布的推进油缸的行程差计算管片轴线和掘进轴线的垂直夹角。4.根据权利要求1所述的盾尾间隙计算方法，其特征在于，通过如下公式计算上一环对应点位上管片的管片宽度：d＝2
×
Δd+dk其中，d为上一环对应点位上管片的管片宽度，Δd为上一环对应点位上的管片的超前量，dk为对应管片窄边的宽度。5.根据权利要求1所述的盾尾间隙计算方法，其特征在于，通过如下公式计算上一环对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜礼杰，张培，王珩，田振东，李明泽，文勇亮，王若愚，姜露露，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：