盾构管片超前量模拟系统及实验方法技术方案

一种盾构管片超前量模拟系统及实验方法，以能够便捷调控隧道设计轴线

【技术实现步骤摘要】
盾构管片超前量模拟系统及实验方法


[0001]本专利技术涉及盾构隧道工程测量
，具体涉及一种盾构管片超前量模拟系统及实验方法
。

技术介绍

[0002]盾构隧道支护衬砌结构由混凝土预制管片拼装而成
。
通常情况下隧道设计轴线并非直线，而是由上下坡的竖曲线
、
左右转弯的水平圆曲线及缓和曲线组成
。
[0003]盾构机在即将进入上下坡
、
左右转弯时需提前调整姿态，或在直线段进行姿态调整以顺利拟合设计轴线，以上情况不仅需要盾构机做出姿态改变，还需要管片协调配合同步地进行姿态调整
。
因管片拼装完成后即为固定位置，无法改变其姿态，目前常用的方法是提前制作出具有楔形量的管片以迎合盾构机姿态的改变及线路的拟合
。
但在实际工程中，盾构机姿态往往不符合预设的值，或管片自身为楔形所具有的超前量无法满足要求时，需对下一环管片的超前量做出临时调整，以累计每环的超前量达到管片姿态修正的目的
。
方法是在现场测量出管片已有超前量后，再根据隧道设计轴线
、
管片设计超前量及当前管片姿态，计算得出下一环管片超前量类型及超前量数值
。
若管片上端的垂直投影超过下端，则超前量类型为上超，以此类推，超前量分为上超
、
下超
、
左超及右超
。
根据计算得出超前量类型及数值制作出相应的楔子，并粘贴至合适位置，由此实现下一环管片的超前量，通过几环的累计后即可调整完毕管片的姿态
。
[0004]其中，下一环管片超前量类型及大小受隧道设计轴线
、
上一环管片拼装姿态及盾构机姿态共同作用，盾构机姿态影响主要体现在盾尾间隙上，难以得出超前量规律
。
再者，超前量依靠锤球测量的方法效率较低，在需频繁监测当前管片环超前量并计算下一环超前量得出楔子粘贴方案的施工现场，已无法满足监测要求
。
[0005]因此，亟需一种模拟系统，该系统能简单操作，通过调控隧道设计轴线
、
上一环管片拼装姿态及盾构机姿态，模拟各超前量类型及大小，为楔子的制作及粘贴提供依据
。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种盾构管片超前量模拟系统，以能够便捷调控隧道设计轴线
、
上一环管片拼装姿态及盾构机姿态，得到系统中管片模型的超前量类型
、
大小及盾尾间隙，提供并验证楔子的制作粘贴方案，得到更加精确有效的管片超前量，更好拟合隧道设计轴线及迎合盾构机姿态
。
[0007]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
[0008]本专利技术的一种盾构管片超前量模拟系统，其特征是：包括盾构机模型
、
首环管片模型
、
盾尾环管片模型
、
激光发射器
、
激光接收板
、
姿态控制器
、
超前量扫描仪
、
分析仪和框架式支座；所述框架式支座的纵向两端固定设置透明反力板，其内固定设置环形支架，环形支架的端面与两侧透明反力板的板面相平行；所述环形支架右端面
、
两侧透明反力板内板面上各设置一组环向间隔的姿态控制器，通过该三组姿态控制器将盾构机模型
、
首环管片模
型
、
盾尾环管片模型分别固定安装在左侧透明反力板内板面上
、
环形支架右端面上
、
右侧透明反力板内板面上，初始状态下盾构机模型
、
首环管片模型
、
和盾尾环管片模型的轴线相重合且垂直于透明反力板板面；所述盾构机模型
、
盾尾环管片模型的径向外壁上各设置一组环向间隔的的激光发射器，所述激光接收板的板面平行于右侧透明反力板板面，且固定设置在右侧透明反力板外侧；所述超前量扫描仪固定设置在右侧透明反力板内板面的中央；所述分析仪控制各姿态控制器调控超前量，控制超前量扫描仪进行伸缩或扫描获取超前量数据，分析来自激光接收板的激光信号得出盾尾间隙值
。
[0009]本专利技术所要解决的另一技术问题是提供采用上述一种盾构管片超前量模拟系统的实验方法，该方法包括以下步骤：
[0010]S1、
确定按比例和尺寸，制作的盾构机模型
、
首环管片模型和盾尾环管片模型，将环形支架固定安装在框架式支座内，该环形支架位于盾构机模型和首环管片模型安装位置之间；
[0011]S2、
将三组姿态控制器分别安装在环形支架右端面
、
两侧透明反力板内板面上；
[0012]S3、
将两组激光发射器分别安装在盾构机模型
、
盾尾环管片模型的径向外壁上，并将盾构机模型
、
首环管片模型
、
和盾尾环管片模型对齐相应组的姿态控制器，由其真空吸盘最终固定位置；
[0013]S4、
打开各激光发射器，在侧透明反力板外布置激光接收板，并调整至能接受激光光束的位置；
[0014]S5、
根据预设的盾构机姿态及隧道设计轴线，调整各组姿态控制器改变盾构机模型
、
首环管片模型和盾尾环管片模型姿态，协调控制右侧两组姿态控制器使首环管片模型根据盾尾环管片模型拼装姿态产生超前量；
[0015]S6、
控制超前量扫描仪的伸缩杆，使扫描镜头至待监测的首环管片模型边缘，打开定位激光照射器，并控制调整扫描镜头对齐首环管片模型边缘，扫描镜头进行
360
°
扫描成像，将云图传输至分析仪进行处理；
[0016]S7、
分析仪接收激光接收版
、
超前量扫描仪及姿态控制器相关数据，分析得出当前隧道设计轴线
、
盾构姿态下首环管片模型的超前量和盾尾间隙，为下一环管片楔子的制作粘贴提供依据；
[0017]S8、
将盾尾环充当首环，首环充当下一环管片，控制盾尾环管片模型处的姿态控制器，将其调整至步骤
S5
中的首环管片模型的姿态，控制首环管片模型处的姿态控制器将其调整至预设的下一环管片姿态，将制作的楔子粘贴至首环管片模型靠近盾尾环管片模型侧，调整超前量扫描仪，重复步骤
S7
，验证楔子制作及粘贴合理性；
[0018]S9、
取下楔子，重复步骤
S5
至步骤
S8
，得出不同姿态下首环管片模型超前量规律
。
[0019]本专利技术的有益效果是，能够便捷调控隧道设计轴线
、
上一环管片拼装姿态及盾构机姿态，得到系统中管片模型的超前量类型
、
大小及盾尾间隙，提供并验证楔子的制作粘贴方案，得到更加精确有效的管片超前量，更好拟合隧道设计轴线及迎本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种盾构管片超前量模拟系统，其特征是：包括盾构机模型
(70)、
首环管片模型
(80)、
盾尾环管片模型
(90)、
激光发射器
(10)、
激光接收板
(20)、
姿态控制器
(60)、
超前量扫描仪
(30)、
分析仪
(40)
和框架式支座
(110)
；所述框架式支座
(110)
的纵向两端固定设置透明反力板
(100)
，其内固定设置环形支架
(50)
，环形支架
(50)
的端面与两侧透明反力板
(100)
的板面相平行；所述环形支架
(50)
右端面
、
两侧透明反力板
(100)
内板面上各设置一组环向间隔的姿态控制器
(60)
，通过该三组姿态控制器
(60)
将盾构机模型
(70)、
首环管片模型
(80)、
盾尾环管片模型
(90)
分别固定安装在左侧透明反力板
(100)
内板面上
、
环形支架
(50)
右端面上
、
右侧透明反力板
(100)
内板面上，初始状态下盾构机模型
(70)、
首环管片模型
(80)、
和盾尾环管片模型
(90)
的轴线相重合且垂直于透明反力板
(100)
板面；所述盾构机模型
(70)、
盾尾环管片模型
(90)
的径向外壁上各设置一组环向间隔的的激光发射器
(10)
，所述激光接收板
(20)
的板面平行于右侧透明反力板
(100)
板面，且固定设置在右侧透明反力板
(100)
外侧；所述超前量扫描仪
(30)
固定设置在右侧透明反力板
(100)
内板面的中央；所述分析仪
(40)
控制各姿态控制器
(60)
调控超前量，控制超前量扫描仪
(30)
进行伸缩或扫描获取超前量数据，分析来自激光接收板
(20)
的激光信号得出盾尾间隙值
。2.
如权利要求1所述一种盾构管片超前量模拟系统，其特征是：所述盾构机模型
(70)、
首环管片模型
(80)
和盾尾环管片模型
(90)
由轻型材料按一定比例制成，首环管片模型
(80)
及盾尾环管片模型
(90)
为标准环，或者为具有楔形量的转弯环
。3.
如权利要求1所述一种盾构管片超前量模拟系统，其特征是：所述环形支架
(50)
右端面
、
两侧透明反力板
(100)
内板面上各环向间隔
90
°
设置4个姿态控制器
(60)
，该三组中各态控制器
(60)
的设置位置相对应
。4.
如权利要求3所述一种盾构管片超前量模拟系统，其特征是：所述姿态控制器
(60)
由真空吸盘
(61)
和电控伸缩杆
(62)
构成，电控伸缩杆
(62)
的后端与两侧透明反力板
(100)
内板面
、
环形支架
(50)
右端面固定连接；所述真空吸盘
(61)
安装在电控伸缩杆
(62)
的前端，与盾构机模型
(70)、
首环管片模型
(80)
或盾尾环管片模型
(90)
纵向端面吸合
。5.
如权利要求1所述一种盾构管片超前量模拟系统，其特征是：所述盾构机模型
(70)、
盾尾环管片模型
(90)
的径向外壁上各设置8个等角度环贴的激光发射器
(10)
，该两组激光发射器
(10)
发射不同颜色的激光光束
。6.
如权利要求1所述一种盾...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小庆，余桂林，李宗奇，梁高峰，龙亮，陈圆云，李枭，徐强，罗军，王东亮，
申请(专利权)人：中国水利水电第十四工程局有限公司中电建成都建设投资有限公司，
类型：发明
国别省市：