一種盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置制造方法
【專利摘要】一種用于盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置，包括用于連接電纜的電氣接頭端、用于數據處理的電子倉模塊、兩根內含波導絲的波導管、分別安裝在兩根波導管上并沿波導管滑移的兩組滑塊模塊以及與兩組滑塊模塊分別連接的兩組測桿模塊。使用時將固定在連接端頭的測桿分別頂住襯砌管片接縫兩側，并依靠測桿端部滑輪沿著接縫滑行，利用磁致伸縮原理，中央處理單元動態的計算并存儲兩個位置磁鐵分別與電子倉模塊之間的距離，進而換算并輸出兩個位置磁鐵每次位置變化的差值，即為接縫兩側襯砌管片徑向上的高差，本發明能夠動態測量盾構隧道管片環縫與縱縫的錯抬，無須人工轉換，直接輸出所測接縫最大、最小和平均錯抬量，操作簡單、實用性強。
【專利說明】一種盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬于土木工程領域，涉及軌道交通及隧道工程中的測量裝置，具體涉及一種盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的測量裝置。
【背景技術】
[0002]盾構隧道拼裝管片的錯臺一直是困擾盾構隧道施工和維護的技術問題，且在較長一段時間內沒有得到足夠的重視。隨著盾構法隧道施工技術的發展和技術標準的提高，錯臺引起的管片開裂、拼裝困難和防水隱患等問題對施工和運營的影響開始突顯出來。因此需要對盾構推進過程及使用過程中襯砌管片的錯抬進行現場量測分析，以提高工程質量，并為消除盾構隧道襯砌管片錯抬、評估盾構隧道安全狀態提供依據。
[0003]由于盾構隧道襯砌管片采用分環分塊拼裝方式，不僅僅在塊與塊之間存在縱縫，而且在環與環之間存在環縫，大量的接縫為實際工程檢測造成了很大困擾。目前，實際中常用的檢測有兩種:一種是依賴經過培訓后的專業技術人員人工借助三角尺目測，并進行記錄，這種方法具有主觀性大、誤差大、存在遺漏、夸大的可能；另一種是借助測量儀器進行布點檢測，首先，這種方法往往只能布置離散測點，不能完整記錄每個接縫的錯抬量，對實際的管片錯抬量造成誤導，其次，在檢測過程中需要不斷的重復布置測點和安裝儀器，工作量大、效率低、成本高、耗時長，并且已有的儀器在隧道溫度變化、干濕交替的環境下測量精度得不到保障，易銹蝕，使用壽命短。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種用于盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置，能夠動態測量盾構隧道管片環縫與縱縫的錯抬，無須人工轉換，直接快速輸出所測接縫最大、最小和平均錯抬量，操作簡單、實用性強。
[0005]為達到上述目的，本發明的解決方案是:
[0006]一種用于盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置，包括用于連接電纜以提供用電的電氣接頭端、用于數據處理的電子倉模塊、兩根內含波導絲的波導管、分別安裝在所述兩根波導管上并沿所述波導管滑移的兩組滑塊模塊以及與所述兩組滑塊模塊分別連接的兩組測桿模塊；
[0007]所述測桿模塊包括測桿以及設于所述測桿一端部的滑行機構；
[0008]所述滑塊模塊包括滑塊、安裝在所述滑塊上的位置磁鐵以及設置在滑塊一側面上的連接端頭，所述連接端頭與所述測桿的另一端部相連；
[0009]所述電子倉模塊包括中央處理單元、分別與所述中央處理單元電連接的周期脈沖電流發生器和應變脈沖檢測器，所述周期脈沖電流發生器以及應變脈沖檢測器還均與所述兩根波導管中的波導絲相連，所述周期脈沖電流發生器用于對波導絲施加激勵脈沖電流，所述應變脈沖檢測器用于檢測在波導絲傳回的扭轉波信號并轉化為電信號。
[0010]所述的盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置還包括用于提供設備工作狀況與診斷功能的顯示模塊，所述顯示模塊包括內置于電子倉模塊中的紅綠燈，所述紅綠燈分別與所述應變脈沖檢測器電連接并根據所述應變脈沖檢測器輸出的電信號點亮或熄滅。
[0011]優選的，所述綠燈亮表示接通電源；所述綠燈亮、紅燈滅表示正常工作；所述綠燈亮紅燈亮，表示位置磁鐵超出行程范圍，所述綠燈滅、紅燈滅說明位置磁鐵脫落或供電故障或者接線不牢。
[0012]優選的，所述應變脈沖檢測器輸出的電信號小于4mA或者大于20mA,表不位置磁鐵超出行程范圍；所述應變脈沖檢測器輸出的電信號為0mA，說明位置磁鐵脫落、供電故障或者接線不牢。
[0013]進一步的，所述行程范圍為波導管兩端減去運動部件尺寸后的長度。
[0014]所述紅燈與綠燈均為LED燈。
[0015]所述波導絲的制作材料為鐵磁或亞鐵磁性材料。
[0016]所述測桿為不銹鋼測桿；
[0017]所述滑行機構為滑輪。
[0018]所述滑塊底部對應所述波導管設有卡槽以帶動所述滑塊模塊沿波導管往返移動； [0019]所述連接端頭與所述測桿螺紋連接。
[0020]所述電氣接頭〗而為7針M16水平出線接頭。
[0021]由于采用上述方案，本發明的有益效果是:
[0022]本發明所示的一種用于盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置，可用于盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量，無須人工轉換，直接輸出所測接縫最大、最小和平均錯抬量，操作簡單、實用性強、成本低、效率高。使用時將固定在連接端頭的測桿分別頂住襯砌管片接縫兩側，并依靠測桿端部滑輪沿著接縫滑行一次便能夠快速輸出所測接縫最大、最小和平均錯抬量。利用磁致伸縮原理，電子倉模塊內的中央處理單元動態的計算并存儲兩個位置磁鐵分別與電子倉模塊之間的距離，進而換算并輸出兩個位置磁鐵每次位置變化的差值，即為接縫兩側襯砌管片徑向上的高差。
[0023]本發明所示的用于盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置抗環境干擾強，特別在地下隧道溫度變化、干濕交替的環境下，仍具有精度高、穩定性高、工作壽命長的特點，也不必像其他傳感器那樣需要定期重標。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明一實施例用于盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置的左視圖；
[0025]圖2為圖1所示實施例的正視圖；
[0026]圖3為圖1所示實施例的俯視圖；
[0027]圖4為圖1所示實施例中不銹鋼測桿左視圖。
【具體實施方式】
[0028]以下結合附圖所示實施例對本發明作進一步的說明。
[0029]如圖1至圖4所示，一種用于盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置，包括用于連接電纜以提供用電的電氣接頭端1、用于數據處理的電子倉模塊2、兩根內含波導絲(波導絲的制作材料為鐵磁或亞鐵磁性材料)的波導管6、分別安裝在兩根波導管上并沿波導管滑移的兩組滑塊模塊3以及與兩組滑塊模塊分別連接的兩組測桿模塊。其中，每組測桿模塊包括測桿5以及設于測桿5遠離波導管6方向的端部處的滑行機構，每組滑塊模塊3包括滑塊、安裝在滑塊上的一個位置磁鐵以及設置在滑塊面對測桿模塊方向的側面上的一個連接端頭4，滑塊底部對應波導管6設有卡槽以帶動滑塊模塊3沿波導管往返移動，使得該組滑塊模塊3能夠在對應的波導管6上自由滑動，連接端頭4與測桿5的另一端部相連。
[0030]本實施例中，電氣接頭端I采用7針M16水平出線接頭，為電子倉模塊2內的電子信號與處理系統供電，并用于測量數據輸出，測桿5為不銹鋼測桿，連接端頭4與測桿5螺紋連接，滑行機構為滑輪以用于在接縫兩側的管片上滑行，進行動態測量。
[0031]電子倉模塊2包括中央處理單元、分別與中央處理單元電連接的周期脈沖電流發生器和應變脈沖檢測器，周期脈沖電流發生器以及應變脈沖檢測器還均與兩根波導管中的波導絲相連，周期脈沖電流發生器用于對波導絲施加激勵脈沖電流，應變脈沖檢測器用于檢測在波導絲傳回的扭轉波信號并轉化為電信號。周期脈沖電流發生器與波導管6中的波導絲連接，用來對波導絲施加激勵脈沖電流；應變脈沖檢測器與波導管6中的波導絲連接，用來檢測在波導絲傳回的扭轉波信號，并根據villari效應(維拉里效應)轉化為電信號；中央處理單元與應變脈沖檢測器連接，用來存儲應變脈沖檢測器傳來的電信號，并記錄激勵脈沖與感應信號的時間間隔，從而計算過程中兩個運動部件3的位置變化及其每次位置變化的差值。
[0032]以下結合本發明的具體工作過程和工作原理對其進行進一步說明。
[0033]所謂錯抬是指接縫兩側的襯砌管片徑向上的高差。當使用本發明所示的裝置進行錯臺測量時，由測量人員手握用于盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置，使裝置上兩個測桿5分別垂直頂住接縫兩側的襯砌管片，并使該裝置依靠測桿5端部滑輪沿著接縫緩慢滑行。此過程中，電子倉模塊3內的周期脈沖電流發生器產生的脈沖電流施加到波導絲近端，該瞬時電流沿著波導管6內的波導絲傳播，產生一個垂直于波導絲的環形磁場，同時位置磁鐵產生固有的偏置磁場，當兩磁場相交時疊加成扭轉磁場。根據Wiedemann效應(韋德曼效應)，此扭轉磁場會產生瞬時扭力，從而在波導絲上生成機械扭轉波，以2800m/s的速度沿波導絲傳播。此機械扭轉波很快被電子倉模塊3內的應變脈沖檢測器所檢測到，并根據villari效應(維拉里效應)轉化為電信號。中央處理單元接受該電信號并記錄脈沖電流與感應信號的時間間隔。由于脈沖電流在波導絲上近似為光速，傳播時間可以忽略，故通過測量脈沖電流與感應信號的時間間隔，中央處理單元即可精確的計算出位置磁鐵與電子倉模塊3之間的距離。由上可知，兩個測桿5各自在接縫兩側對應的管片上沿著接縫緩慢滑行的過程中，電子倉模塊3內的中央處理單元動態的計算并存儲兩個位置磁鐵分別與電子倉模塊3之間的距離，進而換算并輸出兩個位置磁鐵每次位置變化的差值，為接縫兩側襯砌管片徑向上的高差，即為管片之間的錯抬。從而動態地測量一條接縫的任一處兩側管片之間的錯抬，并可直接輸出過程中所測接縫兩側管片的最大、最小和平均錯抬。
[0034]此外，本發明所示的用于盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置還包括用于提供設備工作狀況與診斷功能的顯示模塊，顯示模塊包括置于電子倉模塊中的紅綠燈，紅綠燈分別與應變脈沖檢測器電連接并根據應變脈沖檢測器輸出的電信號點亮或熄滅。本實施例中，紅燈與綠燈均為LED燈。當接通電源，內置于電子倉模塊3頭蓋中的紅綠LED燈顯示，以提供設備工作狀況與診斷功能，紅綠LED燈的明滅主要由應變脈沖檢測器輸出的電信號判定:當綠燈亮表示接通電源；當判斷電源接通之后，若顯示模塊為綠燈亮、紅燈滅，表示正常工作；若應變脈沖檢測器的電信號輸出<4mA或者>20mA，則顯示模塊為綠燈亮紅燈亮，表示位置磁鐵超出行程范圍(行程范圍為波導管兩端減去運動部件尺寸后的長度)；若應變脈沖檢測器的電信號輸出為OmA，則顯示模塊綠燈滅、紅燈滅，可能是位置磁鐵脫落、供電故障或者接線不牢。因此，在使用過程中，測量人員可根據顯示模塊的顯示對本發明所示的用于盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置的故障進行及時的了解與診斷。
[0035]本發明所示的用于盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置能夠動態測量盾構隧道管片環縫與縱縫的錯抬，無須人工轉換，直接輸出所測接縫最大、最小和平均錯抬量，操作簡單、實用性強、具有深遠的實際工程意義。同時，本發明抗環境干擾強，特別在地下隧道干濕交替的環境下，仍具有精度高、穩定性高、工作壽命長的特點，并且不必像其他傳感器那樣需要定期重標。
[0036]上述的對實施例的描述是為便于該【技術領域】的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明范疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種用于盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置，其特征在于:包括用于連接電纜以提供用電的電氣接頭端、用于數據處理的電子倉模塊、兩根內含波導絲的波導管、分別安裝在所述兩根波導管上并沿所述波導管滑移的兩組滑塊模塊以及與所述兩組滑塊模塊分別連接的兩組測桿模塊； 所述測桿模塊包括測桿以及設于所述測桿一端部的滑行機構； 所述滑塊模塊包括滑塊、安裝在所述滑塊上的位置磁鐵以及設置在滑塊一側面上的連接端頭，所述連接端頭與所述測桿的另一端部相連； 所述電子倉模塊包括中央處理單元、分別與所述中央處理單元電連接的周期脈沖電流發生器和應變脈沖檢測器，所述周期脈沖電流發生器以及應變脈沖檢測器還均與所述兩根波導管中的波導絲相連，所述周期脈沖電流發生器用于對波導絲施加激勵脈沖電流，所述應變脈沖檢測器用于檢測在波導絲傳回的扭轉波信號并轉化為電信號。
2.根據權利要求1所述的盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置，其特征在于:還包括用于提供設備工作狀況與診斷功能的顯示模塊，所述顯示模塊包括內置于電子倉模塊中的紅綠燈，所述紅綠燈分別與所述應變脈沖檢測器電連接并根據所述應變脈沖檢測器輸出的電信號點亮或熄滅。
3.根據權利要求2所述的盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置，其特征在于: 所述綠燈亮表示接通電源； 所述綠燈亮、紅燈滅表示正常工作； 所述綠燈亮紅燈亮，表示位置磁鐵超出行程范圍； 所述綠燈滅、紅燈滅說明位置磁鐵脫落或供電故障或者接線不牢。
4.根據權利要求3所述的盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置，其特征在于:所述應變脈沖檢測器輸出的電信號小于4mA或者大于20mA，表示位置磁鐵超出行程范圍； 所述應變脈沖檢測器輸出的電信號為0mA，說明位置磁鐵脫落、供電故障或者接線不牢。
5.根據權利要求4所述的盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置，其特征在于:所述行程范圍為波導管兩端減去運動部件尺寸后的長度。
6.根據權利要求2所述的盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置，其特征在于:所述紅燈與綠燈均為LED燈。
7.根據權利要求1所述的盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置，其特征在于:所述波導絲的制作材料為鐵磁或亞鐵磁性材料。
8.根據權利要求1所述的盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置，其特征在于:所述測桿為不銹鋼測桿； 所述滑行機構為滑輪。
9.根據權利要求1所述的盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置，其特征在于:所述滑塊底部對應所述波導管設有卡槽以帶動所述滑塊模塊沿波導管往返移動； 所述連接端頭與所述測桿螺紋連接。
10.根據權利要求1所述的盾構隧道襯砌管片接縫錯抬的動態測量裝置，其特征在于:所述電氣接頭〗而為7針M16水平出線接頭。
【文檔編號】G01B7/02GK103673858SQ201310680949
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月12日 優先權日:2013年12月12日
【發明者】柳獻, 劉書, 唐敏, 張晨光, 張浩立, 張姣龍 申請人:同濟大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
