专利名称：盾尾间隙检测显示系统及其方法和盾构机的制作方法
技术领域：
本发明涉及工程机械领域，具体而言，涉及一种盾尾间隙检测显示系统及其方法，及含有该盾尾间隙检测显示系统的盾构机。
背景技术：
盾构机是目前隧道工程中应用最广泛的设备之一，在盾构机的施工中，盾尾间隙(盾体内表面到衬砌管片的外表面之间的距离)是盾构机姿态控制中非常重要的一环，在盾尾间隙达到极限(盾尾间隙已经为零)之前，必须进行盾构姿态调整，否则可能造成盾体挤碎衬砌管片的工程事故。故而，准确检测到盾构机盾尾间隙的情况直接关系到隧道施工能否正常进行。
通常情况下，对盾尾间隙的调整，是靠操作手的经验来完成，这样极易发生安全事故，尤其是在曲线段施工时，很容易发生盾尾间隙过�。斐啥芴灏压芷匪榈那榭�。目前，工程人员已运用导向系统来检测并调整盾构姿态，但导向系统对盾尾间隙的检测还是无能为力，并且无法显示衬砌管片在盾尾中的位置，这就给操作手带来了一定的操作困难。
发明内容
考虑到上述背景技术，本发明的一个目的是提供一种盾尾间隙检测显示系统，能够显示衬砌管片在盾体内的位置，可作为操作人员调整盾构(盾尾)姿态的参照依据。根据本发明的一个方面，提供了一种盾尾间隙检测显示系统，包括至少三个检测装置、处理单元和显示装置，其中，至少三个所述检测装置设置在盾构机盾体的盾尾处，用于检测衬砌管片外表面与所述盾体内表面之间的间隙大�。淮淼ピ菟黾觳庾爸眉觳獾募湎洞笮『退黾觳庾爸玫陌沧拔恢茫范ㄋ龀钠龉芷谒龆芴迥诘奈恢茫幌允咀爸茫菟龃淼ピ拇斫峁允舅龀钠龉芷谒龆芴迥诘奈恢�。通过检测装置能够检测出盾体的内表面到衬砌管片外表面之间的距离，并且根据检测出的距离以及检测装置的安装位置便能够确定衬砌管片在盾体内的位置，然后将处理单元的处理结果进行数据转换后供显示器进行显示，便于操作人员能够直观观测衬砌管片在盾体内的位置，操作人员可以以此作为操作依据来调整盾构(盾尾)的姿态，以避免出现盾体挤压衬砌管片的情况。在上述技术方案中，优选地，所述处理单元还用于将所述间隙大小与预置警戒值进行比较，在所述间隙大小小于等于所述警戒值时，向所述显示装置中的提醒单元发送提醒指令；所述显示装置还包括提醒单元，根据所述提醒指令进行提醒。除了将衬砌管片在盾体内的位置进行显示之外，还可以在间隙大小小于等于警戒值对操作人员进行提醒，可以以语音形式或灯光形式进行提醒，避免间隙过小所造成的事故。在上述技术方案中，优选地，多个所述检测装置间隔设置在盾体尾部。
例如可以设置4个检测装置，等间距地设置在盾体尾部，实际上三个检测装置便能够确定衬砌管片的位置。需说明的是，检测装置越多，所确定的衬砌管片在盾体内的位置就越精确。优选地，所述检测装置包括电磁波发射器、电磁波接收器、通信单元、蓄电池和外壳，所述电磁波发射器、所述电磁波接收器、所述通信单元和蓄电池安装在所述外壳的壳体内，所述通信单元将所述电磁波接收器反馈的电磁波信号传输至所述处理单元。可以通过电磁波的方式来检测衬砌管片的外表面与盾体的内表面之间的距离，当然除了以电磁波方式来检测之外，还可以以激光、红外等方式来检测衬砌管片的外表面与盾体的内表面之间的距离。优选地，所述盾体尾部设置有安装槽，所述检测装置安装所述安装槽中。
为了不影响衬砌管片在盾体内的运动，可以在盾体尾部开出一个安装槽，将检测装置放置在该安装槽中。优选地，所述外壳正对所述衬砌管片的侧面与所述盾体尾部的内表面处于同一平面。将检测装置的检测面(即发出电磁波的面或外壳正对所述衬砌管片的侧面)与盾体尾部的内表面设置在同一平面内，是为了保证检测结果就是衬砌管片的外表面与盾体的内表面之间的距离，当然，也可以使检测面不与盾体尾部的内表面处于一个平面，但需对检测结果进行处理，若检测面低于盾体尾部的内表面，则需将检测出的距离减去检测面与盾体尾部的内表面之间的高度差，才得到最终的衬砌管片外表面与所述盾体内表面之间的间隙大小。在上述任一技术方案中，优选地，所述处理单元集成在所述显示装置中。为了减小检测装置的体积，可以将处理单元设置在位于操控室的显示装置中。另一方面，本发明还提供了一种盾构机，包括上述任一技术方案中所描述的盾尾间隙检测显示系统。再一方面，本发明还提供了一种盾尾间隙检测显示方法，包括以下步骤采用设置在盾构机盾体的盾尾处的检测装置检测衬砌管片外表面与所述盾体内表面之间的间隙大�。桓菁觳獾募湎洞笮『退黾觳庾爸玫陌沧拔恢茫范ㄋ龀钠龉芷谒龆芴迥诘奈恢茫幌允舅龀钠龉芷谒龆芴迥诘奈恢�。通过检测装置能够检测出盾体的内表面到衬砌管片外表面之间的距离，并且根据检测出的距离以及检测装置的安装位置便能够确定衬砌管片在盾体内的位置并进行显示，便于操作人员能够直观观测衬砌管片在盾体内的位置，操作人员可以以此作为操作依据来调整盾构(盾尾)的姿态，以避免出现盾体挤压衬砌管片的情况。在上述技术方案中，优选地，所述采用检测装置检测衬砌管片外表面与盾体内表面之间的间隙大小的步骤具体包括所述检测装置包括电磁波检测装置，发出的电磁波信号经过所述衬砌管片外表面与盾体内表面之间的间隙并在所述衬砌管片的外表面发生反射；在反射的电磁波信号中提取出由所述衬砌管片外表面反射的电磁波信号；根据发出的电磁波信号和提取的电磁波信号计算出所述间隙大�。⒔湎洞笮∈荽渲料允咀爸媒邢允�。可以通过电磁波的方式来检测衬砌管片的外表面与盾体的内表面之间的距离，当然除了以电磁波方式来检测之外，还可以以激光、红外等方式来检测衬砌管片的外表面与盾体的内表面之间的距离。优选地，通过无线方式和/或有线方式传输所述间隙大小数据。在上述任一方案中，优选地，所述盾尾间隙检测显示方法还包括以下步骤将所述间隙大小与预置警戒值进行比较，在所述间隙大小小于等于所述警戒值时，提醒操作人员。除了将衬砌管片在盾体内的位置进行显示之外，还可以在间隙大小小于等于警戒值对操作人员进行提醒，可以以语音形式或灯光形式进行提醒，避免间隙过小所造成的事故。还可以将本发明提供的盾尾间隙检测显示系统应用于其他的机械设备当中，在此无法穷举，不再赘述，但其应用均应在本发明的保护范围之内。
图I是根据本发明盾构机的盾尾结构示意图；图2是图I的纵向剖视图；图3是根据本发明的实施例的盾尾间隙检测显示系统的示意图；图4是根据本发明的实施例的盾尾间隙检测显示方法的流程图。其中，图I至图3中附图标记与部件名称之间的对应关系为I盾体；2衬砌管片；3检测装置；30电磁波发射器；31电磁波接收器；32通信单元；33蓄电池；34外壳；4处理单元；50提醒单元；5显示装置。
具体实施例方式为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行进一步的详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。根据本发明的盾尾间隙检测显示系统将应用于如图I所示的盾构机的盾尾。如图I和图2所示，衬砌管片2在盾体I的内部，且在正常情况下，衬砌管片2的外表面与盾体I的内表面之间存在间隙，称为盾尾间隙。接着请参考图3，根据本发明的实施例的盾尾间隙检测显示系统，用于盾构机，所述盾构机包括盾体1，衬砌管片2用于支撑洞体(盾构机挖出的洞体，起支撑固定作用)，该衬砌管片2在盾体I内，衬砌管片2的外表面与盾体I的盾尾的内表面之间存在间隙，该盾尾间隙检测显示系统可以用于检测该间隙，其可以包括至少三个检测装置3、处理单元4和显示装置5，其中，至少三个检测装置3设置在盾体I的盾尾处，用于检测衬砌管片2的外表面与盾体I的内表面之间的间隙大�。淮淼ピ�4，根据该检测装置3检测的间隙大小和检测装置3的安装位置，确定衬砌管片2在所述盾体I内的位置；显示装置5，根据上述处理单元4的处理结果显示衬砌管片2在盾体I内的位置，从图3中的显示效果来看，衬砌管片2已经偏离了盾体I的中心位置。需说明的是，三点可以确定一个平面，因此，至少需要三个检测装置3并且该至少三个检测装置3间隔设置在盾尾处，才能够确定衬砌管片的位置。建立一个坐标系，在该坐标系中标示出盾尾的坐标，以及检测装置3的安装坐标，根据检测装置3检测出的间隙大小以及盾尾的坐标、检测装置的坐 标便能够确定衬砌管片在该坐标系中的位置。通过检测装置3能够检测出盾体I的内表面到衬砌管片2外表面之间的距离，并且根据检测出的距离以及检测装置3的安装位置便能够确定衬砌管片2在盾体I内的位置，然后将处理单元4的处理结果进行数据转换后供显示装置5进行显示，便于操作人员能够直观观测衬砌管片2在盾体I内的位置，操作人员可以以此作为操作依据来调整盾构(盾尾)的姿态，以免出现盾体I挤压衬砌管片2的情况。所述处理单元4还用于将所述间隙大小与预置警戒值进行比较，在所述间隙大小小于等于所述警戒值时，向所述显示装置5中的提醒单元50发送提醒指令；所述显示装置5还包括提醒单元50，根据所述提醒指令进行提醒。所以，除了将衬砌管片在盾体内的位置进行显示之外，还可以在间隙大小小于等于警戒值对操作人员进行提醒，可以以语音形式或灯光形式进行提醒，避免间隙过小所造成的事故。在盾构机工作之前可以设定多级盾尾间隙警戒值(低风险用绿色表示、中风险用黄色表示、高风险用红色表示)。当操控室显示装置上盾尾间隙(或提示灯)显示为绿色时，表示盾尾间隙稍�。枰鹱⒁猓坏倍芪布湎都绦跣∈保倏厥蚁允咀爸蒙系亩芪布湎断允疚粕硎径芪布湎豆。枰急傅髡芪沧颂坏倍芪布湎冻中跣∈保倏厥蚁允咀爸蒙系亩芪布湎断允疚焐硎径芪布湎洞锏搅思蓿匦肼砩系髡芪沧颂裨蛴屑费钩钠龉芷姆缦�。多个所述检测装置3间隔设置在盾体尾部。例如可以设置4个检测装置，等间距地设置在盾体尾部，实际上三个检测装置便能够确定衬砌管片的位置。需说明的是，检测装置越多，所确定的衬砌管片在盾体内的位置就越精确。此外，由于盾尾设置有同步注浆管，为了防止检测装置3的安装位置妨碍同步注浆管的正常工作，可以将检测装置3绕开同步注浆管设置在盾尾，例如，当需在盾尾设置三个检测装置3时，可以将三个检测装置3相隔120°角均匀设置在盾尾四周，而同步注浆管位于其中两个检测装置3的中间，这样就可以使检测装置3避开该同步注浆管，不会影响同步注浆管的正常工作。图3中还示出了检测装置3的具体结构，其包括电磁波发射器30、电磁波接收器31、通信单元32、蓄电池33和外壳34，电磁波发射器30、电磁波接收器31、通信单元32和蓄电池33安装在所述外壳34的壳体内，电磁波发射器30发射出电磁波，该通信单元32将电磁波接收器31反馈的电磁波信号传输至处理单元4，处理单元4根据电磁波的发射时间与电磁波的接收时间之间的时间差和电磁波的传播速度计算出盾尾间隙的大小。此外，在外壳34的材料需要满足以下几个要求要有足够的强度与刚度；电磁波能很好的通过；体积尽可能的小。从图中可以看出有两个电磁波发射器30，这样设置的目的是为了校对检测结果，也可以取两者检测结果的平均值，进一步减小误差。本领域内的技术人员应该理解，该检测装置3中可以不限制电磁波发射器的数量，但是为了减小检测装置3的体积，因此需限制电磁波发射器的数量。该检测装置有效解决了盾尾间隙不易检测的问题，避免了盾尾间隙过小挤坏观片的风险，提高了盾构施工的安全性和效率。可以通过电磁波的方式来检测衬砌管片的外表面与盾体的内表面之间的距离，当然除了以电磁波方式来检测之外，还可以以激光、红外等方式来检测衬砌管片的外表面与盾体的内表面之间的距离。接下来请参考图2，图2是图I的纵向剖视图，盾体I的尾部设置有安装槽，可以将检测装置3的外壳34安装该安装槽中，如图2所示的位置。需说明的是，外壳34正对衬砌管片2的侧面与盾体I尾部的内表面处于同一平面。将检测装置3的检测面(即发出电磁波的面或外壳正对衬砌管片的侧面)与盾体尾部的内表面设置在同一平面内，是为了保证检测结果就是衬砌管片的外表面与盾体的内表面之间的距离，当然，也可以使检测面不与盾体尾部的内表面处于一个平面，但需对检测结果进 行处理，若检测面低于盾体尾部的内表面，则需将检测出的距离减去检测面与盾体尾部的内表面之间的高度差，才得到最终的衬砌管片的外表面与所述盾体的内表面之间的间隙大小。为了减小检测装置的体积，可以将处理单元4集成在显示装置50中。本发明还提供了一种盾构机，包括上述的盾尾间隙检测显示系统。应该理解，可以将根据本发明的盾尾间隙检测显示系统集成在现有的盾构机控制系统中。下面请参考图4详细说明根据本发明的盾尾间隙检测显示方法。如图4所示，根据本发明的实施例的盾尾间隙检测显示方法，包括以下步骤步骤402，采用设置在盾构机盾体的盾尾处的检测装置检测衬砌管片外表面与盾体内表面之间的间隙大�。徊街�404，根据检测的间隙大小和所述检测装置的安装位置，确定所述衬砌管片在所述盾体内的位置；步骤406，显示所述衬砌管片在所述盾体内的位置。通过检测装置能够检测出盾体的内表面到衬砌管片外表面之间的距离，并且根据检测出的距离以及检测装置的安装位置便能够确定衬砌管片在盾体内的位置并进行显示，便于操作人员能够直观观测衬砌管片在盾体内的位置，操作人员可以以此作为操作依据来调整盾构(盾尾)的姿态，以避免出现盾体挤压衬砌管片的情况。所述步骤402具体包括所述检测装置包括电磁波检测装置，所述电磁波检测装置发出的电磁波信号经过所述衬砌管片外表面与盾体内表面之间的间隙并在所述衬砌管片的外表面发生反射；在反射的电磁波信号中提取出由所述衬砌管片外表面反射的电磁波信号；根据发出的电磁波信号和提取的电磁波信号计算出所述间隙大�。⒔湎洞笮∈荽渲料允咀爸媒邢允�。具体的，根据电磁波的发射时间与电磁波的接收时间之间的时间差和电磁波的传播速度计算出盾尾间隙的大小。电磁波在各种不同介质表面都能产生反射，且在不同密度的介质表面产生反射的强弱不同，该检测装置能够鉴别其中由管片外表面反射的电磁波。可以通过电磁波的方式来检测衬砌管片的外表面与盾体的内表面之间的距离，当然除了以电磁波方式来检测之外，还可以以激光、红外等方式来检测衬砌管片的外表面与盾体的内表面之间的距离。所述盾尾间隙检测显示装置通过无线方式和/或有线方式传输所述间隙大小数据。采用无线方式传输该间隙大小数据能够减小导线的安装难度，也可以减小装置的体积。所述盾尾间隙检测显示方法还包括以下步骤将所述间隙大小与预置警戒值进行比较，在所述间隙大小小于等于所述警戒值时，提醒操作人员。除了将衬砌管片在盾体内的位置进行显示之外，还可以在间隙大小小于等于警戒值对操作人员进行提醒，可以以语音形式或灯光形式进行提醒，避免间隙过小所造成的事故。需说明的是，本发明将检测装置安装在盾构机的盾尾上，保证检测装置是内嵌在盾体内部，检测装置的外壳的外表面与盾体内表面高度保持一致，并在盾构机工作之前设定盾尾间隙警戒值，警戒值可以设低风险、中风险、高风险等多个等级。在盾构机掘进过程中，通过检测装置时时检测盾尾间隙的情况，并及时地反应到操作室的显示装置的显示界面上，给盾构机操作手提供盾构姿态调整的准确依据。
综上所述，所述盾尾间隙检测显示系统，其结构简单、安装方便、加工制造成本低，并且可靠性高、易于实现，能够将检测结果进行有效直观地显示，还可与导向系统共用一套软件控制系统，只需给盾尾间隙检测装置留一个接口，与已有的盾构导向系统融合，更好的对盾构机姿态进行控制。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种盾尾间隙检测显示系统，其特征在于，包括至少三个检测装置(3)、处理单元(4)和显示装置(5)，其中， 至少三个所述检测装置(3 )设置在盾构机盾体(I)的盾尾处，用于检测衬砌管片(2 )外表面与所述盾体(I)内表面之间的间隙大�。� 处理单元(4)，根据所述检测装置(3)检测的间隙大小和所述检测装置(3)的安装位置，确定所述衬砌管片(2)在所述盾体(I)内的位置； 显示装置(5)，根据所述处理单元(4)的处理结果显示所述衬砌管片(2)在所述盾体Cl)内的位置。
2.根据权利要求I所述的盾尾间隙检测显示系统，其特征在于，所述处理单元(4)还用于将所述间隙大小与预置警戒值进行比较，在所述间隙大小小于等于所述警戒值时，向所述显示装置(5 )中的提醒单元(50 )发送提醒指令； 所述显示装置(5)还包括提醒单元(50)，根据所述提醒指令进行提醒。
3.根据权利要求I所述的盾尾间隙检测显示系统，其特征在于，所述检测装置(3)包括电磁波发射器(30)、电磁波接收器(31)、通信单元(32)、蓄电池(33)和外壳(34)，所述电磁波发射器(30)、所述电磁波接收器(31)、所述通信单元(32)和蓄电池(33)安装在所述外壳(34)的壳体内，所述通信单元(32)将所述电磁波接收器(31)反馈的电磁波信号传输至所述处理单元(4)。
4.根据权利要求3所述的盾尾间隙检测显示系统，其特征在于，所述盾体尾部设置有安装槽(10 )，所述检测装置(3 )安装所述安装槽中。
5.根据权利要求4所述的盾尾间隙检测显示系统，其特征在于，所述外壳(34)正对所述衬砌管片(2)的侧面与所述盾体(I)尾部的内表面处于同一平面。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的盾尾间隙检测显示系统，其特征在于，所述处理单元(4)集成在所述显示装置(50)中。
7.一种盾构机，其特征在于，包括如权利要求I至6中任一项所述的盾尾间隙检测显示系统。
8.一种盾尾间隙检测显示方法，包括以下步骤 步骤402，采用设置在盾构机盾体的盾尾处的检测装置检测衬砌管片外表面与所述盾体内表面之间的间隙大�。� 步骤404，根据检测的间隙大小和所述检测装置的安装位置，确定所述衬砌管片在所述盾体内的位置； 步骤406，显示所述衬砌管片在所述盾体内的位置。
9.根据权利要求8所述的盾尾间隙检测显示方法，其特征在于，所述采用检测装置检测衬砌管片外表面与盾体内表面之间的间隙大小的步骤具体包括 所述检测装置包括电磁波检测装置，所述电磁波检测装置发出的电磁波信号经过所述衬砌管片外表面与盾体内表面之间的间隙并在所述衬砌管片的外表面发生反射； 在反射的电磁波信号中提取出由所述衬砌管片外表面反射的电磁波信号； 根据发出的电磁波信号和提取的电磁波信号计算出所述间隙大小，并将间隙大小数据传输至显示装置进行显示。
10.根据权利要求8或9中任一项所述的盾尾间隙检测显示方法，其特征在于，还包括以下步骤 将所述间隙大小与预置警戒值进行比较，在所述间隙大小小于等于所述警戒值时，提醒操作人员。
全文摘要
本发明提供了一种盾尾间隙检测显示系统，包括检测装置、处理单元和显示装置，检测装置设置在盾构机盾体的盾尾处，用于检测衬砌管片外表面与盾体内表面之间的间隙大�。淼ピ菁觳庾爸眉觳獾募湎洞笮『图觳庾爸玫陌沧拔恢茫范ǔ钠龉芷诙芴迥诘奈恢貌⑼ü允咀爸孟允境隼�。根据本发明的盾尾间隙检测显示系统采用结构简单、安装方便、可靠性高的检测装置来检测衬砌管片在盾体内的位置并能够进行直观显示，方便操作人员对盾构(盾尾)姿态进行调整，避免盾体挤碎衬砌管片的危险。本发明还提供了盾尾间隙检测显示方法和一种盾构机，该盾构机包括上述盾尾间隙检测显示系统。
文档编号G01B15/00GK102721381SQ20121020729
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月21日 优先权日2012年6月21日
发明者阎良平 申请人:三一重工股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
