本發(fā)明涉及盾構(gòu)隧道施工的檢測(cè)，具體涉及一種基于結(jié)構(gòu)光三維檢測(cè)技術(shù)的盾尾間隙測(cè)量裝置及方法，屬于建筑工程測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著我國城市建設(shè)的高速發(fā)展，盾構(gòu)機(jī)在城市地鐵隧道建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。在盾構(gòu)施工中，由于盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)路徑的曲率變化以及推進(jìn)油缸的伸出長度不能時(shí)刻保持一致等原因。導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)尾部盾殼內(nèi)壁與管片外徑之間的空間發(fā)生變化，這個(gè)空間就是盾尾間隙。當(dāng)盾尾間隙變化量超過設(shè)計(jì)允許的變化范圍時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致盾尾與管片之間發(fā)生過度擠壓而加速盾尾密封刷的磨損，破壞盾尾密封系統(tǒng)，甚至造成盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)軸線發(fā)生偏離，給施工帶來不便。并且目前盾構(gòu)隧道管片姿態(tài)位置檢測(cè)主要是通過測(cè)量盾尾間隙來推算得到。因此測(cè)量盾尾間隙對(duì)保證隧道管片成環(huán)質(zhì)量，以及盾構(gòu)施工的順利進(jìn)行有著重要的意義。

目前在施工中雖然采用一些測(cè)量技術(shù)和裝置，但由于多種原因，實(shí)際應(yīng)用效果均不盡理想，實(shí)際上較多的仍然是采用人工測(cè)量方法。然而人工測(cè)量存在著效率低、安全隱患多的缺點(diǎn)。其它測(cè)量技術(shù)，例如一種基于多點(diǎn)掃描距離檢測(cè)技術(shù)的盾尾間隙測(cè)量方法(CN 103063153 B)，是將激光測(cè)距儀固定安裝在電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，用計(jì)算機(jī)控制電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)一維旋轉(zhuǎn)掃描，激光測(cè)距儀可測(cè)得沿盾構(gòu)機(jī)徑向旋轉(zhuǎn)掃描時(shí)不同點(diǎn)的距離，找出突變點(diǎn)即管片邊緣點(diǎn)，結(jié)合轉(zhuǎn)臺(tái)的角度輸出，可計(jì)算出盾尾間隙D，但這種方案有需旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件，抗振動(dòng)能力弱，可靠性不夠好等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，基于光學(xué)三角測(cè)量原理，提供一種基于結(jié)構(gòu)光三維檢測(cè)技術(shù)的盾尾間隙測(cè)量方法及裝置，其結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便，具有安全性好、作業(yè)效率高的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)盾尾間隙的自動(dòng)檢測(cè)。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來解決其技術(shù)問題的：

一種基于結(jié)構(gòu)光三維檢測(cè)技術(shù)的盾尾間隙測(cè)量裝置，固定于盾構(gòu)的圈板或盾殼或主推千斤頂之上，所述裝置包括有控制計(jì)算機(jī)、結(jié)構(gòu)光發(fā)生器、工業(yè)相機(jī)，其中，結(jié)構(gòu)光發(fā)生器和工業(yè)相機(jī)安裝在同一基座上，基于光學(xué)三角測(cè)量原理，構(gòu)成了空間斷面形態(tài)、尺寸測(cè)量的三維傳感器。三維傳感器中的工業(yè)相機(jī)通過傳輸數(shù)據(jù)電纜連接控制計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)工業(yè)相機(jī)拍攝的圖像解析結(jié)構(gòu)光攜帶的三維信息，來測(cè)得被測(cè)物三維斷面形態(tài)、尺寸。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案是：

一種采用上述裝置實(shí)現(xiàn)的盾尾間隙測(cè)量方法，其具體步驟如下：

(1)安裝所述基于結(jié)構(gòu)光三維檢測(cè)技術(shù)的盾尾間隙測(cè)量裝置于盾構(gòu)的圈板或盾殼或主推千斤頂之上，將控制計(jì)算機(jī)與由結(jié)構(gòu)光發(fā)生器、工業(yè)相機(jī)和基座構(gòu)成的空間斷面形態(tài)、尺寸測(cè)量的三維傳感器連接。結(jié)構(gòu)光投射到盾構(gòu)的盾殼、已經(jīng)拼裝的隧道管片環(huán)上，得到隧道管片環(huán)向的斷面的三維圖像，工業(yè)相機(jī)拍攝到該圖像，并將圖像信號(hào)發(fā)送給控制計(jì)算機(jī)。

(2)根據(jù)光學(xué)三角測(cè)量原理，控制計(jì)算機(jī)通過采集工業(yè)相機(jī)拍攝的結(jié)構(gòu)光投影圖像，解析出圖像中結(jié)構(gòu)光在隧道管片上或盾殼上的邊緣點(diǎn)，從而利用結(jié)構(gòu)光圖像中盾尾邊緣點(diǎn)和隧道管片對(duì)應(yīng)邊緣點(diǎn)的三維坐標(biāo)值，可以測(cè)出隧道管片外側(cè)端面到盾殼的距離即盾尾間隙，以及隧道管片厚度；利用結(jié)構(gòu)光在盾殼上的投影光線的波動(dòng)情況和幅值，可以測(cè)量盾殼上形變大小等盾構(gòu)施工中需要測(cè)量的值。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于：

1、和人工測(cè)量技術(shù)比較，提高了工作效率和安全性；

2、實(shí)現(xiàn)了在盾構(gòu)推進(jìn)過程中對(duì)盾尾間隙的實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)作業(yè)；

3、采用結(jié)構(gòu)光法檢測(cè)隧道盾尾間隙、隧道管片厚度、盾殼的形變的方法，具有較強(qiáng)的抗干擾能力；

4、整個(gè)測(cè)量裝置能夠安裝在盾構(gòu)主推千斤頂之間的空隙中，減少了碰撞等外部破壞的幾率；

5、整個(gè)測(cè)量裝置與隧道管片和盾殼不發(fā)生任何機(jī)械接觸，測(cè)量裝置本身全固化，無可移動(dòng)部件，并且采用非接觸式測(cè)量方式，提高了系統(tǒng)的可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明盾尾間隙測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明盾尾間隙測(cè)量裝置的工作原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明所述的基于結(jié)構(gòu)光三維檢測(cè)技術(shù)的盾尾間隙測(cè)量裝置包括：控制計(jì)算機(jī)1、結(jié)構(gòu)光發(fā)生器2、工業(yè)相機(jī)3以及底座4。所述控制計(jì)算機(jī)1安裝在控制箱柜內(nèi)。所述控制計(jì)算機(jī)1連接工業(yè)相機(jī)2。所述結(jié)構(gòu)光發(fā)生器2、工業(yè)相機(jī)3固定安裝在底座4上，構(gòu)成了空間斷面形態(tài)、尺寸測(cè)量的三維傳感器。所述傳感器固定安裝在盾構(gòu)機(jī)的圈板或盾殼或主推千斤頂之上，整體與盾構(gòu)機(jī)本體之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明所述的測(cè)量裝置是一種非接觸式測(cè)量裝置，用于測(cè)量隧道管片5與盾構(gòu)機(jī)盾殼6之間的距離，即盾尾間隙。

所述的盾尾間隙測(cè)量裝置的工作原理如圖2所示，采用結(jié)構(gòu)光三角測(cè)量原理，沿盾構(gòu)機(jī)徑向連續(xù)測(cè)量，可得到隧道管片5與盾殼6之間的盾尾間隙，隧道管片5厚度、盾殼的形變等。

本發(fā)明所述的盾尾間隙測(cè)量方法具體步驟如下：

(1)安裝所述基于結(jié)構(gòu)光三維檢測(cè)技術(shù)的盾尾間隙測(cè)量裝置，將結(jié)構(gòu)光發(fā)生器2沿盾構(gòu)機(jī)徑向投射結(jié)構(gòu)光。

(2)利用工業(yè)相機(jī)3拍攝結(jié)構(gòu)光發(fā)生器投射出的結(jié)構(gòu)光在隧道管片5與盾殼6上的投影圖像；

(3)控制計(jì)算機(jī)1通過采集工業(yè)相機(jī)拍攝的結(jié)構(gòu)光投影圖像，解析出圖像中隧道管片5上的邊緣點(diǎn)，盾殼6上的邊緣點(diǎn)，以及在盾殼6上的投影光線的波動(dòng)情況和幅值，可以計(jì)算出盾尾間隙，隧道管片5厚度，盾殼6上形變大小等需要測(cè)量的值；

本發(fā)明所述基于結(jié)構(gòu)光3D檢測(cè)技術(shù)的盾尾間隙測(cè)量裝置和方法實(shí)現(xiàn)了盾尾間隙的自動(dòng)檢測(cè)，具有結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛推廣應(yīng)用于各類盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)。