一种测量盾构机出料体积的方法
【专利摘要】本发明公开了一种测量盾构机出料体积的方法，其特征在于，通过测量盾构机出料运输皮带上物料各点位的高度和测量出料运输皮带的移动速度实时计算盾构机的出料体积，本发明客服了现有技术中称重法受出料含水量干扰而造成测量误差的缺陷，能够高精度的实时测算出盾构机出料的出料体积。
【专利说明】一种测量盾构机出料体积的方法
【技术领域】
[0001]左发一种盾构机出料体积的测量方法，澄避羞遂！一种利用超声测距仪对出料的各处高度、出料运输皮带移动速度和超声波测距仪工作空间温度进行测量，经过计算最终达到实时测算出盾构机出料体积的方法。
【背景技术】
[0002]盾构法广泛应用于城乡地下空间的开发利用过程中。盾构法施工中的出料体积关系到施工成本问题、施工期限问题、施工管理问题以及相关地表沉降计算问题。因此，盾构法施工出料体积的测量是盾构法实施过程中需要关注的重要因素。
[0003]盾构施工对土体的扰动表现为盾构对土的挤压和松动、加载与卸载、孔隙水压上升与下降所引起土性的变异、地表隆起与下沉等，这些扰动导致盾构施工中实际处理的出料土体体积不等于设计方案中地下空间的体积。所以施工中实际处理的出料土体体积需要进行实际测量，现有的盾构施工出料体积测量方法是称重法，但是称重法在实施工程中会受到土体含水量的巨大干扰从而出现较大的偏差。由于盾构法施工出料的不规则性，体积没有现成的计算公式可以利用，因此，盾构法施工出料体积的实时检测没有成形的方法可用。
[0004]本发明通过深入研究与大量现场测试，首次提出通过测量盾构机出料运输皮带上物料各处高度和出料运输皮带移动速度，经过计算最终实时给出出料的体积值。并且已经在施工现场进行了测试，测试结果表明本发明具有操作简单、适应性强、高可靠、无污染、易维护的优点。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能够实时获得盾构机出料体积的方法。本发明实现测算出盾构机出料真实体积的方法，为工程施工和施工诱发的地表沉降灾害的预防提供准确的数据基础。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:
一种实时测算盾构机出料体积的方法，它包括:测量盾构机出料皮带上物料的各点的高度hi;测量各点位之间距离Cli,测量盾构机出料运输皮带的移动速度V，使用计算公式计算在时刻Ti和L之间的时间段内盾构机的出料体积V。公式为^vij* (TrTi),式中η为共测量的物料上表面的测点数目。
[0007]所述盾构机出料体积的测算方法，在测量出料皮带上物料上表面各点位高度之前，设置刮板对物料进行简单的整平和轻微的压实，从而达到所测各点位的高度数据稳定，便于发现测量粗差的目的，并且此道工序的作用还在于简单压实后的出料体积更加符合物料装入转运车辆内的体积，从而为施工统筹和费用估算提供高精度的决策数据。
[0008]所述盾构机出料体积的测算方法，在测量出料皮带上物料上表面高度时可使用超声波测距仪进行测量，在刮板后安装一个支架，如图1所示的(I )，支架由两个竖直的支柱和一个横梁组成，横梁上安置多个超声波测距仪(2)，所有超声波测距仪发射超声波的方向为垂直向下，首先测出空载时测距仪对应的各点和超声波测距仪之间的距离Hitl，然后测量出料时运输皮带上物料的上表面各点位和超声波测距仪之间的距离Hi，经过大量测试发现，为了避免测量盲区的出现且多组超声波之间不会产生较大的干扰，设置超声波测距仪的发射口距离刮板最下端的垂直距离为eOcnTSOcm，相邻两个超声波测距仪中心点间距为lOcmlOcm，所有超声波测距仪所发射的超声波频率各不相同，测试发现用于土石类物料测量的超声波频率设置在40kHz~80kHz的区间内能够取得最好的反射和接收效果。超声波在空气中的传播速度与温度有关，所以在支架上安置温度测量装置进行超声波测距仪工作环境温度的实时测量，并根据修正模型对超声波在空气中的传播速度进行实时修正，模型为:vm=331.4+0.607\，其中v冑为超声波在空气中的传播速度，t为超声波测距仪工作环境的温度。进行运输皮带移动速度的测量时，在轴上安装一个有一个指针的测速齿盘如图2所示，通过测量单位时间内测速齿盘的旋转周数计算运输皮带的移动速度，公式为ν=η2π/Μ，其中V是皮带移动速度；r是带动皮带转动的轮轴半径；n是测速时间段内测速齿盘旋转的周数;M是测速时间。按照公式计算盾构机在时刻Tj和Ti时间内的出料体积，公式为:V=((H1-H10)^d1+ (H2-H20) *d2+...+ (Hn-Hn0) *dn)*v* (TrTi) ； Η=0.5* ￥声* Δ t ; vmj=0.5*(331.4+0.607\+331.4+0.607t」)；v=n2 π r/M。
[0009]本发明提供了实时测量盾构机出料体积的方法，该方法客服了现有技术中称重法受出料含水量干扰而造成测量误差的缺陷，能够高精度的实时测算出盾构机出料的出料体积。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1构机出料测量方法中超声波测距仪与出料运输皮带的布局示意图。
[0011]图2测量盾构机出料运输皮带测速齿盘示意图。
[0012]图3刮板示意图。
【具体实施方式】
[0013]本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能够实时获得盾构机出料体积的方法。本发明实现测算出盾构机出料真实体积的方法，为工程施工和施工诱发的地表沉降灾害的预防提供准确的数据基础。
[0014]为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:
一种实时测算盾构机出料体积的方法，它包括:测量盾构机出料皮带上物料的各点的高度hi;测量各点位之间距离Cli,测量盾构机出料运输皮带的移动速度V，使用计算公式计算在时刻Ti和L之间的时间段内盾构机的出料体积V。公式为^vij* (TrTi),式中η为共测量的物料上表面的测点数目。
[0015]所述盾构机出料体积的测算方法，在测量出料皮带上物料上表面各点位高度之前，设置刮板对物料进行简单的整平和轻微的压实，从而达到所测各点位的高度数据稳定，便于发现测量粗差的目的，并且此道工序的作用还在于简单压实后的出料体积更加符合物料装入转运车辆内的体积，从而为施工统筹和费用估算提供高精度的决策数据。
[0016]所述盾构机出料体积的测算方法，在测量出料皮带上物料上表面高度时可使用超声波测距仪进行测量，在刮板后安装一个支架，如图1所示的(I)，支架由两个竖直的支柱和一个横梁组成，横梁上安置多个超声波测距仪(2)，首先测出空载时测距仪对应的各点和超声波测距仪之间的距离Hitl，然后测量出料时运输皮带上物料的上表面各点位和超声波测距仪之间的距离Hi，经过大量测试发现，为了避免测量盲区的出现且多组超声波之间不会产生较大的干扰，设置超声波测距仪的发射口距离刮板最下端的垂直距离为eOcnTSOcm，相邻两个超声波测距仪中心点间距为lOcmlOcm，所有超声波测距仪所发射的超声波频率各不相同，测试发现用于土石类物料测量的超声波频率设置在40kHf 80kHz的区间内能够取得最好的反射和接收效果。超声波在空气中的传播速度与温度有关，所以在支架上安置温度测量装置进行超声波测距仪工作环境温度的实时测量，并根据修正模型对超声波在空气中的传播速度进行实时修正，模型为:vm=331.4+0.607\，其中v冑为超声波在空气中的传播速度，t为超声波测距仪工作环境的温度。进行运输皮带移动速度的测量时，在轴上安装一个有一个指针的测速齿盘如图2所示，通过测量单位时间内测速齿盘的旋转周数计算运输皮带的移动速度，公式为ν=η2 π r/M，其中V是皮带移动速度；r是带动皮带转动的轮轴半径；11是测速时间段内测速齿盘旋转的周数;M是测速时间。按照公式计算盾构机在时刻Tj和 Ti 时间内的出料体积，公式为:V= ((H1-Hlj0) ^d1+ (H2-H2,0) *d2+…+ (Hn-Hn,0) *dn) *v*(Tj-Ti) ； Η=0.5* 丫声。* Δ t ; V^ij=0.5* (331.4+0.607ti+331.4+0.607tj) ； ν=η2 π r/M。
[0017]体积测量主要误差有以下因素影响:第一，由于传感器间有间隔，测量的高度并不能反映实际高度连续曲面，公式是简化的，因而带来简化公式系统误差，采用三点拟合高度误差可以减少此误差，误 差为1mm，物料宽度1000mm,皮带走时长度IOOmm体积误差小于IOOcm3O第二，物料疏密误差1mm，体积误差小于100cm3。第三,波形整形延时误差取1/10个波长，l/40kX 1/10X331.4=0.9mm，体积误差小于100cm3。第四，皮带打滑误差，打滑0.5mm,体积误差小于100cm3。所以总误差小于500cm3。
[0018]本发明现场测试实验中包括针对南京地铁三号线TA17标盾构区间现场测试。在出料运输皮带上安装一个刮板，目的是在测量之前将出料做简单的铺平和轻微压实且不会将出料刮出皮带，如图3所示，在刮板后安装一个支架如图1所示的(1)，支架由两个竖直的支柱和一个横梁组成，横梁安置在位于距离刮板最下端60cm的位置，为了防止测量盲区的出现且能避免多组超声波的相互干扰，本次实施在横梁上安装8个超声波测距仪用于发射和接收超声波，每个超声波测距仪发射的超声波频率间隔设置为2kHz，每相邻两个超声波测距仪的中心间距为10cm，如图1所示的(2)。首先测出空载时测距仪对应的各点的高度，然后开定时器定时，检测回波输入端有回波信号时，读该时刻定时器的定时值，即能求出从发出超声波至收到回波之间的时间Δ t，测出空载时超声测距仪对应的皮带上各点到测距仪的距离Hitl，当出料皮带将出料运出时，超声波测距仪对经刮板整平后出料的高度进行测量，同时进行出料运输皮带的移动速度测量，然后按照公式行出料体积的计算，公式如TV= ((H1-Hlj0)^d1+ (H2-H2,0)*d2+...+ (H8-H8,0)*d8)*v* (TrTi) ； Η=0.5* v，。.* Δ t ； vp Jj=0.5* (331.4+0.607ti+331.4+0.607tj) ； v=n2 π r/M。
【权利要求】
1.一种实时测算盾构机出料体积的方法，其特征在于，它包括:测量盾构机出料皮带上物料的各点的高度hi，测量各点位之间距离di，测量盾构机出料运输皮带的移动速度 '，使用计算公式计算在时刻Ti和L之间的时间段内盾构机的出料体积V，公式为:v=
…+hn*dn) ^vij* (Tj-Ti),式中η为共测量的物料上表面的测点数目，在测量出料皮带上物料上表面各点位高度之前，设置刮板对物料进行简单的整平和轻微的压实。
2.根据权利要求1所述实时测算盾构机出料体积的方法，其特征在于:在刮板后安装一个支架(1)，支架由两个竖直的支柱和一个横梁组成，横梁上安置多个超声波测距仪(2)，所有超声波测距仪发射超声波的方向为垂直向下，首先测出空载时测距仪对应的各点和超声波测距仪之间的距离Hitl，然后测量出料时运输皮带上物料的上表面各点位和超声波测距仪之间的距离Hi ;在支架上安置温度测量装置进行超声波测距仪工作环境温度的实时测量，并根据修正模型对超声波在空气中的传播速度进行实时修正，模型为:ν_?=331.4+0.607\，其中V冑为超声波在空气中的传播速度，t为超声波测距仪工作环境的温度；进行运输皮带移动速度的测量时，在轴上安装一个有一个指针的测速齿盘如图2所示，通过测量单位时间内测速齿盘的旋转周数计算运输皮带的移动速度，公式为ν=η2 π r/M，其中V是皮带移动速度；r是带动皮带转动的轮轴半径；n是测速时间段内测速齿盘旋转的周数;M是测速时间，按照公式计算盾构机在时刻Tj和Ti时间内的出料体积，公式为:V=((H1-Hlj0)^d1+ (H2-H2j0)H+-+ (Hn_Hn,0)*dn)*v* (TrTi) ； Η=0.5* ￥声。* Δ t ; vmj=0.5*(331.4+0.607\+331.4+0.607t」)；ν=η2 π r/M。
3.根据权利要求2所述实时测算盾构机出料体积的方法，其特征在于:为避免测量盲区的出现且多组超 声波之间不会产生较大的干扰，设置超声波测距仪的发射口距离刮板最下端的垂直距离为eOcnTSOcm，且相邻两个超声波测距仪中心点间距为lOcmlOcm，将所有超声波测距仪所发射的超声波频率设定为不相同，用于土石类物料测量的超声波频率设置在40kHz~80kHz的区间内能够取得最好的反射和接收效果。
【文档编号】G01F1/708GK104019856SQ201410280729
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月21日 优先权日:2014年6月21日
【发明者】贾宝新, 赵培, 李国臻, 姜明 申请人:辽宁工程技术大学