一种盾构TBM隧道数显式多功能测量尺的制作方法

本发明涉及城市地铁、公路隧道等采用tbm盾构施工隧道工程施工与检测，具体为一种能够实现隧道盾尾间隙和管片错台测量的数显式多功能测量尺。

背景技术：

近年来随着经济的发展和盾构tbm施工技术的快速进步，盾构tbm施工技术越来越多地在城市地铁、公路隧道、跨江海隧道等领域中得到应用。盾尾间隙的大小不仅反映了盾构tbm的掘进姿态，而且还确定了管片背后回填量的大小，直接影响施工质量和工程成本。同时盾构tbm施工过程中管片错台引起的管片拼装困难、管片衬砌结构开裂及渗漏水隐患等问题对施工和运营的影响日益凸显。

目前对盾尾间隙和管片错台的测量主要使用直尺和三角板等进行测量。在使用直尺和三角板进行测量时由于无法正确定位，造成测量结果不准确。同时直尺和三角板测精度较小，测量结果不够精确。而且在幽暗的隧道环境中读取数值易于出现错误。

针对目前盾构tbm施工中盾尾间隙和管片错台检测技术不足的问题，解决盾尾间隙和管片错台测量不准确和不够精确的难题，申请人设计了一种能够实现隧道盾尾间隙和管片错台测量的数显式多功能测量尺，该测量尺不仅测量准确，精度高，而且数显式在昏暗的隧道环境中易于读取，方便操作，提高了盾构管片背后回填量预算精度,减少了隧道管片在施工过程中的错台,为提高工程质量提供了依据。

技术实现要素：

本发明为一种盾构tbm隧道数显式多功能测量尺，主要包括档爪、测量尺和数显装置。所述档爪包括上档抓和下档爪，上档抓用于测量盾尾间隙，下档爪用于测量管片错台。上档爪和下档爪固定在数显装置上，两者的下端面与数显装置和测量基座下端面平齐，作为检测尺初始状态。

所述测量尺包括测量主尺和测量基座，测量主尺上面设置有测量刻度，最大量程为200mm，精度为1mm，用于测量结果读数。测量基座固定于测量主尺下端，在测量基座朝着测量主尺的方向设置有凸出，该凸出与数显装置背部设置的凹槽相配合，测量基座的厚度设置成与数显装置的背面相平齐，用于测量时固定测量主尺和防止数显装置掉落。

所述数显装置包括数字显示屏、滑轮、开关键、置零按钮、固定螺栓、盾尾间隙测量模式按钮和管片错台测量模式按钮，其中数字显示屏显示测量的数值，内置50分度容栅，使得测量尺精度为0.02mm。数显装置套在测量主尺上，两者可以相对移动。

本发明的技术方案还包括采用本发明所述盾构tbm隧道数显式多功能测量尺进行盾尾间隙测量方法，具体方法包括：

按下开关键使数显装置处于开机状态；

按下盾尾间隙测量模式按钮，开启盾尾间隙测量模式，手持数显装置推动测量主尺，使测量基座接触盾壳，并确保测量基座底端与盾壳相吻合；

在确保测量主尺稳定状态下通过滑轮移动数显装置的状态下，使上档抓平端面与管片外侧相吻合，转动固定螺栓固定数显装置，此时数显装置上数字显示屏显示的数值即为盾尾间隙值。

本发明的技术方案还包括采用本发明所述盾构tbm隧道数显式多功能测量尺进行管片错台值测量方法，具体方法包括：

按下开关键使数显装置处于开机状态；

按下管片错台测量模式按钮，开启管片错台测量模式，将下档爪平端放置在管片错台较高的管片上，使下档爪平端与管片相吻合；

通过滑轮推动测量主尺，使测量基座与较低的管片相吻合，转动固定螺栓固定数显装置，此时数显装置上数字显示屏显示的数值即为管片错台值。

本发明技术效果：

采用本发明在昏暗的隧道环境内进行盾尾间隙和管片错台测量，有效地克服了视线差的环境影响，解决了测量不准确和不精确的难题，提高了盾构tbm施工质量。该发明作为盾构tbm施工时进行盾尾间隙和管片错台检测测量的重要工具，具有重要的指导意义，值得推广和应用。

附图说明

图1本发明盾构tbm隧道多功能测量尺正视图。

图2本发明本发明盾构tbm隧道多功能测量尺侧视图。

图3本发明盾构tbm隧道多功能测量尺原理图。

图4测量主尺和数显装置刻度放大图。

图5本发明测量基座与数显装置背部示意图。

图6本发明盾尾间隙测量示意图。

图7本发明管片错台测量示意图。

图中：1下档爪，2数字显示屏，3滑轮，4开关键，5置零按钮，6上档爪，7数显装置，8固定螺栓，9盾尾间隙测量模式按钮，10管片错台测量模式按钮（10），11测量主尺，12测量基座。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。

如图1、图2所示，盾构tbm隧道数显式多功能测量尺，主要包括档爪、测量尺和数显装置。所述档爪包括上档爪（6）和下档爪（1）；所述测量尺包括测量主尺（11）和测量基座（12）；所述数显装置（7）包括结果数字显示屏（2）、滑轮（3）、开关键（4）、置零按钮（5）、固定螺栓（8）、盾尾间隙测量模式按钮（9）和管片错台测量模式按钮（10），数显装置（7）套在测量主尺（11）上，可沿着测量主尺（11）进行相对移动，上档爪（6）和下档爪（1）固定在数显装置（7）靠近测量基座（12）的一端上，上档爪（6）和下档爪（1）的下端面与数显装置（7）和测量基座（12）下端面平齐。

上档抓（6）上端面和下档爪（1）的下端面均为平面端，且两个断面在竖直方向上的距离为10mm。

测量基座（12）固定于测量主尺（11）下端，在测量基座（12）朝着主尺（11）的方向设置有凸出，该凸出与数显装置背部设置的凹槽相配合，测量基座（12）的厚度设置成与数显装置（7）背面相平齐。

盾尾间隙测量模式按钮（9）与上档爪（6）配合，进行盾尾间隙测量。

管片错台测量模式按钮（10）与下档爪（1）配合，进行管片错台测量。

如图3所示，上档抓和下档爪在水平方向上的长度均为30mm，长度适中，档爪最外端面竖直方向上的长度均为5mm，档爪上端面到下面的距离均为10mm，方便测量时对管片定位。数显装置宽度为20mm，测量尺整体宽度即档爪两个最外两个端面之间的距离为80mm，便于操作和携带，上档爪的上部端面平直，下部向上倾斜，下档爪的下部端面平直，上部向下倾斜。上档爪的上部端面平直段和下档爪的下部端面平直段的距离均为25mm。

如图3所示，上档抓平端面与数显装置和测量主尺下端面平行，但它们之间距离为10mm，盾尾间隙测量时上档抓平端面和测量主尺下端面为测量断面，他们之间的距离加上10mm即为盾尾间隙值，因此数显装置上端刻度（上档抓一侧刻度）“0”刻线与测量主尺“1”刻线对齐，如图2测量主尺和数显装置刻度大样图所示，此时为初始状态。数字读数方法类似游标卡尺读数方法，在数显装置显示的数值即为盾尾间隙值。

如图3所示，下档爪平端面与数显装置和测量主尺下端面平齐，管片错台测量时下档爪平端面和测量主尺下端面为测量断面，它们之间的距离即为管片错台值，因此数显装置下端刻度（下档爪一侧刻度）“0”刻线与测量主尺“0”刻线对齐，如图2测量主尺和数显装置刻度大样图所示，此时为初始状态。数字读数方法类似游标卡尺读数方法，在数显装置显示的数值即为管片错台值。

根据上述测量尺读数原理可知，上档抓和下档爪平端面距离为10mm，上档抓“0”刻线与测量主尺“1”刻线对齐，而下档爪“0”刻线与测量主尺“0”刻线对齐，因此数显装置内置两种容栅，相对距离为10mm，测量时通过盾尾间隙模式和管片错台模式按键转换进行不同项目的测量。

如图3所示，测量主尺最大量程200mm，精度1mm，内置50分度容栅如图3和图4数显装置上下刻度相同，使得测量尺精度达到0.02mm。

图5为测量基座与数显装置背部示意图，测量基座固定于测量主尺下端，凸出与测量主尺，在测量基座朝着测量主尺的方向设置有凸出，该凸出与数显装置背部设置的凹槽相配合，测量基座的厚度设置成与数显装置的背面相平齐，用于测量时固定测量主尺和防止数显装置掉落。

本发明的技术方案还包括采用本发明所述盾构tbm隧道数显式多功能测量尺进行盾尾间隙测量方法，具体方法包括：

按下开关键（4）使数显装置（7）处于开机状态；

按下盾尾间隙测量模式按钮（9），开启盾尾间隙测量模式，手持数显装置（7）推动测量主尺（11），使测量基座（12）接触盾壳，并确保测量基座（12）底端与盾壳相吻合；

在确保测量主尺（11）稳定状态下通过滑轮（3）移动数显装置（7）的状态下，使上档抓（6）平端面与管片外侧相吻合，转动固定螺栓（8）固定数显装置（7），此时数显装置（7）上数字显示屏（2）显示的数值即为盾尾间隙值。

如图6所示，数显装置上数字显示为34.72mm，即盾尾间隙值为34.72mm，而现有测量尺测量精度为1mm，两者相差最小值为0.72mm，以1公里隧道，盾构tbm开挖直径为6.5m，管片幅宽为1.5m为例，管片背后回填材料最大相差约20m³，回填材料按均价5500元/m³算，施工成本相差约11万元。同时盾尾间隙的精确测量，为盾构tbm姿态调整、轴线纠偏提供精确施工数据，更利于盾构tbm顺利掘进。

本发明的技术方案还包括采用本发明所述盾构tbm隧道数显式多功能测量尺进行管片错台值测量方法，具体方法包括：

按下开关键（4）使数显装置（7）处于开机状态；

按下管片错台测量模式按钮（10），开启管片错台测量模式，将下档爪（1）平端放置在管片错台较高的管片上，使下档爪（1）平端与管片相吻合；

通过滑轮（3）推动测量主尺（11），使测量基座（12）与较低的管片相吻合，转动固定螺栓（8）固定数显装置（7），此时数显装置（7）上数字显示屏（2）显示的数值即为管片错台值。

如图7所示，数显装置上数字显示为30.28mm，即管片错台值为30.28mm，而现有测量尺测量精度为1mm，两者相差最小值为0.28mm，以1公里长隧道，管片幅宽1.5m为例，管片错台累计最大约为667mm。

本发明测量结果更准确、更精确，充分满足《盾构法隧道施工与验收规范》（gb50446-2017）关于衬砌环内错台和环间错台施工精度要求。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。