类矩形隧道管片构件尺寸的测量装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及盾构施工技术领域，尤其是指一种类矩形隧道管片构件尺寸的测量装 置与方法。
【背景技术】
[0002] 目前隧道施工多采用盾构法，即采用预制钢筋混凝土管片作为衬砌结构。在大力 提倡的精艺工程中，隧道管片的尺寸和几何误差有着严格的设计标准，需要控制的参数有： 型面的尺寸，即内径、外径、弧长;形状位置公差，即内、外径的轮廓度、同轴度等。随着山洞、 地铁、越江等隧道的大力发展，隧道的长度和隧道的直径都日益增加，制造和配合精度要求 也日益苛刻，因此对隧道管片几何量测量的准确度要求更高，急需一种高效的类矩形隧道 管片空间几何信息的精密测量系统，为用户提供更快捷、方便的测量技术支撑。
[0003] 现有类矩形隧道管片的测量方法有摄影测量法、经炜仪测量系统、三坐标测量机 和测量臂等，其主要不足表现为以下几个方面：
[0004] 1)测量效率不高
[0005] 经炜仪测量系统需要两台以上的经炜仪精确互瞄，测点较多时，测量效率低下。摄 影测量法需要粘贴大量编码标志，并采用图像拼接方法实现整体测量。测量臂量程较小，需 要多次移站或者安装导轨。
[0006] 2)适用性低
[0007] 类矩形隧道管片的测量系统多用于流水线在线测量，现场环境恶劣，而温度是影 响三坐标测量机精度的最大因素。
[0008] 3)数据处理复杂
[0009] 由于分段测量需要控制的几何参数较多，后续数据处理要求复杂，一般的数据处 理与空间几何量算法软件还不能满足要求。
【发明内容】
[0010] 有鉴于上述问题，本发明提供了一种类矩形隧道管片构件尺寸的测量装置，包括： [0011]于水平放置的隧道管片的内侧壁与所述隧道管片的上端面沿口设置的第一检测 工装，所述第一检测工装上设有与所述隧道管片的上端面位于同一水平面内的第一靶标；
[0012] 于所述隧道管片的外侧壁与所述隧道管片的上端面沿口设置的第二检测工装，所 述第二检测工装上设有与所述隧道管片的外侧壁位于同一竖直面内的第二靶标，所述第二 检测工装与所述第一检测工装位于所述隧道管片的同一径向方向并与所述第一检测工装 通过第一紧固件连接；
[0013] 于所述隧道管片的内侧壁与所述隧道管片的下端面沿口设置的第三检测工装，所 述第三检测工装上设有与所述隧道管片的下端面位于同一水平面内的第三靶标；
[0014] 于所述隧道管片的外侧壁与所述隧道管片的下端面沿口设置的第四检测工装，所 述第四检测工装与所述第三检测工装位于所述隧道管片的同一径向方向并与所述第三检 测工装通过第二紧固件连接；
[0015] 设置于所述隧道管片中央的激光跟踪仪，所述激光跟踪仪具有用于测量所述第一 靶标、所述第二靶标以及所述第三靶标的位置的探测头。
[0016] 本发明类矩形隧道管片构件尺寸的测量装置，通过调节第一紧固件与第二紧固件 对第一检测工装、第二检测工装、第三检测工装以及第四检测工装进行调节，可以满足不同 构件尺寸隧道管片的几何量的测量，可准确测量小分段角、大半径的构件几何形状和尺寸 信息，解决了大半径，小曲率的管片形状的工件几何信息评定方法，降低了人工劳动强度， 提高了检测效率，为保障隧道质量奠定基础。并充分利用激光跟踪仪优越的大尺寸测量能 力和自主开发的数据处理软件，对于船舶、飞机等制造业分段制造的精度控制也具有参考 价值。
[0017] 本发明类矩形隧道管片构件尺寸的测量装置的进一步改进在于：
[0018] 所述第一检测工装为L型结构，包括与所述隧道管片的上端面沿口设置的第一水 平检测块以及与所述隧道管片的内侧壁沿口设置的第一竖直检测块，所述第一靶标设置于 所述第一竖直检测块上靠近所述激光跟踪仪的侧壁上；
[0019] 所述第二检测工装为T型结构，包括与所述隧道管片的上端面沿口设置的第二水 平检测块以及与所述隧道管片的外侧壁沿口设置的第二竖直检测块，所述第二竖直检测块 具有相对于所述第二水平检测块向上延伸的延伸段，所述第二靶标设置于所述延伸段上靠 近所述激光跟踪仪的侧壁上。
[0020] 本发明类矩形隧道管片构件尺寸的测量装置的进一步改进在于，所述第一水平检 测块上开设有第一螺孔，所述第二水平检测块与所述第二竖直检测块上开设有相连通且与 所述第一螺孔相对应的第二螺孔，所述第一紧固件为穿设于所述第二螺孔以及所述第一螺 孔的螺栓。
[0021] 本发明类矩形隧道管片构件尺寸的测量装置的进一步改进在于：
[0022]所述第三检测工装为L型结构，包括与所述隧道管片的下端面沿口设置的第三水 平检测块以及与所述隧道管片的内侧壁沿口设置的第三竖直检测块，所述第三靶标设置于 所述第三竖直检测块上靠近所述激光跟踪仪的侧壁上。
[0023] 所述第四检测工装为L型结构，包括与所述隧道管片的下端面沿口设置的第四水 平检测块以及与所述隧道管片的外侧壁沿口设置的第四竖直检测块。
[0024] 本发明类矩形隧道管片构件尺寸的测量装置的进一步改进在于，所述第三水平检 测块上开设有第三螺孔，所述第四水平检测块与所述第四竖直检测块上开设有相连通且与 所述第三螺孔相对应的第四螺孔，所述第二紧固件为穿设于所述第四螺孔以及所述第三螺 孔的螺栓。
[0025] 本发明还提供了一种类矩形隧道管片构件尺寸的测量方法，包括：
[0026] 于水平放置的隧道管片的内侧壁设置与所述隧道管片的上端面沿口接触的第一 检测工装，在所述第一检测工装上设置与所述隧道管片的上端面位于同一水平面内的第一 靶标；
[0027] 于所述隧道管片的外侧壁设置与所述隧道管片的上端面沿口接触的第二检测工 装，将所述第二检测工装设置为与所述第一检测工装位于所述隧道管片的同一径向方向并 与所述第一检测工装通过第一紧固件连接，在所述第二检测工装上设置与所述隧道管片的 外侧壁位于同一竖直面内的第二靶标；
[0028] 于所述隧道管片的内侧壁设置与所述隧道管片的下端面沿口接触的第三检测工 装，在所述第三检测工装上设置与所述隧道管片的下端面位于同一水平面内的第三靶标；
[0029] 于所述隧道管片的外侧壁设置与所述隧道管片的下端面沿口接触的第四检测工 装，将所述第四检测工装设置为与所述第三检测工装位于所述隧道管片的同一径向方向并 与所述第三检测工装通过第二紧固件连接；
[0030] 于所述隧道管片的中央设置激光跟踪仪，所述激光跟踪仪具有用于测量所述第一 靶标、所述第二靶标以及所述第三靶标的位置的探测头；
[0031 ]以所述激光跟踪仪为中心建立三维坐标系，通过所述探测头测量得到所述第一靶 标、所述第二靶标以及所述第三靶标在所述三维坐标系中的坐标值，分别记作A(X1，yi， Z1)、 B(X2，y2，Z2)&_SC(X3，y3，Z3);
[0032] 将所述隧道管片的内侧壁上与所述第一靶标位于同一径向方向的端点的坐标值 记作D(x，y，Z )，测量所述端点与所述第一靶标之间的距离并记作m，将A点、B点以及D点在水 平面内的投影的连线与X轴的夹角记作Θ ;
[0033] 利用如下公式
，计算得到 x，y，z的数值；
[0034] 根据得到的△(11，71，21)、8(12,72,22)、以13,73,23)以及0(1，7,2)的坐标值，计算得 到所述隧道管片的构件尺寸。
[0035] 本发明类矩形隧道管片构件尺寸的测量方法，通过调节第一紧固件与第二紧固件 对第一检测工装、第二检测工装、第三检测工装以及第四检测工装进行调节，可以满足不同 构件尺寸隧道管片的几何量的测量，可准确测量小分段角、大半径的构件几何形状和尺寸 信息，解决了大半径，小曲率的管片形状的工件几何信息评定方法，降低了人工劳动强度， 提高了检测效率，为保障隧道质量奠定基础。并充分利用激光跟踪仪优越的大尺寸测量能 力和自主开发的数据处理软件，对于船舶、飞机等制造业分段制造的精度控制也具有参考 价值。
[0036] 本发明类矩形隧道管片构件尺寸的测量方法的进一步改进在于，所述构件尺寸包 括所述隧道管片的内径r，利用公式r = x计算得到所述内径r。
[0037] 本发明类矩形隧道管片构件尺寸的测量方法的进一步改进在于，所述构件尺寸包 括所述隧道管片的外径R，利用公式R=X2计算得到所述外径R。
[0038] 本发明类矩形隧道管片构件尺寸的测量方法的进一步改进在于，所述构件尺寸包 括所述隧道管片的高度L，利用公式L = yi-y3计算得到所述高度L。
[0039]本发明类矩形隧道管片构件尺寸的测量方法的进一步改进在于，所述构件尺寸包 括所述隧道管片的厚度W，利用公式W = X2-X计算得到所述厚度W。
【附图说明】
[0040] 图1是本发明类矩形隧道管片构件尺寸的测量装置的结构示意图。
[0041] 图2