一種盾構(gòu)隧道管片接縫變形多功能測量裝置及測量方法
【專利摘要】一種盾構(gòu)隧道管片接縫變形多功能測量裝置，該測量裝置由三棱柱形鋼塞尺、“L”形傳動滑桿、數(shù)顯百分表組成，其中鋼塞尺設(shè)置有傳動滑桿滑動導(dǎo)槽，“L”形傳動滑桿設(shè)置于滑動導(dǎo)槽中可在其中自由滑動，數(shù)顯百分表與傳動滑桿相連接，其所顯示的讀數(shù)為傳動滑桿所滑動的距離。本發(fā)明還公開了一種使用上述的盾構(gòu)隧道管片接縫變形多功能測量裝置進(jìn)行測量的方法。本發(fā)明的裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、量測精度高、使用方便、自動化程度高、量測速度快的優(yōu)點，能同時快速、精確地量測盾構(gòu)隧道管片接縫的張開量與錯臺量。
【專利說明】一種盾構(gòu)隧道管片接縫變形多功能測量裝置及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于隧道工程測量【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及盾構(gòu)隧道管片接縫變形測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，盾構(gòu)隧道襯砌多為由預(yù)制鋼筋混凝土管片通過連接螺栓拼接而成，因而管片與管片之間存在著接縫。隨著盾構(gòu)隧道的大量建設(shè)和投入運(yùn)營，其病害不斷凸顯，其中，一主要問題為隧道管片的接縫變形，包括接縫的張開和錯臺，過大的接縫變形意味著結(jié)構(gòu)可能處于較為不利的受力狀態(tài)，如螺栓拉力過大，螺栓受剪，接頭混凝土局部應(yīng)力集中等，亦會導(dǎo)致接縫的防水能力降低，增加隧道滲漏風(fēng)險。因此，為了明確隧道結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)，在例行的盾構(gòu)隧道監(jiān)測、維護(hù)過程中，對盾構(gòu)隧道管片接縫張開量、錯臺高度進(jìn)行測量是極其必要的?，F(xiàn)階段在進(jìn)行盾構(gòu)隧道管片接縫張開量測量時主要以插片測量和直尺測量為主，插片測量無法準(zhǔn)確得到接縫張開量值，直尺測量雖為定量測量但存在讀數(shù)慢、精度低、主觀性高的問題，錯臺測量亦以直尺測量為主，且大多接縫同時存在張開、錯臺現(xiàn)象，這也為接縫張開量和錯臺高度測量增加了難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種盾構(gòu)隧道管片接縫變形多功能測量裝置，針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，用于同時測量盾構(gòu)隧道管片接縫張開量、錯臺量。
[0004]為實現(xiàn)發(fā)明目的至少應(yīng)包含以下組成部件:“L”形傳動滑桿、數(shù)顯百分表、三棱柱形鋼塞尺。其中鋼塞尺設(shè)置有傳動滑桿滑動導(dǎo)槽，“L”形傳動滑桿可在滑動導(dǎo)槽內(nèi)自由滑動，數(shù)顯百分表所顯示的讀數(shù)為傳動滑桿所滑動的距離。
[0005]一種盾構(gòu)隧道管片接縫變形多功能測量裝置，該測量裝置由三棱柱形鋼塞尺、“L”形傳動滑桿、數(shù)顯百分表組成，其中鋼塞尺設(shè)置有傳動滑桿滑動導(dǎo)槽，“L”形傳動滑桿設(shè)置于滑動導(dǎo)槽中可在其中自由滑動，數(shù)顯百分表與傳動滑桿相連接，其所顯示的讀數(shù)為傳動滑桿所滑動的距離。
[0006]進(jìn)一步，所述“L”形傳動滑桿包括相互連接的豎向傳動滑桿和橫向傳動滑桿。
[0007]鋼塞尺的頂面中心往內(nèi)開設(shè)有豎向?qū)Р?，該豎向?qū)Р凵疃扰c豎向傳動滑桿長度一致；鋼塞尺左右任一側(cè)面開設(shè)有與頂面平行的橫向?qū)Р郏讳撊弑趁骈_設(shè)四棱柱形導(dǎo)槽沿深度方向貫通整個鋼塞尺，該四棱柱形導(dǎo)槽與鋼塞尺背面、橫向傳動滑桿導(dǎo)槽均垂直；優(yōu)選的，所述鋼塞尺為三棱柱形鋼塞尺；優(yōu)選的，所述三棱柱形鋼塞尺的兩個相互平行的三角形面為直角三角形。
[0008]所述橫向?qū)Р壑行木嚯x頂面2?3cm，橫向?qū)Р凵疃葹殇撊吆穸鹊囊话搿?br> [0009]所述豎向傳動滑桿和橫向傳動滑桿均為圓柱體，豎向滑桿直徑為橫向滑桿直徑的1.2 ?1.4 倍。
[0010]豎向傳動滑桿一端設(shè)有第一螺紋，與數(shù)顯百分表自帶導(dǎo)桿內(nèi)螺紋擰緊后形成固定連接；豎向傳動滑桿另一端設(shè)有孔，該孔內(nèi)設(shè)置內(nèi)螺紋與水平傳動滑桿上設(shè)置的第二螺紋配合擰緊后形成固定連接。
[0011]豎向傳動滑桿插入鋼塞尺豎向?qū)Р蹆?nèi)，采用AB膠將百分表同鋼塞尺黏連固定，水平傳動滑桿插入四棱柱形導(dǎo)槽。
[0012]所述豎向?qū)Р酆蜋M向?qū)Р蹫閳A柱形導(dǎo)槽，圓柱形導(dǎo)槽直徑為豎向傳動滑桿直徑的1.05~1.2倍；所述四棱柱形導(dǎo)槽高為橫向傳動滑桿直徑的1.05~1.2倍，四棱柱形導(dǎo)槽在三棱柱形鋼塞尺鉛垂面和斜面均有設(shè)置；橫向?qū)Р鄣母叨葹闄M向傳動滑桿直徑的
1.05~1.2倍，設(shè)置于三棱柱形鋼塞尺側(cè)面。
[0013]所述數(shù)顯百分表量程為50mm，精度為0.01mm。
[0014]一種使用上述的盾構(gòu)隧道管片接縫變形多功能測量裝置進(jìn)行測量的方法:
[0015]D= (L^La+Lg) tan θ
[0016]Δ H=L4-L3
[0017]式中，D為所要測量接縫寬度；
[0018]Δ H為所要測量接縫錯臺高度；
[0019]L1為水平傳動滑桿至豎向傳動滑桿底面的垂直距離；L2為鋼塞尺內(nèi)豎向滑動導(dǎo)槽底至鋼塞尺底的垂直距 離；
[0020]L3為橫桿位于三棱柱斜面?zhèn)葧r百分表所顯示的讀數(shù)；
[0021]L4為橫桿位于三棱柱鉛垂面?zhèn)葧r百分表所顯示的讀數(shù)；
[0022]Θ為三棱柱鋼塞尺直角三角形中塞入側(cè)的角度值。
[0023]測量盾構(gòu)隧道管片接縫張開量、錯臺量時將三棱柱形鋼塞尺塞入管片接縫中，塞入過程保持鋼塞尺鉛垂面密貼存在向隧道內(nèi)變形的管片側(cè)，“L”形傳動滑桿的水平傳動滑桿密貼接縫另一側(cè)，傳動滑桿隨著鋼塞尺的塞入發(fā)生移動，直至鋼塞尺不能進(jìn)一步塞入接縫，讀取百分表讀數(shù)L3，然后將“L”形傳動滑桿的水平傳動滑桿上提至橫向傳動滑桿轉(zhuǎn)向槽位置，沿轉(zhuǎn)向槽轉(zhuǎn)至鋼塞尺鉛垂面滑動槽內(nèi)，使橫向滑桿滑至管片邊沿，讀取百分表讀數(shù)L4。再根據(jù)幾何換算即可得到接縫張開量和錯臺量。
[0024]由于采用上述方案，本發(fā)明測量尺具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、量測精度高、使用方便、自動化程度高、量測速度快的優(yōu)點，能快速、精確地量測盾構(gòu)隧道接縫的寬度值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明一種實施例的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明實施例中三棱柱形鋼塞尺三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明實施例中百分表及“L”形傳動滑桿三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明實施例中豎向傳動滑桿示意圖；
[0029]圖5為本發(fā)明實施例中水平傳動滑桿示意圖；
[0030]圖6為本發(fā)明實施例結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；
[0031]圖7為本發(fā)明實施例結(jié)構(gòu)主視圖；
[0032]圖8為本發(fā)明實施例結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0033]圖9為采用本發(fā)明測量尺測量接縫的示意圖；
[0034]圖10、11為采用本發(fā)明測量尺實現(xiàn)一次測量所需關(guān)鍵步驟的實施例的示意圖。【具體實施方式】
[0035]以下結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0036]本發(fā)明測量尺包含以下組成部件:“L”形傳動滑桿、數(shù)顯百分表、三棱柱形鋼塞尺。其中鋼塞尺設(shè)置有傳動滑桿滑動導(dǎo)槽，“L”形傳動滑桿可在滑動導(dǎo)槽內(nèi)自由滑動，數(shù)顯百分表所顯示的讀數(shù)為傳動滑桿所滑動的距離。
[0037]圖中顯示包括:數(shù)顯百分表1、“L”形傳動滑桿2、三棱柱形鋼塞尺3、滑動導(dǎo)槽4、橫向?qū)Р?、豎向?qū)Р?、四棱柱形導(dǎo)槽7、豎向傳動滑桿8、水平傳動滑桿9,帶內(nèi)螺紋小孔10，豎向傳動滑桿一端設(shè)置有第一螺紋11，水平傳動滑桿一端設(shè)置第二螺紋12。 [0038]圓柱形導(dǎo)槽6，橫向傳動滑桿導(dǎo)線槽5、四棱柱形導(dǎo)槽7均可由不銹鋼開槽機(jī)進(jìn)行開槽設(shè)置。首先自鋼塞尺頂面中心往內(nèi)開設(shè)導(dǎo)槽6，導(dǎo)槽深度與豎向傳動滑桿長度一致，然后于鋼塞尺左右任一側(cè)面開設(shè)與頂面平行的橫向傳動滑桿導(dǎo)槽5，導(dǎo)槽5中心距離頂面2~3cm,導(dǎo)槽深度為鋼塞尺厚度的一半，最后在鋼塞尺背面開設(shè)四棱柱形導(dǎo)槽7，導(dǎo)槽7與鋼塞尺背面、導(dǎo)槽5均垂直，導(dǎo)槽7沿深度方向鑿?fù)ㄕ麄€鋼塞尺。
[0039]如圖4所示，豎向傳動滑桿8—端設(shè)有第一螺紋11，可與數(shù)顯百分表自帶導(dǎo)桿內(nèi)螺紋擰緊后形成固定連接，豎向傳動滑桿8另一端設(shè)有孔10，孔10內(nèi)設(shè)置內(nèi)螺紋，可與水平傳動滑桿9擰緊后形成固定連接；如圖5所示，水平傳動滑桿9 一端帶有第二螺紋12，該第二螺紋12可與豎向傳動滑桿8 一端孔10內(nèi)的內(nèi)螺紋擰緊后使兩構(gòu)件連接。裝配時，先將豎向傳動滑桿8與數(shù)顯百分表1通過兩者自帶螺紋擰緊后固定連接，再將豎向傳動滑桿8插入鋼塞尺豎向滑動槽6內(nèi)，采用AB膠將百分表同鋼塞尺黏連固定，再將水平傳動滑桿9插入四棱柱形滑動導(dǎo)槽7，并通過豎向傳動滑桿8 一端小孔內(nèi)的內(nèi)螺紋及水平傳動滑桿9 一端螺紋，將水平傳動滑桿9與豎向傳動滑桿8擰緊固定連接，這樣即可完成整個測量尺的裝配。
[0040]完成一次測量主要包括以下四個步驟:
[0041]步驟一:百分表讀數(shù)歸零，圖1、圖3、圖6分別為本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)示意圖、百分表及“L”形傳動滑桿三維結(jié)構(gòu)示意圖、結(jié)構(gòu)側(cè)視圖，如圖1、圖6所示“L”形傳動滑桿可在三棱柱形鋼塞尺的滑動導(dǎo)槽中自由滑動，當(dāng)傳動滑桿位于導(dǎo)槽最底端，即如圖6所示A平面時，百分表的讀數(shù)歸零。
[0042]步驟二:L3、L4測量，圖9、圖10及圖11分別為實施例中所要測量接縫示意圖、采用本發(fā)明進(jìn)行盾構(gòu)隧道接縫寬度、錯臺高度測量示意圖，如圖9所示接縫存在一定的錯臺量，所要測量接縫寬度為D，錯臺高度為ΛΗ，接縫中C平面(待測接縫管片側(cè)壁)所處管片存在偏向隧道內(nèi)側(cè)的錯臺變形，如圖10、11所示，進(jìn)行接縫寬度測量時三棱柱形鋼塞尺的鉛垂面(B平面)緊貼接縫的C平面，將鋼塞尺不斷往接縫內(nèi)側(cè)塞入直至無法繼續(xù)塞入，此時百分表的讀數(shù)即為“L”形傳動滑桿走過的距離L3，然后將“L”形傳動滑桿的水平傳動滑桿上提至橫向?qū)Р畚恢?，沿?dǎo)槽轉(zhuǎn)至鋼塞尺鉛垂面滑動槽內(nèi)，使橫向滑桿滑至管片邊沿，直至不能再向下移動，讀取百分表讀數(shù)L4。
[0043]步驟三:管片接縫張開量、錯臺高度計算，接縫寬度D及錯臺高度為ΛΗ可由下式計算得到:
[0044]D= (L^La+Lg) tan θ
[0045]Δ H=L4-L3[0046]式中，
[0047]D—所要測量接縫寬度(mm);
[0048]Δ H—所要測量接縫錯臺高度(mm)；
[0049]LpL2+均由結(jié)構(gòu)構(gòu)造所確定，如圖10所示(Him)5L1為水平傳動滑桿至豎向傳動滑桿底面的垂直距離山2為鋼塞尺內(nèi)豎向滑動導(dǎo)槽底至鋼塞尺底的垂直距離。
[0050]L3—橫桿位于三棱柱斜面?zhèn)葧r百分表所顯示的讀數(shù)(mm)；
[0051]L4+橫桿位于三棱柱鉛垂面?zhèn)葧r百分表所顯示的讀數(shù)(mm)。
[0052]Θ—三棱柱鋼塞尺直角三角形中塞入側(cè)的角度值，其值由結(jié)構(gòu)構(gòu)造所確定，如圖10所示，具體的，該Θ為鋼塞尺塞入接縫側(cè)尖角的角度值。
[0053]上述的對實施例的描述是為便于該【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的
一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種盾構(gòu)隧道管片接縫變形多功能測量裝置，其特征在于:該測量裝置由三棱柱形鋼塞尺、“L”形傳動滑桿、數(shù)顯百分表組成，其中鋼塞尺設(shè)置有傳動滑桿滑動導(dǎo)槽，“L”形傳動滑桿設(shè)置于滑動導(dǎo)槽中可在其中自由滑動，數(shù)顯百分表與傳動滑桿相連接，其所顯示的讀數(shù)為傳動滑桿所滑動的距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)隧道管片接縫變形多功能測量裝置，其特征在于:所述“L”形傳動滑桿包括相互連接的豎向傳動滑桿和橫向傳動滑桿。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的盾構(gòu)隧道管片接縫變形多功能測量裝置，其特征在于:鋼塞尺的頂面中心往內(nèi)開設(shè)有豎向?qū)Р?，該豎向?qū)Р凵疃扰c豎向傳動滑桿長度一致；鋼塞尺左右任一側(cè)面開設(shè)有與頂面平行的橫向?qū)Р?；鋼塞尺背面開設(shè)四棱柱形導(dǎo)槽沿深度方向貫通整個鋼塞尺，該四棱柱形導(dǎo)槽與鋼塞尺背面、橫向傳動滑桿導(dǎo)槽均垂直；優(yōu)選的，所述鋼塞尺為三棱柱形鋼塞尺；優(yōu)選的，所述三棱柱形鋼塞尺的兩個相互平行的三角形面為直角三角形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的盾構(gòu)隧道管片接縫變形多功能測量裝置，其特征在于:所述橫向?qū)Р壑行木嚯x頂面2~3cm，橫向?qū)Р凵疃葹殇撊吆穸鹊囊话搿?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的盾構(gòu)隧道管片接縫變形多功能測量裝置，其特征在于:所述豎向傳動滑桿和橫向傳動滑桿均為圓柱體，豎向滑桿直徑為橫向滑桿直徑的1.2~1.4倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的盾構(gòu)隧道管片接縫變形多功能測量裝置，其特征在于:豎向傳動滑桿一端設(shè)有第一螺紋，與數(shù)顯百分表自帶導(dǎo)桿內(nèi)螺紋擰緊后形成固定連接；豎向傳動滑桿另一端設(shè)有孔，該孔內(nèi)設(shè)置內(nèi)螺紋與水平傳動滑桿上設(shè)置的第二螺紋配合擰緊后形成固定連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的盾構(gòu)隧道管片接縫變形多功能測量裝置，其特征在于:豎向傳動滑桿插入鋼塞尺豎向?qū)Р蹆?nèi)，采用AB膠將百分表同鋼塞尺黏連固定，水平傳動滑桿插入四棱柱形導(dǎo)槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的盾構(gòu)隧道管片接縫變形多功能測量裝置，其特征在于:所述豎向?qū)Р蹫閳A柱形導(dǎo)槽，圓柱形導(dǎo)槽直徑為豎向傳動滑桿直徑的1.05~1.2倍；所述四棱柱形導(dǎo)槽高為橫向傳動滑桿直徑的1.05~1.2倍，四棱柱形導(dǎo)槽在三棱柱形鋼塞尺鉛垂面和斜面均有設(shè)置；橫向?qū)Р鄣母叨葹闄M向傳動滑桿直徑的1.05~1.2倍,設(shè)置于三棱柱形鋼塞尺側(cè)面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一所述的盾構(gòu)隧道管片接縫變形多功能測量裝置，其特征在于:所述數(shù)顯百分表量程為50mm，精度為0.01mm。
10.一種使用權(quán)利要求1至9中任一所述的盾構(gòu)隧道管片接縫變形多功能測量裝置進(jìn)行測量的方法，其特征在于:
D= (L^La+Lg) tan θ
Δ H=L4-L3 式中，D為所要測量接縫寬度； ΔH為所要測量接縫錯臺高度； L1為水平傳動滑桿至豎向傳動滑桿底面的垂直距離；L2為鋼塞尺內(nèi)豎向滑動導(dǎo)槽底至鋼塞尺底的垂直距離； L3為橫桿位于三棱柱斜面?zhèn)葧r百分表所顯示的讀數(shù)；L4為橫桿位于三棱柱鉛垂面?zhèn)葧r百分表所顯示的讀數(shù)；Θ為三棱柱鋼塞尺直角三角形中塞入側(cè)`的角度值。
【文檔編號】G01B5/30GK103776355SQ201410012043
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】周俊宏, 周順華, 宮全美, 王培鑫 申請人:同濟(jì)大學(xué)