基于盾構機盾尾尺寸測量的精密電氣設備加工技術研究

周俊 葛兵

摘要：盾構機作為工業發展的大型機械，在施工過程中，要實時測量盾尾的尺寸，來避免機械的磨損，保證施工的安全性，因此，提出基于盾構機盾尾尺寸測量的精密電氣設備加工技術研究。本文通過設定盾構機外殼到管片的距離參數并通過公式計算出外殼到管片的距離，對盾構機外殼到管片的距離進行分析，制定精密電氣設備加工技術實驗，從而證明精密電氣設備加工技術可以方便準確的測量盾構機盾尾的尺寸。

關鍵詞：盾構機；盾尾尺寸；測量；加工技術

中圖分類號：TH863 文獻標識碼：A

引言

新世紀，工業的發展備受矚目，安全問題也成為當今社會最重視的問題之一，因此，要保證盾構機工作過程的安全性[1]，要時刻測量盾尾的尺寸。盾構機作為一種隧道挖掘的特殊型機械，盾尾尺寸的測量有很多方法，包括人工測量、計算機測量等，但出于時間和成本的考慮，需要研究一門技術為盾尾尺寸測量提供便利，因此，采用精密電氣設備加工技術來對盾構機盾尾尺寸進行測量，從而節約成本、提高盾構機的安全性。

1精密電氣設備加工技術設計

1.1設定盾構機外殼到管片的距離參數

盾構機的盾尾結構比較復雜，還要考慮環境因素對盾構機盾尾間隙測量的影響，因此，選用精密電氣設備加工技術通過測量連桿轉動的角度來間接的測量盾構外殼到管片的距離。

具體的參數設定是在盾構機的盾尾安裝幾個傳感器，通過傳感器間接地測量管片在推出盾尾時轉過的角度，由于傳感器的連接裝置長度是一定的，那么就可以根據連桿的長度和連桿通過盾尾時轉過的角度測量外殼到管片的距離，外殼到管片的距離是盾尾內徑到管片外徑之間的距離，每一個時間點外殼到管片的距離都是不同的，所以就要通過外殼到管片的距離來測量盾尾與管片的圓心偏差。

圖1 測量原理圖

如圖1所示，連桿在轉動時，由于連桿的長度大于盾構機盾尾間隙，所以管片就會碰到連桿導致連桿轉動形成一個角 ，只要能夠通過角度測量器測量出連桿轉動的角度就可以測量外殼到管片的距離[2]。

1.2計算外殼到管片的距離

傳感器是由一個安裝在盾構機內部的外殼和一個與盾構機外殼相連的連桿組成，當連桿轉動時，連接連桿與外殼的中心軸也會隨之轉動，將彈簧裝置安裝在連桿與中心軸之間，當管片退出盾尾后，彈簧裝置可以使連桿恢復到原來的位置，這樣就可以自動測量盾構機外殼到管片的距離，距離測量公式為：

距離測量公式可以根據連桿的長度和連桿轉動的角度直接計算出盾構機外殼到管片的距離，再結合傳感器的信號采集和電路的處理以及電平轉換模塊來研究精密電氣設備加工技術的優勢。

1.3 確定信號采集與處理

信號采集與電路的處理作為整個測量系統的關鍵。信號采集主要是對信號的接收、對信號進行預處理和信號采集。通過傳感器測量的信號屬于模擬信號，信號處理就是將模擬信號轉換成為數字信號，然后對數字信號進行處理，這種方式便于信號的傳輸。由于盾構機的電路很容易受到外部環境因素的干擾，并且盾構機本身又容易磨損，因此確定信號采集和處理可以保證盾構機外殼到管片之間距離測量的準確性。

1.4確定電平轉換模塊

盾構機電平轉換的主要內容是將遠距離傳輸過來的模擬信號轉換成為上位機可以接受的信號模式，但是上位機的接口不同需要的電平標準也不同，必須保證接口與電平的型號標準是匹配的，如果連接異常就無法對信號進行準確識別，嚴重的還會造成上位機接口損壞，因此，必須將接收信號的電平轉換成為上位機可以接受的電平，從而達到測量的精密性和準確性。

1.5實現多因素檢測

使用精密電氣設備加工技術對盾構機的盾尾尺寸進行測量后，為了驗證精密電氣設備加工技術對測量盾構機盾尾尺寸的便利性和可信度，因此，采用多種因素進行檢測。

首先，測量的環境會影響測量的結果。盾構機在工作過程中，產生的溫度和濕度、振動等因素都會影響測量的結果，在測量盾尾尺寸的時候，通常選用6m外徑的管片和6.05m內徑的盾尾組合的盾構機進行測量，這種組合的盾構機可以有效降低盾構機運行時的振動等外界因素對測量的影響，從而保證了測量的準確性。

其次，盾尾間隙對測量的結果也有一定的影響[3]。由于地區的土體強度不均勻，盾構機在工作時，盾尾的間隙大大超出了規定的距離，這樣就會導致盾尾刷很快被磨損以及管片也會被壓裂；然而盾尾的間隙也不能過小，如果盾尾間隙小，盾構機在工作時盾尾的鋼絲刷就會干擾管片，不僅會使盾構機減低挖掘速度、增大前進阻力，還會損壞管片。因此，盾構機的盾尾間隙要保持允許的范圍內[4]，保證測量的準確性。

然而，土體強度也會影響測量的結果。土體的強度大，會使盾構機在挖掘過程中的壓力變大，當盾構機的工作壓力超出了它所能承受的壓力時，千斤頂也隨之承受更大的壓力，為了減輕千斤頂的壓力，達到節約成本的目的，因此，在測量盾尾尺寸時，盡量選擇土體強度適中的地區完成準確測量。

2測試實驗

實驗過程中，選擇型號相同的16臺盾構機，通過計算盾構機外殼到管片距離的大小來研究精密電氣設備加工技術，信號的接收和轉換必須來自同一臺傳感器，同時要保證實驗時的環境穩定，溫度和濕度不能波動太大，分別采用本文的精密電氣設備加工技術與原始技術，計算盾構機外殼到管片的距離，比較哪一種技術計算的結果與盾構機的名牌結果相近，實驗結果如下[5]。

藍色直線為盾構機名牌標識的距離， 代表原始技術計算的距離， 代表精密電氣設備加工技術計算的距離。

圖2 不同技術得到的盾構機外殼到管片距離

圖二的結果表明，精密電氣設備加工技術計算出來的盾構機外殼到管片的距離更接近盾構機名牌標識的距離，而原始技術計算的結果相比較精密電氣設備加工技術還是有一些差距的，因此，精密電氣設備加工技術實驗為本文的精密電氣設備加工技術研究提供了有效的依據。

3結束語

綜上所述，精密電氣設備加工技術的研究是從盾構機本身出發，先設定盾構機外殼到管片的距離參數，并通過公式計算出盾構機外殼到管片的距離，再確定信號采集與處理和電平的轉換，最后通過精密電氣設備加工技術實驗，得出精密電氣設備加工技術比原始技術計算出來的盾構機外殼到管片的距離更接近名牌標識的距離。本文基于盾構機盾尾尺寸測量的精密電氣設備加工技術研究，為盾構機的盾尾尺寸提供了便捷的條件。

參考文獻

[1]李東升.關于泥水平衡盾構機盾尾保護的控制技術[J].鐵道建筑技術，2009（4）：53-56.

[2]夏翼.盾尾間隙測量系統的研究[C]//2011中國盾構技術學術研討會論文集.2011.

[3]沈斌.盾構法隧道盾尾同步注漿間隙測量與計算[C]// 上海國際隧道工程研討會.2007.

[4]陳浚峰，郭永順.管片與盾構盾尾的間隙及其控制[J]. 廣東土木與建筑，2004（11）：49-51.

[5]孫連，莊欠偉.盾構盾尾間隙測量裝置試驗研究[J].現代隧道技術，2016（S1）：62-65.

（作者單位：1北方重工裝備（沈陽）有限公司；

2北方重工集團銷售有限公司）