基于盾构机盾尾尺寸测量的精密电气设备加工技术研究

周俊 葛兵

摘要：盾构机作为工业发展的大型机械，在施工过程中，要实时测量盾尾的尺寸，来避免机械的磨损，保证施工的安全性，因此，提出基于盾构机盾尾尺寸测量的精密电气设备加工技术研究。本文通过设定盾构机外壳到管片的距离参数并通过公式计算出外壳到管片的距离，对盾构机外壳到管片的距离进行分析，制定精密电气设备加工技术实验，从而证明精密电气设备加工技术可以方便准确的测量盾构机盾尾的尺寸。

关键词：盾构机；盾尾尺寸；测量；加工技术

中图分类号：TH863 文献标识码：A

引言

新世纪，工业的发展备受瞩目，安全问题也成为当今社会最重视的问题之一，因此，要保证盾构机工作过程的安全性[1]，要时刻测量盾尾的尺寸。盾构机作为一种隧道挖掘的特殊型机械，盾尾尺寸的测量有很多方法，包括人工测量、计算机测量等，但出于时间和成本的考虑，需要研究一门技术为盾尾尺寸测量提供便利，因此，采用精密电气设备加工技术来对盾构机盾尾尺寸进行测量，从而节约成本、提高盾构机的安全性。

1精密电气设备加工技术设计

1.1设定盾构机外壳到管片的距离参数

盾构机的盾尾结构比较复杂，还要考虑环境因素对盾构机盾尾间隙测量的影响，因此，选用精密电气设备加工技术通过测量连杆转动的角度来间接的测量盾构外壳到管片的距离。

具体的参数设定是在盾构机的盾尾安装几个传感器，通过传感器间接地测量管片在推出盾尾时转过的角度，由于传感器的连接装置长度是一定的，那么就可以根据连杆的长度和连杆通过盾尾时转过的角度测量外壳到管片的距离，外壳到管片的距离是盾尾内径到管片外径之间的距离，每一个时间点外壳到管片的距离都是不同的，所以就要通过外壳到管片的距离来测量盾尾与管片的圆心偏差。

图1 测量原理图

如图1所示，连杆在转动时，由于连杆的长度大于盾构机盾尾间隙，所以管片就会碰到连杆导致连杆转动形成一个角 ，只要能够通过角度测量器测量出连杆转动的角度就可以测量外壳到管片的距离[2]。

1.2计算外壳到管片的距离

传感器是由一个安装在盾构机内部的外壳和一个与盾构机外壳相连的连杆组成，当连杆转动时，连接连杆与外壳的中心轴也会随之转动，将弹簧装置安装在连杆与中心轴之间，当管片退出盾尾后，弹簧装置可以使连杆恢复到原来的位置，这样就可以自动测量盾构机外壳到管片的距离，距离测量公式为：

距离测量公式可以根据连杆的长度和连杆转动的角度直接计算出盾构机外壳到管片的距离，再结合传感器的信号采集和电路的处理以及电平转换模块来研究精密电气设备加工技术的优势。

1.3 确定信号采集与处理

信号采集与电路的处理作为整个测量系统的关键。信号采集主要是对信号的接收、对信号进行预处理和信号采集。通过传感器测量的信号属于模拟信号，信号处理就是将模拟信号转换成为数字信号，然后对数字信号进行处理，这种方式便于信号的传输。由于盾构机的电路很容易受到外部环境因素的干扰，并且盾构机本身又容易磨损，因此确定信号采集和处理可以保证盾构机外壳到管片之间距离测量的准确性。

1.4确定电平转换模块

盾构机电平转换的主要内容是将远距离传输过来的模拟信号转换成为上位机可以接受的信号模式，但是上位机的接口不同需要的电平标准也不同，必须保证接口与电平的型号标准是匹配的，如果连接异常就无法对信号进行准确识别，严重的还会造成上位机接口损坏，因此，必须将接收信号的电平转换成为上位机可以接受的电平，从而达到测量的精密性和准确性。

1.5实现多因素检测

使用精密电气设备加工技术对盾构机的盾尾尺寸进行测量后，为了验证精密电气设备加工技术对测量盾构机盾尾尺寸的便利性和可信度，因此，采用多种因素进行检测。

首先，测量的环境会影响测量的结果。盾构机在工作过程中，产生的温度和湿度、振动等因素都会影响测量的结果，在测量盾尾尺寸的时候，通常选用6m外径的管片和6.05m内径的盾尾组合的盾构机进行测量，这种组合的盾构机可以有效降低盾构机运行时的振动等外界因素对测量的影响，从而保证了测量的准确性。

其次，盾尾间隙对测量的结果也有一定的影响[3]。由于地区的土体强度不均匀，盾构机在工作时，盾尾的间隙大大超出了规定的距离，这样就会导致盾尾刷很快被磨损以及管片也会被压裂；然而盾尾的间隙也不能过小，如果盾尾间隙小，盾构机在工作时盾尾的钢丝刷就会干扰管片，不仅会使盾构机减低挖掘速度、增大前进阻力，還会损坏管片。因此，盾构机的盾尾间隙要保持允许的范围内[4]，保证测量的准确性。

然而，土体强度也会影响测量的结果。土体的强度大，会使盾构机在挖掘过程中的压力变大，当盾构机的工作压力超出了它所能承受的压力时，千斤顶也随之承受更大的压力，为了减轻千斤顶的压力，达到节约成本的目的，因此，在测量盾尾尺寸时，尽量选择土体强度适中的地区完成准确测量。

2测试实验

实验过程中，选择型号相同的16台盾构机，通过计算盾构机外壳到管片距离的大小来研究精密电气设备加工技术，信号的接收和转换必须来自同一台传感器，同时要保证实验时的环境稳定，温度和湿度不能波动太大，分别采用本文的精密电气设备加工技术与原始技术，计算盾构机外壳到管片的距离，比较哪一种技术计算的结果与盾构机的名牌结果相近，实验结果如下[5]。

蓝色直线为盾构机名牌标识的距离， 代表原始技术计算的距离， 代表精密电气设备加工技术计算的距离。

图2 不同技术得到的盾构机外壳到管片距离

图二的结果表明，精密电气设备加工技术计算出来的盾构机外壳到管片的距离更接近盾构机名牌标识的距离，而原始技术计算的结果相比较精密电气设备加工技术还是有一些差距的，因此，精密电气设备加工技术实验为本文的精密电气设备加工技术研究提供了有效的依据。

3结束语

综上所述，精密电气设备加工技术的研究是从盾构机本身出发，先设定盾构机外壳到管片的距离参数，并通过公式计算出盾构机外壳到管片的距离，再确定信号采集与处理和电平的转换，最后通过精密电气设备加工技术实验，得出精密电气设备加工技术比原始技术计算出来的盾构机外壳到管片的距离更接近名牌标识的距离。本文基于盾构机盾尾尺寸测量的精密电气设备加工技术研究，为盾构机的盾尾尺寸提供了便捷的条件。

参考文献

[1]李东升.关于泥水平衡盾构机盾尾保护的控制技术[J].铁道建筑技术，2009（4）：53-56.

[2]夏翼.盾尾间隙测量系统的研究[C]//2011中国盾构技术学术研讨会论文集.2011.

[3]沈斌.盾构法隧道盾尾同步注浆间隙测量与计算[C]// 上海国际隧道工程研讨会.2007.

[4]陈浚峰，郭永顺.管片与盾构盾尾的间隙及其控制[J]. 广东土木与建筑，2004（11）：49-51.

[5]孙连，庄欠伟.盾构盾尾间隙测量装置试验研究[J].现代隧道技术，2016（S1）：62-65.

（作者单位：1北方重工装备（沈阳）有限公司；

2北方重工集团销售有限公司）