盾构机是集机、电、液、光及信息等多领域先进技术于一体的隧道施工装备,具有掘进速度快、综合效益高等特点。盾尾间隙指盾尾内壁与管片外边缘之间的空隙,是盾构机关键掘进参数之一。在盾构施工中,盾尾间隙不断变化,若间隙值超出设计范围,将增大推进阻力,降低掘进速度,加快盾尾刷磨损,造成盾尾密封失效,甚至发生隧道渗漏、地面坍塌等重大安全事故。因此,准确测量盾尾间隙具有十分重要的意义。以机器视觉技术为基础,提出基于预制标尺的盾尾间隙测量方法,结合测量、分析等功能需求及正确率、准确性等性能指标,研制了一套盾尾间隙非接触式测量系统。对数据采集设备和系统控制设备进行选型与设计,完成硬件系统搭建;以Visual Studio 2017为开发环境,采用C#编程语言,借助OpenCV和EmguCV图像处理技术开发系统软件,实现三层架构设计。为降低预制标尺刻画难度,提高系统标定精度,设计便携式盾尾间隙采集仪,并开发标定软件,用于连续、同步采集盾尾间隙、测量距离及管片端面图像等3类标定数据。利用工业相机和激光传感器分别采集管片端面图像及测量距离,对其进行数据处理,实现管片榫特征提取与测量距离限幅滤波,在此基础上将二者信息集成于管片端面图像坐标系,实现盾尾间隙联合测量;深入研究预制标尺刻画、数据自检、最小盾尾间隙及最大推进液压缸行程差求解等系统关键核心算法,提出计算模型与实现方法,是盾尾间隙测量系统的重要理论基础。将盾尾间隙测量系统应用于京张高铁清华园隧道工程。测量试验发现,数据误差随测量距离增加而逐渐变大,分析提出“近疏远密”预制标尺分段原则,提高测量精度的同时减轻工作量。实时、连续测量盾尾间隙,并对实测数据进行统计分析,结果表明,测量正确率达到96.3%,最大绝对误差为±3 mm,最大相对误差为4.1%,满足工程要求,应用效果良好。最后从硬件设备、软件算法、现场安装及外部环境等4个方面分析相关因素对测量精度的影响,为后续系统优化与完善奠定了基础。