海瑞克盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)簡(jiǎn)介（PPT版）

1、海瑞克盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)簡(jiǎn)介2010年08月10日一、盾構(gòu)隧道測(cè)量的內(nèi)容1、地面平面及高程控制測(cè)量2、井下聯(lián)系測(cè)量3、洞內(nèi)平面及高程控制測(cè)量4、導(dǎo)向系統(tǒng)5、盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量6、管環(huán)檢測(cè)二、導(dǎo)向系統(tǒng)1、VMT導(dǎo)向系統(tǒng)概述： 在隧道掘進(jìn)的過(guò)程中,為了避免盾構(gòu)機(jī)(TBM)發(fā)生意外的運(yùn)動(dòng)及方向的突然改變, 必須對(duì)TBM的位置和DTA(隧道設(shè)計(jì)軸線)的相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行持續(xù)地監(jiān)控測(cè)量，使TBM能夠按照設(shè)計(jì)路線精確地掘進(jìn)。這就是TBM采用“導(dǎo)向系統(tǒng)”（SLS）的原因，德國(guó)VMT公司的SLS-T系統(tǒng)就是為此而開(kāi)發(fā)，該系統(tǒng)能為TBM沿設(shè)計(jì)軸線（理論軸線）掘進(jìn)提供所需的重要數(shù)據(jù)信息，且SLS-T系統(tǒng)功能完美，操作簡(jiǎn)單。

2、三、導(dǎo)向系統(tǒng)的組成與功能1、導(dǎo)向系統(tǒng)是由激光全站儀（TCA）、中央控制箱、ESL靶、黃盒子和計(jì)算機(jī)及掘進(jìn)軟件組成。 1.1 全站儀(TCA) 帶有馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，可以自動(dòng)照準(zhǔn)和搜索目標(biāo)，并可發(fā)射激光束，主要用于后視定向，測(cè)量距離、水平角和豎直角，并將測(cè)量結(jié)果傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。1.2 ELS靶 也稱光靶板，是一臺(tái)智能性型的傳感器。ELS接收全站儀發(fā)射的激光束，測(cè)定水平和垂直方向的入射點(diǎn)。偏角由ELS上激光的入射角確認(rèn)，坡度由該系統(tǒng)內(nèi)的傾斜儀測(cè)量。ELS在盾構(gòu)機(jī)體上的位置是確定的，即對(duì)TBM坐標(biāo)系的位置是確定的。 1.3 中央控制箱 主要的接口箱，它為黃盒子（繼而為激光全站儀）及ELS靶提供電源。 1.4

3、黃盒子 它主要為全站儀供電，保證全站儀工作和與計(jì)算機(jī)之間的通信和數(shù)據(jù)傳輸。1.5 計(jì)算機(jī)掘進(jìn)軟件 SLS-T軟件是自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和自動(dòng)控制的核心，通過(guò)計(jì)算機(jī)分別與全站儀和ELS通信接收數(shù)據(jù)，盾構(gòu)機(jī)在線路平、剖面上的位置計(jì)算出來(lái)后，以數(shù)字和圖形在計(jì)算機(jī)上顯示出來(lái)。 四、導(dǎo)向基本原理 洞內(nèi)控制導(dǎo)線是支持盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)導(dǎo)向定位的基礎(chǔ)。激光全站儀安裝在位于盾構(gòu)機(jī)右上側(cè)管片拖架上，后視基準(zhǔn)點(diǎn)（后視靶棱鏡）定位后，全站儀自動(dòng)掉過(guò)方向來(lái)，搜尋ELS靶， ELS接收入射的激光定向光束，即可獲取激光站至ELS靶間的方位角、豎直角，通過(guò)ELS棱鏡和激光全站儀就可以測(cè)量出激光站至ELS靶間的距離。TBM的仰俯角和

4、滾動(dòng)角通過(guò)ELS靶內(nèi)的傾斜計(jì)來(lái)測(cè)定。ELS靶將各項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)傳向主控計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將所有測(cè)量數(shù)據(jù)匯總，就可以確定TBM在坐標(biāo)系統(tǒng)中的精確位置。將前后兩個(gè)參考點(diǎn)的三維坐標(biāo)與事先輸入計(jì)算機(jī)的DTA（隧道設(shè)計(jì)軸線）比較，就可以顯示盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)了。五、導(dǎo)向系統(tǒng)應(yīng)用 1、始發(fā)托架和反力架定位 盾構(gòu)機(jī)初始狀態(tài)主要決定于始發(fā)托架和反力架的安裝，因此始發(fā)托架的定位在整個(gè)盾構(gòu)施工測(cè)量過(guò)程中顯得格外重要。盾構(gòu)機(jī)在曲線段始發(fā)方式通常有兩種：切線始發(fā)和割線始發(fā)。 始發(fā)托架的高程要比設(shè)計(jì)提高約15，以消除盾構(gòu)機(jī)入洞后“栽頭”的影響。反力架的安裝位置由始發(fā)托架來(lái)決定，反力架的支撐面要與隧道的中心軸線的法線平行，其傾角要與線

5、路坡度保持一致。 2、TBM重新始發(fā)前SLS-t程序設(shè)置 在掘進(jìn)一條新的隧道前,為了對(duì)SLS-t導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置, 須事先對(duì)軟件的部分文件進(jìn)行更新。這是因?yàn)橐粭l新的隧道有新的DTA的緣故，另外還需要把掘進(jìn)號(hào)碼歸零。下面是掘進(jìn)一條新隧道前對(duì)導(dǎo)向系統(tǒng)重新設(shè)置的程序。 1）DTA 需要重新導(dǎo)入并創(chuàng)建DTA。在新隧道始發(fā)前，須通過(guò)DTA編輯器把DTA文件載入（Load DTA）導(dǎo)向系統(tǒng)中，并創(chuàng)建DTA（Create DTA）。 2）數(shù)據(jù)庫(kù) 在一條隧道結(jié)束以后，在VMT導(dǎo)向系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)了每一環(huán)掘進(jìn)的數(shù)據(jù)信息記錄。在掘進(jìn)一新隧道之前，一般需要載入空的數(shù)據(jù)庫(kù)文件，使在掘進(jìn)新的隧道前，掘進(jìn)號(hào)碼歸零。第一

6、步：從TBM計(jì)算機(jī)的slst文件夾中將以前slst.db備份第二步：從VMT空的數(shù)據(jù)庫(kù)中拷備以下三個(gè)文件： slst.db slsrb.db slstcopy.db接著將以上三個(gè)文件拷入TBM計(jì)算機(jī)的slst的文件夾中，將電腦中同名的文件重寫。這可以使掘進(jìn)號(hào)碼歸零，并將TBM電腦中的歷史數(shù)據(jù)刪除。 3）日志文件此類文件記錄了在隧道施工的過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，以便于追蹤溯源。因此對(duì)于新的隧道沒(méi)有必要繼續(xù)保留這些文件。在一個(gè)隧道結(jié)束以后，這些文件會(huì)變的比較大，占用比較大的磁盤空間，以至于磁盤上沒(méi)有足夠的空間來(lái)存放新的文件。一般來(lái)說(shuō)，所有需要的歷史數(shù)據(jù)都能在數(shù)據(jù)庫(kù)中找到。因此建議刪除所有的slst路徑中

7、的日志文件。如果有某一方要求此類文件，則可對(duì)這些文件進(jìn)行備份。 4）編輯器重新始發(fā)時(shí)，除了激光站和后視點(diǎn)的位置坐標(biāo)需要更新以外，其它的數(shù)據(jù)保持不變。一旦激光站及后視點(diǎn)的坐標(biāo)確定以后，將其輸入導(dǎo)向系統(tǒng)，此時(shí)導(dǎo)向系統(tǒng)便做好了導(dǎo)向定位的準(zhǔn)備。 5）ELS在結(jié)束一個(gè)隧道以后，ELS 如果在TBM拆卸的過(guò)程中ELS被取下，則對(duì)于新的隧道，要對(duì)ELS重新安裝，因此有必要對(duì)TBM重新進(jìn)行測(cè)量以便確定ELS參數(shù)的偏移量。這可通過(guò)測(cè)量焊接在TBM上的幾個(gè)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，將測(cè)量的結(jié)果發(fā)給VMT公司，VMT將對(duì)測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算以決定偏移的量。 3、移站 3.1 激光站人工移站 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)的姿態(tài)控制是通過(guò)全站儀實(shí)時(shí)測(cè)設(shè)

8、ELS的坐標(biāo)，反算出盾構(gòu)機(jī)盾首、盾尾的實(shí)際三維坐標(biāo)，通過(guò)比較實(shí)測(cè)三維坐標(biāo)與DTA三維坐標(biāo)，從而得出盾構(gòu)姿態(tài)參數(shù)。隨著盾構(gòu)機(jī)的往前推進(jìn)，每隔規(guī)定的距離就必須進(jìn)行激光站的移站。 一般在后視靶托架即將脫出盾構(gòu)機(jī)最后一節(jié)臺(tái)車后進(jìn)行，這樣就可以直接站在盾構(gòu)機(jī)上移站，不需要搭樓梯，既安全又方便。把前視棱鏡安裝在后視托架后，測(cè)量出棱鏡中心到托架底板的高程，然后直接從下面的測(cè)站采用極坐標(biāo)測(cè)量方式測(cè)出托架的三維坐標(biāo)。 然后在后視靶托架上設(shè)站，前視直接采用極坐標(biāo)測(cè)量方式測(cè)出激光站托架的三維坐標(biāo)。然后把后視棱鏡安裝在后視靶托架上，把激光全站儀安裝在激光站托架上整平，把黃盒子固定好，給全站儀接上電源，手動(dòng)把全站儀瞄準(zhǔn)

9、后視棱鏡，瞄準(zhǔn)的精度在10左右，然后把全站儀電源關(guān)閉。接著在主空室里，啟動(dòng)SLS-T，按“編輯器F2”進(jìn)入編輯器窗口，進(jìn)入激光站編輯窗口，輸入激光全站儀中心和后視靶棱鏡中心的三維坐標(biāo)。按“保存”鍵保存，然后關(guān)閉編輯器窗口。再按“定位F5”鍵，給激光全站儀定位。定位完成后，再按“方位檢查F5”鍵，檢查激光站和后視棱鏡的坐標(biāo)有沒(méi)有錯(cuò)誤。如果超限，將會(huì)顯示差值，如果不超限，那么將不顯示。最后再按“推進(jìn)F4”就完成了激光站的人工移站的全過(guò)程。 3.2 激光站自動(dòng)移站 VMT導(dǎo)向軟件SLST有激光站自動(dòng)移站功能，移站的過(guò)程除了托架和全站儀及后視棱鏡的安裝，其它測(cè)量工作都可以通過(guò)此功能完成。 程序的啟動(dòng)及

10、后續(xù)測(cè)量工作在主控室進(jìn)行。此時(shí)SLS-T軟件處于“管片拼裝”狀態(tài)，按功能鍵F3，關(guān)閉測(cè)量后，通過(guò)功能鍵“激光站移站F6”來(lái)啟動(dòng)程序。在初始窗口中，按下按鈕“測(cè)量開(kāi)始F2”，啟動(dòng)方位檢測(cè)程序。方位檢測(cè)被成功的執(zhí)行后，顯示檢測(cè)結(jié)果，在得到理想的結(jié)果后，按下F2確認(rèn)后方位檢測(cè)的結(jié)果。 在測(cè)定新激光站點(diǎn)坐標(biāo)前，事先在信息輸入窗口中輸入如下信息：水平與垂直方向上偏移的近似值及新激光站點(diǎn)的大致里程；當(dāng)前棱鏡的高度及儀器的高度；新站點(diǎn)的點(diǎn)位編碼。在信息輸入窗口下，按下F2鍵啟動(dòng)程序。全站儀自動(dòng)搜索到前視棱鏡（即新激光站點(diǎn)）后，自動(dòng)瞄準(zhǔn)棱鏡進(jìn)行測(cè)量。屏幕顯示計(jì)算出來(lái)的新激光站點(diǎn)坐標(biāo)。在測(cè)定新激光站坐標(biāo)時(shí)，為避

11、免獲得錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，須遮蓋住其他的反射棱鏡。新激光站點(diǎn)的坐標(biāo)測(cè)定后，將全站儀和后視棱鏡轉(zhuǎn)移到新的位置。全站儀和后視棱鏡轉(zhuǎn)移到新的位置后，主控室按功能鍵F2進(jìn)行確認(rèn)，新的信息窗口會(huì)顯示新激光站點(diǎn)三維坐標(biāo)，然后將新激光站點(diǎn)上的全站儀手動(dòng)轉(zhuǎn)向新的后視點(diǎn)即原先的激光站，按下F2，重新調(diào)整定位全站儀上的刻度。成功執(zhí)行上述的步驟后，出現(xiàn)一新的信息窗口。通過(guò)按下F2功能鍵完成激光站移站程序。 3.3 激光站的人工檢查 在推進(jìn)的過(guò)程中，可能會(huì)由于安裝托架的管片出現(xiàn)沉降、位移或托架被碰動(dòng)，使激光站點(diǎn)或后視靶的位置發(fā)生變化，從而全站儀測(cè)得錯(cuò)誤的盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)信息。為了保證激光全站儀的準(zhǔn)確定位，在SLS-T軟件的狀態(tài)為“

12、推進(jìn)”時(shí)，通過(guò)功能鍵F5對(duì)全站儀的定位進(jìn)行檢查，如果測(cè)得的后視靶的值超過(guò)了在編輯器中設(shè)定的限值時(shí)，需要對(duì)激光站進(jìn)行人工檢查。檢查方法是利用洞內(nèi)精密導(dǎo)線點(diǎn)對(duì)激光站點(diǎn)及后視靶點(diǎn)位置進(jìn)行測(cè)量，重新確定兩點(diǎn)的三維坐標(biāo)。 五、盾構(gòu)姿態(tài)人工復(fù)測(cè) 1、盾構(gòu)姿態(tài)人工檢測(cè)概述 在盾構(gòu)施工的過(guò)程中，為了保證導(dǎo)向系統(tǒng)的正確性和可靠性，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)一定的長(zhǎng)度或時(shí)間之后，應(yīng)通過(guò)洞內(nèi)的獨(dú)立導(dǎo)線獨(dú)立的檢測(cè)盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，即進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)的人工檢測(cè)。 2、盾構(gòu)機(jī)參考點(diǎn)的測(cè)量 在進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)組裝時(shí)，VMT公司的測(cè)量工程師就已經(jīng)在盾體上布置了盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量的參考點(diǎn)(共21個(gè))，如圖。并精確測(cè)定了各參考點(diǎn)在TBM坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。我們?cè)?/p>

13、進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)的人工檢測(cè)時(shí)，可以直接利用VMT公司提供的相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算。其中盾體前參考點(diǎn)及后參考點(diǎn)是虛擬的，實(shí)際是不存在的。 盾構(gòu)機(jī)參考點(diǎn)的布置 盾構(gòu)姿態(tài)人工檢測(cè)的測(cè)站位置選在盾構(gòu)機(jī)第一節(jié)臺(tái)車的連接橋上,此處通視條件非常理想,而且很好架設(shè)全站儀。只要在連接橋上的中部焊上一個(gè)全站儀的連接螺栓就可以了。測(cè)量時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件盡量使所選參考點(diǎn)之間連線距離大一些，以保證計(jì)算時(shí)的精度，最好保證左、中、右各測(cè)量一兩個(gè)點(diǎn)，這樣就可以提高測(cè)量計(jì)算的精度。例如在S285選擇盾構(gòu)機(jī)的參考點(diǎn)時(shí)，即是選擇的8、12、21三點(diǎn)作為盾構(gòu)姿態(tài)人工檢測(cè)的參考點(diǎn)。 3、盾構(gòu)姿態(tài)的計(jì)算 首先把VMT公司測(cè)量工程師已測(cè)參考點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)（至少3個(gè)點(diǎn)）輸入至CAD文件中；然后把我們每次所測(cè)相同編號(hào)參考點(diǎn)的三維絕對(duì)坐標(biāo)輸入到同一CAD文件里面。利用CAD里面的“對(duì)齊”命令后，通過(guò)測(cè)量垂線在水平和垂直方向上的偏離值來(lái)求解盾構(gòu)機(jī)前后點(diǎn)的姿態(tài)。盾構(gòu)姿態(tài)CAD計(jì)算示意圖 七、管環(huán)檢測(cè) 根據(jù)管環(huán)的內(nèi)徑是2.7米, 采用鋁合金制作一水平尺,水平尺長(zhǎng)可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。在水平尺正中央貼一反射片。根據(jù)管環(huán)、水平尺、反射貼片的幾何尺寸，就可以計(jì)算出實(shí)際上的管環(huán)中心與水平尺上反射片中心的高差。測(cè)量時(shí)，首先把水平尺精確整平，然后用全站儀測(cè)量出水平尺上反射貼片中心的三維坐標(biāo)，就可以推算