[发明专利]盾构掘进姿态实时测量系统

说明书

技术领域：

本发明涉及一种盾构掘进的控制装置，特别涉及一种盾构掘进姿态的实时测量系统。

背景技术：

盾构掘进技术是地下暗挖隧道的一种工程技术，而确定盾构机在掘进施工中的实时姿态是该工程技术的关键之一，盾构掘进姿态实时测量系统就是在盾构掘进施工中用以检测盾构机实时姿态的控制装置。盾构掘进姿态实时测量系统利用先进的测量、传感和计算机等技术，实时检测盾构机的位置、姿态和趋势信息，并随时将之与设计隧道轴线(Designed TunnelAlignment，以下简称DTA)进行比较，以直观的图文方式向盾构机操控人员提供实时信息，以便操控人员及时对盾构机采取纠偏等控制措施。随着盾构法施工在地铁、公路、电厂、电讯、上下水道等城市基础建设中的广泛应用，盾构掘进姿态实时测量系统也得到了飞速发展和日臻完善。

盾构掘进姿态实时测量系统，又称为盾构姿态自动引导系统，主要分为陀螺法、激光法和棱镜法三种，陀螺惯性系统法因其操作复杂、精度低而逐步被淘汰，目前工程中主要采用的方法是利用激光媒介的激光法和直接观测棱镜的棱镜法两种，该两种方法都是基于通过观测目标来进行导向的工作原理。应用激光法的测量系统以国外的产品为主，如英国ZED公司和德国VMT公司的产品，其系统的价格高达一、二百万，而且要在施工完成后继续使用还必须支付服务费，使用成本之高昂使人不堪重负。因此国内施工一般都采用棱镜法的测量系统。

棱镜法是基于带自动目标识别的全站仪技术的完善而发展起来的，其基本原理和系统结构参见图1。在盾构机13’安装之后，将全站仪1’、若干目标棱镜2’、3’、4’和后视棱镜5’安置在盾构机13’内外，构成三维局部坐标系，然后通过对目标棱镜2’、3’、4’信号的测量，测定盾构机13’的切口中心14’及盾尾中心11’在该三维局部坐标系中的坐标，随后在掘进施工中把全站仪1’和目标棱镜2’、3’、4’自动采集的实时测量数据通过数据传输装置7’传送到控制室12’内的工控机8’进行处理，从而得出盾构机13’上当时切口中心14’及盾尾中心11’所处的三维坐标、盾构机13’的坡度和滚角等，再与储存有DTA的数据库进行比较，就能得到相应的盾构姿态偏差数据并实时地显示出来，同时通过数据交换盒9’、可编程逻辑控制器(PLC)10’输出控制信号至控制装置6’以对盾构机13’实施实时控制。目前全站仪1’对目标棱镜2’、3’、4’信号的搜索方式有两种：一种是主动式、一种是被动式；主动式是通过全站仪1’自身的搜索，对目标棱镜2’、3’、4’的反射信号进行识别，而被动式是通过目标棱镜2’、3’、4’自身发射信号，供全站仪1’搜索识别。