[发明专利]一种基于任意角度的管片姿态偏差测量方法及装置

说明书

本发明涉及隧道结构质量检测技术领域，公开了一种基于任意角度的管片姿态偏差测量方法及装置。测量方法如下：先通过全站仪得到管片上任意两点A、B的空间坐标计算得到中心点C的坐标，找到与C点共面的设计中心点U坐标，以U点作为原点建立XOY的平面坐标系；以在该坐标系中通过A、B两点的投影连线方位角，并以过C点在该坐标系投影点且垂直于的中线D的方位角，最后以设计管片的半径值结合中线D的方位角计算实际中心Q相对于C点的坐标偏差量，得到实际Q点相较于U点的偏差量。测量装置包括测量尺，所述测量尺两端端部固定有反射棱镜。本发明通过测量管片上任意两点的三维坐标计算获得隧道实际中心的三维坐标，克服现有技术中测量尺必须保持水平才能进行测量的缺陷。

技术领域

本发明涉及隧道结构质量检测技术领域，具体涉及一种基于任意角度的管片姿态偏差测量方法及装置。

背景技术

盾构法隧道的基本原理是使用一种全封闭的隧道掘进设备沿着隧道设计轴线进行开挖土体而向前推进。在隧道的盾构施工过程中，由于盾构机是由全自动导向系统指导掘进，一旦导向系统出现故障，管片姿态出现偏差，就会造成不可挽回的质量事故和经济损失。管片姿态偏差是指管片的中线与设计轴线之间的偏差，施工过程中需要控制管片姿态偏差不能超出设计和国家规范要求的范围。因此，在实际施工过程中，需要多次现场复核测量确定管片中线和设计轴线的偏差。

申请人检索到现有技术如下：中国实用新型专利，申请号 CN201620559509.4，公开了一种快速测量盾构隧道管片姿态测量尺，所述测量尺包括矩形尺、水平尺和全站仪棱镜，所述水平尺平行安装在矩形尺的上表面，其中心轴与矩形尺的中心轴在同一直线上，在矩形尺下方中央部位设有棱镜杆，所述全站仪棱镜通过转轴安装在棱镜杆上，并可沿着转轴360度旋转。

该实用新型虽然克服了传统测量尺只能在管片底部测量管片姿态的方式，但依然存在测量尺必须放置水平才能精确测量的问题。而在测量尺的实际应用场所中，由于施工地情况复杂多变，有时很难将测量尺放置并维持水平，则该处就不能正常测量，就会缺少部分测量数据，不利于对现场施工质量情况的全面掌握。

发明内容

为了解决现有技术只能在测量尺放置水平时才能测量隧道实际中心与设计中心偏差的问题，本申请提供一种以任意角度放置也能测算出隧道实际中心与设计中心偏差的测量方法及装置

为了达到上述目的，本申请所采用的技术方案为：

一种基于任意角度的管片姿态偏差测量方法，首先通过全站仪得到管片上任意两点A、B的空间三维坐标，并计算得到其空间中心点C的三维坐标，根据设计资料找到与C点共面的设计中心点U三维坐标，以U点作为原点建立XOY 的平面坐标系；

在该坐标系中通过A、B两点的投影连线方位角，并以过C点在该坐标系投影点且垂直于的中线D的方位角，最后以设计管片的半径值结合中线 D的方位角计算实际中心Q相对于C点的坐标偏差量，从而得到实际Q点相较于U点的偏差量。

进一步的，得到坐标A(x1，y1，z1)和B(x2，y2，z2)后，通过公式组一计算坐标C((x3，y3，z3)：

公式组一：x3＝(x1+x2)/2

y3＝(y1+y2)/2

z3＝(z1+z2)/2

通过公式二计算A、B两点距离：

公式二：

其中，d为A、B两点之间的直线距离。

进一步的，在以U点作为原点建立XOY的平面坐标系中A、B两点的投影连线方位角的表示为：

公式三：

其中，A'(x1'，y1')为A点在该坐标系中的投影坐标，B'(x2'，y2')为 B点在该坐标系中的投影坐标。