【正文】 測量技術在盾構隧道導向系統(tǒng)中的應用 摘 要 在對導向系統(tǒng)分類的基礎上，介紹了一套自動全站儀自動跟蹤式導向系統(tǒng)，論述了導向系統(tǒng)的主要組成和功能。通過設置兩個固定距離的激光靶，自動跟蹤全站儀可實時測定盾構機的當前位置和姿態(tài)，從而通過集成相關軟件和控制器指導盾構機沿設計隧道中心線掘進 .導向系統(tǒng)自動化程度高、方案可行，理論證明其能滿足盾構施工導向系統(tǒng)的精度要求。由于地下施工條件艱苦、環(huán)境復雜，洞內濕度、大氣折光和地球曲率等將對導向系統(tǒng)產生一定影響，可采取進一步措施提高精度，這里論述了采取自動跟蹤全站儀導向系統(tǒng) 與傾斜儀等傳感器相配合的措施以達到到檢核的效果。從而提高修正精度。利于盾構司機合理調整盾構參數，保證盾構機沿隧道主軸線行進。 關鍵詞： 盾構機； 導向系統(tǒng)； 姿態(tài)控制； 傾斜儀 II Abstract On the guidance system of classification on the basis of, and developed a set of automatic total station instrument automatic tracking type guiding system, discusses the main ponent of the system and the function of guiding. Through a set of two fixed distance of the laser target tracking, automatic total station can be realtime determination of shield machine 39。s current position and attitude, and through the integration of software and controller of shield machine design guide along the tunnel center line tunneling. Guiding system of high degree of automation, the scheme is feasible, proved its can satisfy the precision requirement of shield construction guidance system. Due to harsh conditions, construction of underground environment is plex, the humidity, atmospheric refraction and the earth curvature will produce certain effect to guide system, can take further measures to improve the accuracy, this paper discusses the take automatic tracking total station guide system and inclinometer sensor matching measures to achieve to check the effect of. In order to improve the accuracy of. Reasonable adjustment of parameters for shield driver shield, shield tunnel machine spindle along the line. Key words: Shield machine ； Guidance system ； Attitude control ； Inclinometer 目錄 目 錄 摘 要 .............................................................. I Abstract........................................................... II 第 1 章 引言 ..................................................... 1 第 2 章 綜述 ..................................................... 2 盾構機的簡介 .............................................. 2 盾構隧道導向施工 ........................................... 3 第 3 章 盾構隧道自動導向系統(tǒng) .................................... 4 自動導向系統(tǒng)的組成 ........................................ 4 自動導向系統(tǒng)在隧道貫通工程中的意義 ........................ 4 盾構隧道自動 導向系統(tǒng)的分類 ................................ 5 陀螺儀導向系統(tǒng) ......................................... 5 激光導向系統(tǒng) ........................................... 6 自動跟蹤式全站儀新型導向系統(tǒng) ............................ 6 二棱鏡加傾斜儀導向系統(tǒng) .................................. 9 幾種導向系統(tǒng)優(yōu)缺點的比較與分析 ............................ 12 棱鏡法在土壓平衡式盾構機測量系統(tǒng)上的應用 ................. 13 第 4 章 棱鏡與傾斜儀高精度自動 導向系統(tǒng) ......................... 16 棱鏡與傾斜儀自動導向系統(tǒng)的原理 ........................... 16 傾斜儀 ................................................... 16 聯合數據處理的數學模型 .................................... 19 第 5 章 棱鏡與傾斜儀自動導向系統(tǒng)的應用 ......................... 22 驗證算例 ................................................. 22 同一平面內網型分布對點位精度的影響 ....................... 26 第 6 章 結束語 .................................................. 28 參 考 文 獻 .................................................... 29 謝 辭 ......................................................... 30 第 1 章 引言 1 第 1 章 引言 盾構自動導向系統(tǒng) ( 以下簡稱導向系統(tǒng) ) 是盾構工程施工的關鍵部件。該系統(tǒng)利用先進的測量、電子傳感器和計算機技術來計算盾構機的位置、姿態(tài)和趨勢信息，并與 DTA( 設計隧道軸線 ) 進行比較，以直觀的方式給盾構機操控人員實時地提 供信息。盾構自動導向系統(tǒng)有陀螺法、激光法、棱鏡法 3 種，陀螺法因其操作復雜、價格昂貴、精度低而逐步被淘汰。目前采用的有激光法和棱鏡法 2 種，激光法主要以英國的 ZED 和德國的 VMT 為代表。激光法導向系統(tǒng)采用帶隧道激光的全自動全站儀和激光感應器 [ELS( 電子激光 ) 標靶 ]。在盾構機安裝時，測定盾構機切口中心與盾尾中心相對于 ELS 標靶中心的局部坐標參數，這些參數是固定的，然后在施工中通過全站儀及 ELS 標靶采集的數據并結合初始參數進行逆算，從而得出盾構機切口及盾尾的三維坐標，再結合 DTA 數據庫就能生成盾 構姿態(tài)棱鏡法是帶自動目標識別的測量機器人技術而發(fā)展起來的。搜索方式有主動式、被動式。主動式是通過全站儀自身的搜索功能，利用棱鏡對信號的反射來識別。被動式是通過棱鏡自身發(fā)射信號，供全站儀搜索識別。同時傾斜儀技術的發(fā)展，測角范圍、測角精度和測量環(huán)境上的突破，使其滿足了地下工程施工的要求，也為棱鏡法的最終應用提供了更多的選擇。 2 第 2 章 綜述 盾構機的簡介 盾構機是一種在地下工程施工中開挖軟弱地質的專用工程機械，主要由盾體、刀盤驅動系統(tǒng)、推進系統(tǒng)、排渣系統(tǒng)、管片拼裝系統(tǒng)、同步注漿系統(tǒng)以及盾尾密封系統(tǒng)等構成， 適用于隧道、礦山巷道、城市市政隧道等各種隧道工程?，F代盾構機是集機、電、液、控制、信息技術于一體的智能化大型工程機械裝備，具有開挖切削土體、輸送渣土、拼裝隧道襯砌、測量導向和糾偏等功能 .。隨著發(fā)達國家經濟、科技的發(fā)展，大量地下工程投入建設，促使盾構技術取得了長足的發(fā)展，而我國還處于盾構機的引進消化吸收階段?，F代盾構技術的發(fā)展一直圍繞地面沉降控制、掘進過程和位姿的自動控制、隧道襯砌和質量三個方面開展研究?，F代高新技術的應用使得盾構掘進時的地面沉降控制、推進速度控制、測控導向和自動襯砌等變得越來越容易 ，自動化 程度大大提高，但多數施工控制仍需人工操作。由于地質情況的復雜多變，掘進裝備設計或操作不當， 導致地表隆起或塌陷、隧道掩埋和人員傷亡等重大事故時有發(fā)生。因此，隧道掘進施工是一個高風險的行業(yè)，其施工的安全、效率問題仍是世界性的重大技術難題 。所以，為使盾構機高精、高效，安全施工，實現整個盾構掘進裝備高度的自動化、智能化，最終實現無人值守將是盾構技術發(fā)展的必然趨勢。因此，盾構機自動控制技術的研究成為近年來自動化領域一個新的熱點。 圖 21 盾構機結構圖 第 2 章 綜述 3 盾構隧道導向施工 盾構隧道施工區(qū)別于一般的土木工程 ,對 施工的精度要求非常高 ,管片的制作精度幾乎近似于機械制造的程度。施工時對隧道的設計斷面不能隨意調整 ,對隧道軸線的偏離、管片拼裝的精度也有很高的要求。而隧道斷面是由盾構機挖掘形成 ,加上其施工速度快 ,且一次成型 ,施工時對盾構機行走軌跡的要求非常嚴格。另外 ,盾構糾偏過程中 ,盾構機調整角度后掘進方向與原掘進方向存在一微小夾角 ,這樣開挖的橫斷面形成一橢圓形 ,其截面面積大于盾構機的截面面積 ,造成了地層損失。同時在糾偏過程中還會對土體造成側面擠壓 ,加大了對土體的擾動。地層損失和擾動程度越大 ,引起的地層、地表沉降量就越大 ,對 周圍環(huán)境的影響越大。盾構施工的主要技術就是盡可能在不擾動圍巖的前提下完成施工 ,從而最大限度地減少對地面建筑物及地基內埋設物的影響。而盾構隧道施工中的姿態(tài)控制及導向測量除與隧道貫通有直接影響外 ,還與隧道設計、施工的質量要求以及圍巖的擾動、地層的沉降有關。建立精確的盾構導向系統(tǒng) ,準確、動態(tài)地測定盾構位置和姿態(tài) ,是平穩(wěn)控制推進軸線 ,保證施工的安全和質量 ,以及減少對周圍環(huán)境影響的一項必不可少的措施。本文闡述了盾構隧道施工中幾種導向系統(tǒng)，重點論述了全站儀激光導向系統(tǒng)的設計與組成，指出了目前存在的問題， 并論述了與測斜 儀等傳感器配合起到檢核效果的方法。 圖 22 盾構機切口作業(yè)面 4 第 3 章 盾構隧道自動導向系統(tǒng) 自