海瑞克盾構(gòu)機導(dǎo)向系統(tǒng)簡介（PPT版）

1、海瑞克盾構(gòu)機導(dǎo)向系統(tǒng)簡介2010年08月10日一、盾構(gòu)隧道測量的內(nèi)容1、地面平面及高程控制測量2、井下聯(lián)系測量3、洞內(nèi)平面及高程控制測量4、導(dǎo)向系統(tǒng)5、盾構(gòu)姿態(tài)測量6、管環(huán)檢測二、導(dǎo)向系統(tǒng)1、VMT導(dǎo)向系統(tǒng)概述： 在隧道掘進(jìn)的過程中,為了避免盾構(gòu)機(TBM)發(fā)生意外的運動及方向的突然改變, 必須對TBM的位置和DTA(隧道設(shè)計軸線)的相對位置關(guān)系進(jìn)行持續(xù)地監(jiān)控測量，使TBM能夠按照設(shè)計路線精確地掘進(jìn)。這就是TBM采用“導(dǎo)向系統(tǒng)”（SLS）的原因，德國VMT公司的SLS-T系統(tǒng)就是為此而開發(fā)，該系統(tǒng)能為TBM沿設(shè)計軸線（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、黃盒子和計算機及掘進(jìn)軟件組成。 1.1 全站儀(TCA) 帶有馬達(dá)驅(qū)動，可以自動照準(zhǔn)和搜索目標(biāo)，并可發(fā)射激光束，主要用于后視定向，測量距離、水平角和豎直角，并將測量結(jié)果傳輸?shù)接嬎銠C。1.2 ELS靶 也稱光靶板，是一臺智能性型的傳感器。ELS接收全站儀發(fā)射的激光束，測定水平和垂直方向的入射點。偏角由ELS上激光的入射角確認(rèn)，坡度由該系統(tǒng)內(nèi)的傾斜儀測量。ELS在盾構(gòu)機體上的位置是確定的，即對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算機之間的通信和數(shù)據(jù)傳輸。1.5 計算機掘進(jìn)軟件 SLS-T軟件是自動導(dǎo)向系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和自動控制的核心，通過計算機分別與全站儀和ELS通信接收數(shù)據(jù)，盾構(gòu)機在線路平、剖面上的位置計算出來后，以數(shù)字和圖形在計算機上顯示出來。 四、導(dǎo)向基本原理 洞內(nèi)控制導(dǎo)線是支持盾構(gòu)機掘進(jìn)導(dǎo)向定位的基礎(chǔ)。激光全站儀安裝在位于盾構(gòu)機右上側(cè)管片拖架上，后視基準(zhǔn)點（后視靶棱鏡）定位后，全站儀自動掉過方向來，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ELS棱鏡和激光全站儀就可以測量出激光站至ELS靶間的距離。TBM的仰俯角和

4、滾動角通過ELS靶內(nèi)的傾斜計來測定。ELS靶將各項測量數(shù)據(jù)傳向主控計算機，計算機將所有測量數(shù)據(jù)匯總，就可以確定TBM在坐標(biāo)系統(tǒng)中的精確位置。將前后兩個參考點的三維坐標(biāo)與事先輸入計算機的DTA（隧道設(shè)計軸線）比較，就可以顯示盾構(gòu)機的姿態(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)托架的定位在整個盾構(gòu)施工測量過程中顯得格外重要。盾構(gòu)機在曲線段始發(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)計提高約15，以消除盾構(gòu)機入洞后“栽頭”的影響。反力架的安裝位置由始發(fā)托架來決定，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SLS-t導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置, 須事先對軟件的部分文件進(jìn)行更新。這是因為一條新的隧道有新的DTA的緣故，另外還需要把掘進(jìn)號碼歸零。下面是掘進(jìn)一條新隧道前對導(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 在一條隧道結(jié)束以后，在VMT導(dǎo)向系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中存儲了每一環(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)庫文件，使在掘進(jìn)新的隧道前，掘進(jìn)號碼歸零。第一

6、步：從TBM計算機的slst文件夾中將以前slst.db備份第二步：從VMT空的數(shù)據(jù)庫中拷備以下三個文件： slst.db slsrb.db slstcopy.db接著將以上三個文件拷入TBM計算機的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程中出現(xiàn)的問題，以便于追蹤溯源。因此對于新的隧道沒有必要繼續(xù)保留這些文件。在一個隧道結(jié)束以后，這些文件會變的比較大，占用比較大的磁盤空間，以至于磁盤上沒有足夠的空間來存放新的文件。一般來說，所有需要的歷史數(shù)據(jù)都能在數(shù)據(jù)庫中找到。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，則可對這些文件進(jìn)行備份。 4）編輯器重新始發(fā)時，除了激光站和后視點的位置坐標(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的坐標(biāo)確定以后，將其輸入導(dǎo)向系統(tǒng)，此時導(dǎo)向系統(tǒng)便做好了導(dǎo)向定位的準(zhǔn)備。 5）ELS在結(jié)束一個隧道以后，ELS 如果在TBM拆卸的過程中ELS被取下，則對于新的隧道，要對ELS重新安裝，因此有必要對TBM重新進(jìn)行測量以便確定ELS參數(shù)的偏移量。這可通過測量焊接在TBM上的幾個點來實現(xiàn)，將測量的結(jié)果發(fā)給VMT公司，VMT將對測量的結(jié)果進(jìn)行計算以決定偏移的量。 3、移站 3.1 激光站人工移站 盾構(gòu)機掘進(jìn)時的姿態(tài)控制是通過全站儀實時測設(shè)

8、ELS的坐標(biāo)，反算出盾構(gòu)機盾首、盾尾的實際三維坐標(biāo)，通過比較實測三維坐標(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)機最后一節(jié)臺車后進(jìn)行，這樣就可以直接站在盾構(gòu)機上移站，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，測量出棱鏡中心到托架底板的高程，然后直接從下面的測站采用極坐標(biāo)測量方式測出托架的三維坐標(biāo)。 然后在后視靶托架上設(shè)站，前視直接采用極坐標(biāo)測量方式測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)有沒有錯誤。如果超限，將會顯示差值，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程。 3.2 激光站自動移站 VMT導(dǎo)向軟件SLST有激光站自動移站功能，移站的過程除了托架和全站儀及后視棱鏡的安裝，其它測量工作都可以通過此功能完成。 程序的啟動及

10、后續(xù)測量工作在主控室進(jìn)行。此時SLS-T軟件處于“管片拼裝”狀態(tài)，按功能鍵F3，關(guān)閉測量后，通過功能鍵“激光站移站F6”來啟動程序。在初始窗口中，按下按鈕“測量開始F2”，啟動方位檢測程序。方位檢測被成功的執(zhí)行后，顯示檢測結(jié)果，在得到理想的結(jié)果后，按下F2確認(rèn)后方位檢測的結(jié)果。 在測定新激光站點坐標(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的大致里程；當(dāng)前棱鏡的高度及儀器的高度；新站點的點位編碼。在信息輸入窗口下，按下F2鍵啟動程序。全站儀自動搜索到前視棱鏡（即新激光站點）后，自動瞄準(zhǔn)棱鏡進(jìn)行測量。屏幕顯示計算出來的新激光站點坐標(biāo)。在測定新激光站坐標(biāo)時，為避

11、免獲得錯誤的數(shù)據(jù)，須遮蓋住其他的反射棱鏡。新激光站點的坐標(biāo)測定后，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)，新的信息窗口會顯示新激光站點三維坐標(biāo)，然后將新激光站點上的全站儀手動轉(zhuǎn)向新的后視點即原先的激光站，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)的過程中，可能會由于安裝托架的管片出現(xiàn)沉降、位移或托架被碰動，使激光站點或后視靶的位置發(fā)生變化，從而全站儀測得錯誤的盾構(gòu)機姿態(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，通過功能鍵F5對全站儀的定位進(jìn)行檢查，如果測得的后視靶的值超過了在編輯器中設(shè)定的限值時，需要對激光站進(jìn)行人工檢查。檢查方法是利用洞內(nèi)精密導(dǎo)線點對激光站點及后視靶點位置進(jìn)行測量，重新確定兩點的三維坐標(biāo)。 五、盾構(gòu)姿態(tài)人工復(fù)測 1、盾構(gòu)姿態(tài)人工檢測概述 在盾構(gòu)施工的過程中，為了保證導(dǎo)向系統(tǒng)的正確性和可靠性，在盾構(gòu)機掘進(jìn)一定的長度或時間之后，應(yīng)通過洞內(nèi)的獨立導(dǎo)線獨立的檢測盾構(gòu)機的姿態(tài)，即進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)的人工檢測。 2、盾構(gòu)機參考點的測量 在進(jìn)行盾構(gòu)機組裝時，VMT公司的測量工程師就已經(jīng)在盾體上布置了盾構(gòu)姿態(tài)測量的參考點(共21個)，如圖。并精確測定了各參考點在TBM坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。我們在

13、進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)的人工檢測時，可以直接利用VMT公司提供的相關(guān)數(shù)據(jù)來進(jìn)行計算。其中盾體前參考點及后參考點是虛擬的，實際是不存在的。 盾構(gòu)機參考點的布置 盾構(gòu)姿態(tài)人工檢測的測站位置選在盾構(gòu)機第一節(jié)臺車的連接橋上,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全站儀的連接螺栓就可以了。測量時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場條件盡量使所選參考點之間連線距離大一些，以保證計算時的精度，最好保證左、中、右各測量一兩個點，這樣就可以提高測量計算的精度。例如在S285選擇盾構(gòu)機的參考點時，即是選擇的8、12、21三點作為盾構(gòu)姿態(tài)人工檢測的參考點。 3、盾構(gòu)姿態(tài)的計算 首先把VMT公司測量工程師已測參考點的相對坐標(biāo)（至少3個點）輸入至CAD文件中；然后把我們每次所測相同編號參考點的三維絕對坐標(biāo)輸入到同一CAD文件里面。利用CAD里面的“對齊”命令后，通過測量垂線在水平和垂直方向上的偏離值來求解盾構(gòu)機前后點的姿態(tài)。盾構(gòu)姿態(tài)CAD計算示意圖 七、管環(huán)檢測 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,水平尺長可根據(jù)實際情況調(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，就可以計算出實際上的管環(huán)中心與水平尺上反射片中心的高差。測量時，首先把水平尺精確整平，然后用全站儀測量出水平尺上反射貼片中心的三維坐標(biāo)，就可以推算