CN104236484A - 一种实时监测顶管机机头偏位的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实时监测顶管机机头偏位的装置及方法，属于顶管机施工技术领域，用于解决顶管机机头偏位的监测或效率低或成本高的问题。该装置包括设置于工作井的激光光源；设置于机头上的光靶，光靶的中心位置与激光光源的连线平行于顶管机的水平轴线；设置于机头上的测斜仪；设置于机头上的数据采集模块，包括依次连接的图像采集模块以及数据发射模块；以及一控制中心，包括依次连接的数据接收模块以及数据处理模块，数据接收模块与数据发射模块通过无线或者有线方式连接，数据处理模块与一显示装置连接。用该装置监测顶管机头偏位的方法，操作简便，监测效率高，监测结果准确。

Description

一种实时监测顶管机机头偏位的装置及方法

技术领域

本发明属于顶管机施工技术领域，尤其涉及一种实时监测顶管机机头偏位的装置及方法。

背景技术

近几年来,随着城市车辆保有量及人口数量的增加，城市建设步伐不断加快，出现了诸如城市居民过街难、道路交叉口车辆交通拥挤、城市市政管线施工需要对道路反复开挖等问题。从而需要建设越来越多的地下隧道来解决或缓解上述问题。顶管隧道掘进技术具有自动化程度高、节省人力、施工速度快的优势，并且在开挖时可以控制地面沉降，减少对地面建筑物的影响。因此，在地下隧道铺设中，顶管机发挥着越来越重要的作用。

顶管机施工时，在工作井内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后，再放入第二节管子继续顶进。顶管机的工作原理是：利用主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推进到接收井内吊起；管道紧随工具管或掘进机之后，埋设在两坑之间。

顶管机施工过程中，由于一次挖土深度过大或者其他因素会造成机头偏位，从而影响施工安全。为保证顶管机的正常施工，需要实时测量顶管机的姿态，及时矫正顶管机机头的偏位。目前常用的测量方法有：人工测量法和自动跟踪全站仪测量法等。其中，人工测量法主要是人工计算偏差，耗时长，偏差大，无法满足顶管机施工要求测量准确高效的要求。自动跟踪全站仪测量法价格昂贵。因此，如何在成本较低的情况下，实时、准确的监测顶管机机头偏位情况成为本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实时监测顶管机机头偏位的装置及方法，以解决传统的顶管机机头偏位的监测或效率低或成本高的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种实时监测顶管机机头偏位的装置，用于监测所述顶管机机头在工作井中的位置，包括：设置于所述工作井的激光光源；设置于所述机头上的光靶，所述光靶的中心位置与所述激光光源的连线平行于所述顶管机的水平轴线；设置于所述机头上的测斜仪；设置于所述机头上的数据采集模块，包括依次连接的图像采集模块以及数据发射模块；以及一控制中心，包括依次连接的数据接收模块以及数据处理模块，所述数据接收模块与所述数据发射模块通过无线或者有线方式连接，所述数据处理模块与一显示装置连接。

进一步地，所述图像采集模块为摄像机，所述摄像机朝所述光靶方向设置。

进一步地，还包括一测量环，所述测量环设置于所述光靶的上方。

进一步地，所述控制中心还包括预报警模块。

一种实时监测顶管机机头偏位的方法，包括如下步骤：

步骤一：提供实时监测顶管机机头偏位的装置；

步骤二：所述测斜仪的信号经过所述顶管机机头内的PLC可编程控制器传输到所述控制中心；同时，所述数据采集模块的信号分别通过数据发射模块和所述数据接收模块传输到所述控制中心；所述控制中心的所述数据处理模块分别将所述测斜仪的信号和所述数据采集模块的信号进行处理，得到所述顶管机机头偏位的偏差值；并通过所述显示装置显示出来。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本实施例的实时监测顶管机机头偏位的装置，用于监测顶管机机头在工作井中的位置，包括设置于工作井的激光光源；设置于机头上的光靶，光靶的中心位置与激光光源的连线平行于顶管机的水平轴线；设置于机头上的测斜仪；设置于机头上的数据采集模块，包括依次连接的图像采集模块以及数据发射模块；以及一控制中心，包括依次连接的数据接收模块以及数据处理模块，数据接收模块与数据发射模块通过无线或者有线方式连接，数据处理模块与一显示装置连接。通过在工作井设置激光光源发射激光束，激光束沿顶管机管节中预留通道入射到顶管机机头的光靶上，依此检测顶管机机头的位置和姿态。图像采集模块全景拍摄光靶图像，并将实时拍摄到的图片信息通过数据发射模块无线传输至控制中心，经控制中心的数据处理模块处理得到顶管机机头偏离顶进轴线的偏差值，并通过显示装置显示出来。顶管机操作人员通过实时读取该偏差值，实时通过纠偏千斤顶来控制顶管机机头的偏位。

2、本实施例的实时监测顶管机机头偏位的方法，首先提供实时监测顶管机机头偏位的装置，并将装置调整到最佳位置；然后测斜仪的信号经过顶管机机头内的PLC可编程控制器传输到控制中心；同时，数据采集模块的信号分别通过数据发射模块和数据接收模块传输到控制中心；控制中心的数据处理模块分别将测斜仪的信号和数据采集模块的信号进行处理，得到顶管机机头偏离顶进轴线的偏差值；并通过显示装置显示出来。该方法成本低，操作简便，能够实现对顶管机机头偏位的智能化监测，监测效率高，监测结果准确，具有可推广性。

附图说明

本发明的实时监测顶管机机头偏位的装置及方法由以下的实施例及附图给出。

图1为本发明一实施例中实时监测顶管机机头偏位的装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例中实时监测顶管机机头偏位的装置中光靶的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的实时监测顶管机机头偏位的装置及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

结合图1和图2，详细说明本发明的实时监测顶管机机头偏位的装置的结构。

如图1所示，一种实时监测顶管机机头偏位的装置，用于监测顶管机机头1在工作井(图中未示出)中的位置，该装置包括设置于工作井中的激光光源2；设置于机头1上的光靶3，光靶3的中心位置与激光光源2的连线平行于顶管机的水平轴线；设置于机头1上的测斜仪4；设置于机头1上的数据采集模块5，数据采集模块5包括依次连接的图像采集模块以及数据发射模块；以及一控制中心(图中未示出)，控制中心包括依次连接的数据接收模块(图中未示出)和数据处理模块(图中未示出)，数据接收模块与数据发射模块通过有线或者无线方式连接，数据处理模块与一显示装置(图中未示出)连接。

继续参考图1和图2，具体来说，顶管机在顶进施工过程中需要实时监控机头1的偏位情况，顶管机操作人员根据监测的机头1的偏位信息，调整纠偏千斤顶来进行及时矫正，以保证其安全施工。主要是利用光的直线传播原理实现对机头1偏位的监测。在工作井的基准点中设置激光光源2，激光光源2用于产生激光束，激光束沿顶管机管节中预留通道入射到设置在机头1的光靶3上，以检测顶管机机头的位置。为了节省成本，激光光源2可以选择激光经纬仪，只要能够持续发射出一定射程的激光束即可。光靶3竖向设置于顶管机机头1上，并使得光靶3的中心位置“0”与激光光源2的连线平行于顶管机的水平轴线，激光束在光靶3上形成红色的光斑。由于事先已经将激光束与顶管机的水平轴线调整至平行，光靶3上激光光斑的位置变化即为顶管机的位置变化。光靶3设有由若干相交的横向分隔线和纵向分隔线组成的网格，横向分隔线和纵向分隔线分别平行且等间距。顶管机在顶进施工过程中，激光点开始移至“M”或“N”点，其平面偏差分别为+M1或-N1，高程偏差分别为+M2或-N2,。通过读取激光束在光靶3上的坐标数据，便可以分析出顶管机机头1的偏位情况。传统施工中多采用人工采集、人工处理顶管机机头1偏位的情况，并将监测到的偏位信息反馈给顶管机操作人员，从而对顶管机机头1及时矫正偏位，以保证顶管机的正常顶进施工。然而，人工采集和处理机头1的偏位数据会造成数据遗漏，从而产生数据失真，影响顶管机机头偏位的准确监测。而且，由于人工采集、记录和处理数据需要耗费一定的时间，无法实现实时读取和记录数据，而无法及时对顶管机机头进行纠偏，从而影响顶管机的正常施工。本实施例中采用智能化的实时监测顶管机机头偏位的装置，实时采集和处理激光束在光靶3上的坐标数据，以实现实时监测顶管机机头的偏位情况并实时反馈给顶管机操作人员，以方便顶管机操作人员及时纠正顶管机机头的偏位。

具体来说，继续参考图1，本发明的数据采集模块5位于顶管机机头1上，数据采集模块包括依次连接的图像采集模块(图中未示出)以及数据发射模块(图中未示出)。图像采集模块可以拍摄光靶3的坐标全景，能够实时采集激光束在光靶3上的坐标位置。为了取材方便，可以采用摄像机作为图像采集模块，摄像机朝光靶3的方向设置，并辅以适当的照明。图像采集模块拍摄到的图片信息通过数据发射模块采用无线传输方式传输至设置于控制计算机上的控制中心(图中未示出)。控制中心的数据接收模块接收图片信息，并经数据处理模块计算得到顶管机机头的高程偏差量、平面偏差量以及顶管机机头偏离顶进轴线的偏差值，最后将所得到的数据通过显示装置的显示屏显示出来。与此同时，固定于顶管机机头上的测斜仪将信号通过顶管机机头内的PLC可编程控制器传输到控制中心的计算机，得到顶管机机头的坡度和转角数据，并在显示装置的显示屏显示出来。顶管机操作人员通过读取显示屏上的数据，对四只纠偏千斤顶编排组合来使顶管机机头达到纠偏的控制。

继续参考图1，特别地，为了避免顶管机机头旋转而引起的测量误差，实时监测顶管机机头偏位的装置还包括一测量环,6，测量环6设置于光靶3的上方。通过在顶管机机头内安装测量环6，能够使激光束的激光点在顶管机机头1旋转后均处于水平位置的最高点，从而防止因顶管机机头1的旋转而造成测量误差。

为了更好地反馈监测信息，可以在计算机控制中心设置一个监测数据预报警模块(图中未示出)，预报警装置包括一个自检装置和至少一个警报灯。通过设定自检装置的检测时间和检测频率，将数据处理模块输出的顶管机机头偏离顶进轴线的偏差值与预设的操作参数比对，然后将检测结果反馈到警报灯上。当检测到顶管机机头正常移动时，警报灯显示绿色；当检测到顶管机机头停止移动时，警报灯显示黄色；当检测到顶管机机头偏离顶进轴线时，警报灯显示红色。

下面继续结合图1和图2，详细说明利用本实施例的实时监测顶管机机头偏位的装置进行顶管机机头偏位监测的方法。

实时监测顶管机机头偏位的方法，包括如下步骤：

步骤一：提供实时监测顶管机机头偏位的装置，并将装置调整到最佳位置；

步骤二：测斜仪的信号经过顶管机机头1内的PLC可编程控制器传输到控制中心；同时，数据采集模块5的信号分别通过数据发射模块和数据接收模块传输到控制中心；控制中心的数据处理模块分别将测斜仪的信号和数据采集模块的信号进行处理，得到顶管机机头1偏离顶进轴线的偏差值；并通过显示装置显示出来。

结合上文对实时监测顶管机机头偏位装置的阐述可知，顶管机操作人员通过读取显示装置上的偏差值，对各千斤顶施加不同的作用力来进行纠偏操作，使激光光点返回“0”，并使顶管机机头的坡度和转角保持在一定的范围内。当然，为了更加方便地进行纠偏操作，可以在顶管机机头内配制至少两台摄像机分别监视两个纠偏千斤顶的伸缩距离，从而实时监测纠偏千斤顶的工作情况。

综上所述，本实施例的实时监测顶管机机头偏位的装置，用于监测顶管机机头在工作井中的位置，包括设置于工作井的激光光源；设置于机头上的光靶，光靶的中心位置与激光光源的连线平行于顶管机的水平轴线；设置于机头上的测斜仪；设置于机头上的数据采集模块，包括依次连接的图像采集模块以及数据发射模块；以及一控制中心，包括依次连接的数据接收模块以及数据处理模块，数据接收模块与数据发射模块通过无线或者有线方式连接，数据处理模块与一显示装置连接。通过在工作井设置激光光源发射激光束，激光束沿顶管机管节中预留通道入射到顶管机机头的光靶上，依此检测顶管机机头的位置和姿态。图像采集模块全景拍摄光靶图像，并将实时拍摄到的图片信息通过数据发射模块无线传输至控制中心，经控制中心的数据处理模块处理得到顶管机机头偏离顶进轴线的偏差值，并通过显示装置显示出来。顶管机操作人员通过实时读取该偏差值，实时通过纠偏千斤顶来控制顶管机机头的偏位。本实施例的实时监测顶管机机头偏位的方法，首先提供实时监测顶管机机头偏位的装置，并将装置调整到最佳位置；然后测斜仪的信号经过顶管机机头内的PLC可编程控制器传输到控制中心；同时，数据采集模块的信号分别通过数据发射模块和数据接收模块传输到控制中心；控制中心的数据处理模块分别将测斜仪的信号和数据采集模块的信号进行处理，得到顶管机机头偏离顶进轴线的偏差值；并通过显示装置显示出来。该方法成本低，操作简便，能够实现对顶管机机头偏位的智能化监测，监测效率高，监测结果准确，具有可推广性。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定。本领域的技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种实时监测顶管机机头偏位的装置，用于监测所述顶管机机头在工作井

中的位置，其特征在于，包括：

设置于所述工作井的激光光源；

设置于所述机头上的光靶，所述光靶的中心位置与所述激光光源的连线平

行于所述顶管机的水平轴线；

设置于所述机头上的测斜仪；

设置于所述机头上的数据采集模块，包括依次连接的图像采集模块以及数据发射模块；以及

一控制中心，包括依次连接的数据接收模块以及数据处理模块，所述数据接收模块与所述数据发射模块通过无线或者有线方式连接，所述数据处理模块与一显示装置连接。

2.如权利要求1所述的实时监测顶管机机头偏位的装置，其特征在于，所述图像采集模块为摄像机，所述摄像机朝所述光靶方向设置。

3.如权利要求1所述的实时监测顶管机机头偏位的装置，其特征在于，还包括一测量环，所述测量环设置于所述光靶的上方。

4.如权利要求1所述的实时监测顶管机机头偏位的装置，其特征在于，所述控制中心还包括预报警模块。

5.一种实时监测顶管机机头偏位的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：提供如权利要求1至4任一项所述的实时监测顶管机机头偏位的装置；

步骤二：所述测斜仪的信号经过所述顶管机机头内的PLC可编程控制器传输到所述控制中心；同时，所述数据采集模块的信号分别通过数据发射模块和所述数据接收模块传输到所述控制中心；所述控制中心的所述数据处理模块分别将所述测斜仪的信号和所述数据采集模块的信号进行处理，得到所述顶管机机头偏位的偏差值；并通过所述显示装置显示出来。