CN105781566A - 一种盾构机双激光靶导向系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种盾构导向系统，特别是一种盾构机双激光靶导向系统，所述导向系统包括：移动激光靶与盾构机中盾固定连接，固定激光靶与隧道管片固定连接，激光全站仪与盾构后配套固定连接，含有坐标计算软件的计算机。采用本发明的技术方案，根据固定激光靶的地球坐标为基础，辅以计算机计算出激光全站仪的地球坐标，再以激光全站仪的地球坐标辅以计算机计算出移动激光靶的地球坐标，由于移动激光靶和刀盘是固定连接，从而有效判断盾构机掘进曲线和设计轴线的一致性；另外通过该技术方案激光全站仪位于移动激光靶和固定激光靶中间，通过激光全站仪旋转发射激光信号，可保证在转弯过程中，可增加激光导线距离从而达到有效减少搬站次数，提高施工效率的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及盾构法隧道施工的系统，特别设计一种盾构机双激光靶导向系统。
背景技术
目前隧道盾构法开挖凭借着自身的优势逐渐成为城市地下施工的主要手段，盾构机在推进过程中特别是转弯过程中，要通过导向系统时时监控盾构机坐标以确定盾构机的掘进轴线，通过调整盾构机的掘进姿态，保证掘进轴线与设计的理论轴线尽量吻合。现有技术激光导向系统中包含激光全站仪和激光靶，激光全站仪与隧道管片固定连接，激光靶与盾构机中盾固定连接，在转弯过程中，随着盾构机的前进，激光全站仪位置保持不变，而固定在中盾上的激光靶相对全站仪的位置就会越来越远。在掘进一段距离和角度后，由于角度偏差或者盾构机内部设备阻挡，激光靶无法捕捉全站仪发射的激光，这时就需要全站仪向前搬站，激光全站仪搬站后要对其坐标重新进行标定，操作复杂；曾尝试将激光全站仪的位置尽量靠前，但由于刚拼装完成的管片会发生上浮或转动，全站仪的位置会发生变化，造成激光全站仪超出坐标误差，需要人员对其坐标重新标定，并造成一定的定位误差。
中国专利号201010532191.8(授权公告号CN102052078B)公开了一种多传感器数据融合的盾构机实时导向系统，包括：括激光全站仪、激光标靶、第一棱镜、第二棱镜、以及计算机，所述激光标靶安装在盾构机内部，其轴线与盾构机轴线平行，用于实时测量盾构机的滚角和俯仰角，所述第一棱镜安装在盾构机内靠近盾尾的一端，第二棱镜安装在盾构机内靠近盾构机刀盘的一端，所述全站仪安装在盾构机后方隧道内的固定观测台上，通过发射测距激光以测量所述第一棱镜和第二棱镜及标靶棱镜在大地坐标系下的坐标；所述计算机提取激光标靶测量得到的盾构机滚角和俯仰角，再根据所述测距激光的水平方位角和所述测距激光与激光标靶轴线的夹角计算出盾构机水平角，进而得到第一组盾构机姿态角；同时，所述计算机根据激光标靶测量得到的上述盾构机滚角，利用两棱镜法，通过第一棱镜和第二棱镜的坐标以及通过第一棱镜和标靶棱镜的坐标，解算出两对盾构机俯仰角和水平角，从而分别得到第二组和第三组盾构机姿态角；此外，所述计算机根据三棱镜法，由第一棱镜和第二棱镜坐标以及标靶棱镜坐标解算得到第四组盾构机姿态角；上述四组盾构机姿态角通过融合处理获得优化的盾构机最终姿态角，进一步计算得到盾构机刀盘中心和盾尾中心的大地坐标，再通过与设计轨道中的数据比较，计算实时掘进偏差量，从而实现对盾构机的实时导向。
中国专利号201210004770.4(授权公告号CN102518445B)公开了一种盾构机的激光导向控制系统，包括：激光全站仪，用于发射激光并测量盾构机中的棱镜在地面坐标系下的坐标；激光接收靶，用于接收激光全站仪发射的激光来确定盾构机的姿态参数；传感器，用于测量盾构机的姿态参数；油缸伸缩控制单元，用于调整各油缸的伸缩量；控制器，用于计算刀头中心点、盾构机中折点和盾尾中心点在地面坐标系下的坐标和相对于掘进计划线的轴向偏移量，并对盾构机的掘进轴线进行修正和拟合，控制油缸伸缩。
以上两个现有技术方案的激光全站仪固定安装在隧道管片上，当盾构机掘进轴线为曲线时，激光全站仪和盾构机中的激光靶和棱镜距离有限制，当达到距离上限时需要停机搬站，搬站过程中需要盾构机停止工作、移动激光全站仪，并且需要人工测量参考点的大地坐标，极大的影像施工效率和增加人工工作量。本发明专利采取的双激光靶导向系统，由于移动激光靶与盾构机中盾固定连接，激光全站仪与盾构后配套固定连接，固定激光靶与隧道管片固定连接，当盾构机在转弯过程中，固定激光靶的大地坐标是固定不变的可以设置为掘进过程中的大地坐标基点，通过激光全站仪为连接点，来确定移动激光靶的大地坐标，移动激光靶与盾构机中盾固定连接，通过计算机计算并确定刀盘的大地坐标，以此判断盾构机掘进轴线和设计轴线是否一致；另外激光全站仪作为中间装置，可向前后激光靶分别发送激光，从而有效增加转弯过程中盾构机推进距离和角度，达到有效减少搬站次数的技术效果，并且搬站过程不需移动激光全站仪，只需要将固定激光靶移动至靠近激光全站仪的管片上，系统自动定位固定激光靶的大地坐标，达到简化搬站过程的技术效果，从而提高工作效率、节约成本。
发明内容
为解决以上技术问题，现需要一种有效延长搬站周期，减少搬站次数，简化搬站流程的导向系统。本发明的目的在于提供一种盾构导向系统，特别是一种盾构机双激光靶导向装置，以解决现有技术盾构机转弯过程中搬站频率高，搬站工作量大的技术问题。
为实现上述目的，本发明公开一种盾构机双激光靶导向装置：
一种盾构机双激光靶激光自动导向系统，包括移动激光靶，激光全站仪及主控台，其特征在于：所述导向系统还包括：固定激光靶，所述固定激光靶为无线激光靶并与隧道管片固定连接；所述激光全站仪与盾构机后配套固定连接；所述移动激光靶为有线激光靶并与盾构机中盾固定连接；所述主控台包含控制箱、计算机、信号处理装置。
所述移动激光靶通过数据线于所述计算机连接；所述移动激光靶接收到的激光数据信息进行处理转为数字信号通过数据线传输给计算机。
所述激光全站仪通过数据线与所述控制箱有线连接；所述控制箱与计算机通过数据线有线连接；所述激光全站仪将测得数字信号通过数据线传送给控制箱，所述控制箱通过数据线将数字信号传输给计算机。
所述固定激光靶有内置的信号处理设备；所述固定激光靶接收到的激光数据信息进行处理并转化为数字信号发给其内置的信号处理设备，信号处理设备将数字信号转化为无线信号发送给主控台相对应的信号处理设备，所述主控台的信号处理设备将接收到的无线信号转化为数字信号，通过数据线传输给计算机。
本发明涉及的一种盾构机双激光靶导向系统，其优点在于：移动激光靶与盾构机中盾固定连接，激光全站仪与盾构机后配套固定连接，固定激光靶与隧道管片固定连接，一个掘进循环内固定激光靶的大地坐标是已知并且固定不变的，激光全站仪发射激光信号给固定激光靶；固定激光靶接收到的激光数据信息进行处理转化为数字信号发给其内置的信号处理设备，信号处理设备将其转化为无线信号向外发射，在主控台相对应的信号处理设备，主控台的信号处理设备将接收到的无线信号转化为数字信号，通过数据线传输给计算机，计算机分析并计算激光全站仪的大地坐标；所述激光全站仪旋转180°左右寻找移动激光靶并发射激光信号，移动激光靶与计算机有线连接并传输信号，计算机基于激光全站仪坐标分析并计算出移动激光靶的大地坐标；由于移动激光靶与盾构机中盾固定连接，从而确定盾构机刀盘的大地坐标，从而判断盾构机掘进轴线和设计轴线是否一致。由于激光全站仪作为中间装置并跟随盾构机掘进移动，向移动激光靶和固定激光靶分别发送激光，从而有效增加转弯过程中盾构机推进距离和角度，达到有效减少搬站次数的技术效果。当固定激光靶不能捕捉其发射的激光信息时，需要停机搬站，只需将固定激光靶前移至可视位置，无需调整激光全站仪位置，此时激光全站仪的大地坐标是固定的，固定激光靶固定在管片，激光全站仪向固定激光靶发射激光信号并通过计算机确定固定激光靶的大地坐标，从而简化了全站仪搬站后固定激光靶坐标定位的工序，有效节约搬站时间并提高搬站效率。在保证移动激光靶和固定激光靶都可以接受到激光的前提下，激光全站仪的固定位置不同位置调整。实验证明：激光全站仪周边可视范围越大，在转弯时导向距离越长。
激光全站仪的位置可根据不同的布置形式、施工工况进行调整，可以将激光全站仪固定在盾构机后配套，包含螺旋输送机、设备桥、拖车，以实现最大限度的延长导向距离。
优选的，激光全站仪与设备桥固定连接，后部空间相对前部较大，可视范围较广，将很大程度上延长导向距离，减少搬站次数。
优选的，激光全站仪与一号拖车固定连接，后部空间相对前部较大，可视范围较广，将很大程度上延长导向距离，减少搬站次数。
一个导向循环，激光全站仪发射激光信号给固定激光靶，固定激光靶接收到的激光数据信息进行处理转化为数字信号发给其内置的信号处理设备，信号处理设备将其转化为无线信号向外发射，在主控台相对应的信号处理设备，主控台的信号处理设备将接收到的无线信号转化为数字信号，通过数据线传输给计算机，计算机分析并计算激光全站仪的大地坐标。
附图说明
图1为本发明盾构机双激光靶导向系统结构示意图
图2为盾构机转弯时双激光靶导向系统结构示意图
实施方式
下面结合附图1、图2和具体实施例对本发明做进一步描述：
附图中：1：移动激光靶；2：激光全站仪3：主控台4：固定激光靶；5：隧道管片；6：盾构机后配套；7：中盾；8：控制箱；9：计算机；10：主控室信号处理装置；11：固定激光靶信号处理装置；12：刀盘；13:一号拖车：14：螺旋输送机；15：设备桥；16：拖车
一种盾构机双激光导向系统，如图1所示：包括移动激光靶1，激光全站仪2以及主控台3，其特征在于：所述导向系统还包括：固定激光靶4，所述固定激光靶4为无线激光靶并与隧道管片5固定连接；所述激光全站仪2与盾构机后配套6固定连接；所述移动激光靶1为有线激光靶并与盾构机中盾7固定连接；所述主控台3包含控制箱8、计算机9、信号处理装置10。
现以盾构机行进速度80mm/min,转弯半径R=250m，管片宽度为1.2m，激光全站仪固定在一号拖车为例，该方法可以是导向距离从30m提升至60m，具体流程如下：
1.如图2显示的设备桥与一号拖车布置形式所示，由于固定激光靶4与隧道管片5固定连接，初始时人工测量可以已知固定激光靶4的大地坐标(X1,Y1,Z1)；
2.激光全站仪2通过向固定激光靶4发出激光信号，固定激光靶4将接收到的激光数据信息进行处理并转化为数字信号发给其内置的信号处理设备11，信号处理设备11将数字信号转化为无线信号发送主控台相对应的信号处理设备10，所述主控台的信号处理设备10将接收到的无线信号转化为数字信号，通过数据线传输给计算机9，计算机分析并计算激光全站仪的大地坐标(X2,Y2,Z2)。
3.所述激光全站仪2旋转180°左右寻找移动激光靶1并发射激光信号，移动激光靶1通过数据线于所述计算机连接，并将接收到的激光数据信息进行处理转为数字信号通过数据线传输给计算机9，计算机9分析并计算出移动激光靶1的大地坐标（X3，Y3，Z3）；
4.移动激光靶1与中盾7固定连接并相对刀盘12的位置也为固定值，从而基于移动激光靶1的大地坐标（X3，Y3，Z3）可计算得到刀盘8的大地坐标（X4，Y4，Z4），用于指导盾构开挖曲线与理论轴线的比对，实现设备导向。
5.由于激光全站仪2与一号拖车13固定连接，盾构机在行进时激光全站仪跟随盾构机同步前进，随着设备的前进，固定激光靶4和激光全站仪2的距离会逐步加长，当固定激光靶4和无法捕捉到激光全站仪2的激光时，需要停机搬站，此时激光全站仪2的大地坐标为已知（X2 /、Y2 /、Z2 /）,然后将固定激光靶4从隧道管片拆除，为保证有限的导向距离，尽量将固定激光靶4移动并固定到靠近激光全站仪2的隧道管片上，激光全站仪2向固定激光靶4发射激光信号并通过计算机9确定固定激光靶4的大地坐标（X1 /、Y1 /、Z1 /），为下一个导向循环提供基础坐标。
由于激光全站仪2的位置可以调整，可以将激光全站仪2固定在盾构机后配套6结构上，包含螺旋输送机14、设备桥15、拖车16。
本发明专利优选方案：激光全站仪2与设备桥15固定连接，后部空间相对前部较大，可视范围较广，将很大程度上延长导向距离，减少搬站次数。
本发明专利优选方案：激光全站仪2固定在一号拖车13，可保证盾构装置在最大曲线转弯时，移动激光靶1和固定激光靶4可有效的接收到激光全站仪发射的激光。
以上实施例仅用于说明本发明的优先实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域技术人员具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围之内。
Claims (8)
1.一种盾构机双激光靶自动导向系统，包括移动激光靶，激光全站仪以及主控台，其特征在于：所述导向系统还包括：固定激光靶，所述固定激光靶为无线激光靶并与隧道管片固定连接；所述激光全站仪与盾构机后配套固定连接；所述移动激光靶为有线激光靶并与盾构机中盾固定连接；所述主控台包含控制箱、计算机、信号处理装置。
2.如权利要求1所述盾构机双激光靶自动导向系统，其特征在于：所述移动激光靶通过数据线于所述计算机连接；所述移动激光靶接收到的激光数据信息进行处理转为数字信号通过数据线传输给计算机。
3.如权利要求1所述盾构机双激光靶自动导向系统，其特征在于：所述激光全站仪通过数据线与所述控制箱有线连接；所述控制箱与计算机通过数据线有线连接；所述激光全站仪将测得数字信号通过数据线传送给控制箱，所述控制箱通过数据线将数字信号传输给计算机。
4.如权利要求1所述盾构机双激光靶自动导向系统，其特征在于：所述固定激光靶有内置的信号处理设备；所述固定激光靶接收到的激光数据信息进行处理并转化为数字信号发给其内置的信号处理设备，信号处理设备将数字信号转化为无线信号发送给主控台相对应的信号处理设备，所述主控台的信号处理设备将接收到的无线信号转化为数字信号，通过数据线传输给计算机。
5.如权利要求1所述盾构机双激光靶自动导向系统，其特征在于：所述盾构机后配套包含螺旋输送机、设备桥、拖车。
6.如权利要求1所述盾构机双激光靶自动导向系统，其特征在于：所述激光全站仪与设备桥固定连接。
7.如权利要求1所述盾构机双激光靶自动导向系统，其特征在于：所述激光全站仪与一号拖车固定连接。
8.如权利要求4所述盾构机双激光靶自动导向系统，其特征在于：一个导向循环，激光全站仪发射激光信号给固定激光靶，固定激光靶接收到的激光数据信息进行处理转化为数字信号发给其内置的信号处理设备，信号处理设备将其转化为无线信号向外发射，在主控台相对应的信号处理设备，主控台的信号处理设备将接收到的无线信号转化为数字信号，通过数据线传输给计算机，计算机分析并计算激光全站仪的大地坐标。
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