CN109186480B - 基于双护盾tbm工艺的隧道围岩扫描与观测系统 - Google Patents

基于双护盾tbm工艺的隧道围岩扫描与观测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于双护盾TBM工艺的隧道围岩扫描与观测系统,包括多个扫描仪和一个上位机,且上位机位于辅助推进油缸位置的护盾轴线处,扫描仪安装在辅助推进油缸截面处的护盾的各个观测孔处。本发明将扫描仪安装在后护盾上预先设置好的观测孔处实现直接测量,通过多坐标系采集数据与统一处理,并形成了一种类似随钻测井的随着掘进推进观测隧道围岩轮廓和岩貌的扫描系统,可实现整个隧道顶部一定角度范围内隧道断面二维轮廓图的绘制、隧道实际开挖面三维模型的建立、隧道断面围岩岩貌成像以及隧道实际开挖面三维岩貌成像,另外扫描仪和上位机采用模块化安装,可根据需要更换内部不同的模块化测量装置,以实现更多功能。

Description

基于双护盾TBM工艺的隧道围岩扫描与观测系统
技术领域
本发明涉及双护盾TBM技术领域,具体为基于双护盾TBM工艺的隧道围岩扫描与观测系统。
背景技术
双护盾掘进机施工实质上是非钻爆法开挖隧道的一种掘进技术,其适用于多种不良地质条件的硬岩洞段的长隧道施工,双护盾掘进机是掘进机中的一种类型,其施工特点是隧洞的开挖和衬砌可以同步进行,掘进方式有两种模式(双护盾模式和单护盾模式),便于通过软弱地质破碎带地层,从双护盾掘进机的施工特点中可以看出掘进效率高、成洞质量好、经济、安全、环保等优点,在双护盾掘进机施工过程中,需要对隧道围岩断面轮廓,但现有技术存在着接触界面处理困难、信号衰减和测量参数较少,无法实时观测和采集刚开挖围岩的形貌特征,同时也缺少隧道内轮廓的三维模型建立功能的缺点,为此,我们提出基于双护盾TBM工艺的隧道围岩扫描与观测系统。
发明内容
本发明的目的在于提供基于双护盾TBM工艺的隧道围岩扫描与观测系统,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:基于双护盾TBM工艺的隧道围岩扫描与观测系统,包括多个扫描仪和一个上位机,且上位机位于辅助推进油缸位置的护盾轴线处,扫描仪安装在辅助推进油缸截面处的护盾的各个观测孔处,扫描仪中心为临时坐标系原点,同时上位机与扫描仪可在不同的隧道断面内,所述扫描仪采用模块化设计,主要包括围岩轮廓扫描模块、围岩形貌观测模块、无线通信模块和控制模块,硬件组成有测距仪、侧斜仪、摄像头、光源、电子伸缩和转动平台、电池、微处理器、信号调理和转换电路,所述上位机由无线通信模块、定位模块、数据采集、处理、显示模块和数据存储模块组成,且扫描仪通过下位机与上位机之间通过无线通信进行信号传输,下位机封装扫描仪内,主要由微处理器等组成(控制模块)。
优选的,所述扫描仪具有自诊断功能,在自身产生问题时可将问题报警信息及诊断信息通过下位机报告给上位机,方便做进一步处理与解决,同时微处理器完成数据的采集、发送以及接受上位机的指令等一系列过程,且整个扫描仪由高性能高温锂电池供电,可适应井下恶劣环境,可实现自动启动测量、结束测量、启动数据传输、停止数据传输,接受上位机指令等一系列工作,而测距仪和侧斜仪分别可以获取以电子伸缩和转动平台中心为临时坐标原点的距离和角度信号,通过摄像头和光源可以对一定范围内的围岩的形貌进行实时拍摄与观测,电子伸缩与转动平台可实现不同工作方向的连续切换、伸出与缩回观测孔,有助于测距仪和侧斜仪工作位置的转换,从而观测一定范围内的围岩,电子伸缩和转动平台的运行状态由上位机进行控制,其运行范围在过观测孔处护盾的切线范围内,测量范围由观测孔所处于护盾的位置决定。
优选的,所述无线通信模块负责接收扫描仪的扫描数据并将其传输给数据采集与处理模块,处理部分可包括信号的编译、隧道断面二维轮廓建立、隧道实际开挖面三维轮廓建立、围岩形貌实时成像与隧道实际开挖面三维岩貌图像拼接等,定位模块主要是对护盾掘进机上观测孔处的扫描仪进行角度和距离定位,距离定位主要通过测距仪实现,角度为上位机与扫描仪连线与水平的夹角,通过可视激光实现,数据采集模块通过无线通信模块获取扫描仪采集的信号数据,通过处理模块实现距离和角度的换算,生成隧道断面二维轮廓图和隧道实际开挖面三维模型,显示模块对二维和三维模型进行显示输出,同时也可以显示由摄像头采集的隧道围岩岩貌图像,通过处理模块也可对多个观测孔拍摄的隧道围岩岩貌图像进行拼接,从而形成完整的隧道围岩岩貌三维图像。
优选的,所述上位机布置在护盾的轴线位置O点处,护盾上钻取一系列小直径观测孔A、B、C、D、E、F、G等,在各观测孔处有快速安装基座和轨道,方便扫描仪的快速安装与拆卸,两个安装方向可避免辅助推进油缸的阻挡,每个观测孔处的扫描仪可对一定范围内的围岩进行扫描与观测,如A点处扫描仪的观测范围为A’-A”区域,护盾与隧道断面轮廓可近似看成半径分别r和R的圆,且两个圆的下象限点相内切,圆心分别为O和O’,观测孔A和B处扫描仪所观测的最大范围分别是A’-A”和B’-B”,测点A’和A”到观测孔A的距离分别为l1和l2,与水平夹角分别为β1和β2,测点B’和B”到观测孔B的距离分别为l3和l4,与水平夹角分别为β3和β4,OA与水平夹角为α,OB与水平夹角为β,当测点A’和B’重合时,根据以上已知量可确定AB的长度,即观测孔AB间的最大距离,观测孔A处扫描仪测得隧道开挖面上A’点的坐标为(l,δ),为临时坐标系数据,原点为A处扫描中点,上位机位于护盾轴线O点处,为基准坐标系原点,而O’为隧道坐标系原点,根据输出需要可以通过几何关系和三角关系将A’点坐标(l,δ)分别转化为以O和O’为原点的坐标,也可不进行转化直接绘制隧道断面二维轮廓和三维模型。
优选的,所述在传输路径中除可能有辅助推进油缸的遮挡外,基本无其他障碍物,传输过程中信号衰减较小,无线信号传输主要通过上位机和下位机中的无线通信模块直接相连,实现角度、距离、图像信号的传输等,传输方式满足使用环境(温度、湿度、粉尘、振动等)的要求,均支持标准的通信协议,保证了系统的稳定性、可移植性和开发性,且无线通信技术为RFID、NFC、蓝牙、ZigBee、WiFi或UWB中的一种。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
本发明中,隧道围岩轮廓与岩貌特征观测是隧道施工过程中监测围岩稳定性发展的重要工作,是识别岩性、监测围岩变形量、选择合适强度管片、计算开挖方量等的重要手段,尤其是在地质环境复杂、构造活动强烈、埋深大、地应力高地区的隧道施工中,对监测围岩变形量、预测岩爆灾害具有重要作用,在后护盾辅助推进油缸观测孔处安装若干扫描仪,采用临时坐标系对隧道轮廓和岩貌特征进行扫描,然后对采集的数据进行处理和统一,解决了双护盾掘进机施工过程中由于护盾的遮挡与阻碍,隧道围岩轮廓和岩貌难以观测的问题,在护盾与隧道围岩间隙极小的情况下便可以进行测量,工作空间要求较低,在护盾同一断面上安装一系列观测孔,与扫描仪快速基座,使得扫描仪拆装迅速,安装简易,利用观测孔实现了直接测量,信号传输过程中无衰减,数据准确、精度高,且人们可以在后护盾单次停止的时间内完成隧道断面轮廓的扫描与围岩岩貌特征图像采集,不需要停止掘进工作,不影响隧道施工工期和工作效率,每个隧道断面待测范围由一组扫描仪共同扫描和拼接完成,单个扫描仪工作时间短,效率高,且扫描仪随着后护盾的间歇式推进可以测量一系列隧道断面数据,减少扫描仪拆装工作量,简单易操作,另外扫描仪和上位机采用模块化安装,可根据需要更换内部不同的模块化测量装置,以实现更多功能。
附图说明
图1为本发明基于双护盾TBM工艺的隧道围岩扫描与观测系统总体设计方案示意图;
图2为本发基于双护盾TBM工艺的隧道围岩扫描与观测系统原理示意图;
图3为本发明观测孔与扫描仪基座示意图;
图4为本发明扫描仪硬件结构示意图;
图5为本发明扫描仪结构示意图;
图6为本发明扫描仪测点测量范围与测点间距确定方法示意图;
图7为本发明围岩实际开挖轮廓测量原理示意图;
图8为本发明上位机组成与功能示意图;
图9为本发明隧道围岩扫描系统工作流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-9,基于双护盾TBM工艺的隧道围岩扫描与观测系统,包括多个扫描仪和一个上位机,且上位机位于辅助推进油缸位置的护盾轴线处,扫描仪安装在辅助推进油缸截面处的护盾的各个观测孔处,根据所需在后护盾上钻取观测孔和安设快速安装基座和轨道,在辅助推进油缸不影响安装的情况下可直接将扫描仪快速安装在基座上就位,而当辅助推进油缸影响安装时可通过轨道对扫描仪进行安装就位,基座与轨道的尺寸不影响辅助推进油缸的正常工作,扫描仪中心为临时坐标系原点,同时上位机与扫描仪可在不同的隧道断面内,扫描仪采用模块化设计,采用模块化设计,可以最大限度地继承与利用已有的硬件和软件研究成果,从而降低研制风险,避免同一水平上的重复研制,缩短研制周期,节省研制费用,并且采用开放性的模块结构,便于功能扩展,便于实现网络互连、信息互通和功能互操作,可以满足人们追求多品种小批量要求下实现最佳效益和质量的要求,主要包括围岩轮廓扫描模块、围岩形貌观测模块、无线通信模块和控制模块,硬件组成有测距仪、侧斜仪、摄像头、光源、电子伸缩和转动平台、电池、微处理器、信号调理和转换电路,上位机由无线通信模块、定位模块、数据采集、处理、显示模块和数据存储模块组成,且扫描仪通过下位机与上位机之间通过无线通信进行信号传输,下位机封装扫描仪内,主要由微处理器等组成(控制模块),上位机中心为基准坐标系原点,其坐标通过隧道内激光导向系统中的安装于管片上的激光指向仪的坐标进行标定,从而将地面监测控制网的坐标引入,扫描仪中心为临时坐标系原点,隧道围岩断面轮廓测量数据使用极坐标进行表示,隧道围岩轮廓与岩貌特征观测是隧道施工过程中监测围岩稳定性发展的重要工作,是识别岩性、监测围岩变形量、选择合适强度管片、计算开挖方量等的重要手段,尤其是在地质环境复杂、构造活动强烈、埋深大、地应力高地区的隧道施工中,对监测围岩变形量、预测岩爆灾害具有重要作用,在后护盾辅助推进油缸观测孔处安装若干扫描仪,采用临时坐标系对隧道轮廓和岩貌特征进行扫描,然后对采集的数据进行处理和统一,解决了双护盾掘进机施工过程中由于护盾的遮挡与阻碍,隧道围岩轮廓和岩貌难以观测的问题,在护盾与隧道围岩间隙极小的情况下便可以进行测量,工作空间要求较低,在护盾同一断面上安装一系列观测孔,与扫描仪快速基座,使得扫描仪拆装迅速,安装简易,利用观测孔实现了直接测量,信号传输过程中无衰减,数据准确、精度高,且人们可以在后护盾单次停止的时间内完成隧道断面轮廓的扫描与围岩岩貌特征图像采集,不需要停止掘进工作,不影响隧道施工工期和工作效率,每个隧道断面待测范围由一组扫描仪共同扫描和拼接完成,单个扫描仪工作时间短,效率高,且扫描仪随着后护盾的间歇式推进可以测量一系列隧道断面数据,减少扫描仪拆装工作量,简单易操作,另外扫描仪和上位机采用模块化安装,可根据需要更换内部不同的模块化测量装置,以实现更多功能。
扫描仪具有自诊断功能,在自身产生问题时可将问题报警信息及诊断信息通过下位机报告给上位机,方便做进一步处理与解决,同时微处理器完成数据的采集、发送以及接受上位机的指令等一系列过程,且整个扫描仪由高性能高温锂电池供电,可适应井下恶劣环境,可实现自动启动测量、结束测量、启动数据传输、停止数据传输,接受上位机指令等一系列工作,而测距仪和侧斜仪分别可以获取以电子伸缩和转动平台中心为临时坐标原点的距离和角度信号,通过摄像头和光源可以对一定范围内的围岩的形貌进行实时拍摄与观测,电子伸缩与转动平台可实现不同工作方向的连续切换、伸出与缩回观测孔,有助于测距仪和侧斜仪工作位置的转换,从而观测一定范围内的围岩,电子伸缩和转动平台的运行状态由上位机进行控制,其运行范围在过观测孔处护盾的切线范围内,测量范围由观测孔所处于护盾的位置决定。
无线通信模块负责接收扫描仪的扫描数据并将其传输给数据采集与处理模块,处理部分可包括信号的编译、隧道断面二维轮廓建立、隧道实际开挖面三维轮廓建立、围岩形貌实时成像与隧道实际开挖面三维岩貌图像拼接等,定位模块主要是对护盾掘进机上观测孔处的扫描仪进行角度和距离定位,距离定位主要通过测距仪实现,角度为上位机与扫描仪连线与水平的夹角,通过可视激光实现,数据采集模块通过无线通信模块获取扫描仪采集的信号数据,通过处理模块实现距离和角度的换算,生成隧道断面二维轮廓图和隧道实际开挖面三维模型,显示模块对二维和三维模型进行显示输出,同时也可以显示由摄像头采集的隧道围岩岩貌图像,通过处理模块也可对多个观测孔拍摄的隧道围岩岩貌图像进行拼接,从而形成完整的隧道围岩岩貌三维图像。
上位机布置在护盾的轴线位置O点处,护盾上钻取一系列小直径观测孔A、B、C、D、E、F、G等,在各观测孔处有快速安装基座和轨道,方便扫描仪的快速安装与拆卸,两个安装方向可避免辅助推进油缸的阻挡,每个观测孔处的扫描仪可对一定范围内的围岩进行扫描与观测,如A点处扫描仪的观测范围为A’-A”区域,护盾与隧道断面轮廓可近似看成半径分别r和R的圆,且两个圆的下象限点相内切,圆心分别为O和O’,观测孔A和B处扫描仪所观测的最大范围分别是A’-A”和B’-B”,测点A’和A”到观测孔A的距离分别为l1和l2,与水平夹角分别为β1和β2,测点B’和B”到观测孔B的距离分别为l3和l4,与水平夹角分别为β3和β4,OA与水平夹角为α,OB与水平夹角为β,当测点A’和B’重合时,根据以上已知量可确定AB的长度,即观测孔AB间的最大距离,观测孔A处扫描仪测得隧道开挖面上A’点的坐标为(l,δ),为临时坐标系数据,原点为A处扫描中点,上位机位于护盾轴线O点处,为基准坐标系原点,而O’为隧道坐标系原点,根据输出需要可以通过几何关系和三角关系将A’点坐标(l,δ)分别转化为以O和O’为原点的坐标,也可不进行转化直接绘制隧道断面二维轮廓和三维模型。
在传输路径中除可能有辅助推进油缸的遮挡外,基本无其他障碍物,传输过程中信号衰减较小,无线信号传输主要通过上位机和下位机中的无线通信模块直接相连,实现角度、距离、图像信号的传输等,传输方式满足使用环境(温度、湿度、粉尘、振动等)的要求,均支持标准的通信协议,保证了系统的稳定性、可移植性和开发性,且无线通信技术为RFID、NFC、蓝牙、ZigBee、WiFi或UWB中的一种。
使用时,首先,在护盾的上象限点钻取观测孔,然后根据观测孔的测量范围和相邻观测孔距离,结合实际需求,依次钻取相邻观测孔,然后在各观测孔处安装扫描仪,利用上位机的定位模块对扫描仪的位置进行定位和实时监测,得到扫描仪相对于基准坐标原点的距离和角度数据,进行显示与存储,接着通过上位机和下位机启动扫描仪,控制电子伸缩和转动平台使测距仪和摄像头伸出护盾外,在一定角度内旋转时对测量范围内的围岩轮廓和围岩岩貌特征进行扫描,围岩被测量点与扫描仪之间的距离由测距仪测量得出,此时围岩被测量点与扫描仪中心的连线与水平夹角由测斜仪测量得出,得出的距离与角度数据信号是以临时坐标原点为依据,围岩岩貌特征由伸出的高清摄像头进行拍摄和实时成像,由光源提供良好的拍摄光线,各观测孔处测量得出的数据通过微处理器进行处理,然后与观测孔编号一起由无线通信传输到上位机中,由于围岩表面与护盾外壳之间的间隙较小,各观测孔处扫描仪的测量范围有限,且从护盾上象限点向下的路径中,间隙逐渐减下,观测孔的布置也逐渐越来越密,测距仪和测斜仪采集的距离和角度信号传输至上位机后,通过距离和角度换算模块对临时坐标系数据进行处理换成为基准坐标系数据(根据需求也可换算成隧道坐标系数据或不换算),将各观测孔处测量的距离与角度数据进行拼接处理便可以得到隧道围岩断面轮廓二维图像,摄像头采集的隧道围岩岩貌图像信号传输至上位机后,通过岩貌实时图像处理与拼接模块可以得到单个观测孔处岩貌图像与拼接后的隧道断面岩貌周向图像,通过显示模块可以实时显示岩貌图像,在双护盾掘进机连续掘进过程中,前护盾和后护盾为交叉间歇式向前推进,通常后护盾单次推进进程为一环管片的宽度,单次推进所用的时间较短,单次停止的时间相对较长,系统可以在单次停止的时间内完成隧道断面轮廓的扫描与围岩岩貌特征图像采集,同时也可根据需要停止后护盾推进进行观测,或改变后护盾单次推进进程的长度,以满足相邻两个被扫描围岩断面的距离,或可以在后护盾上设置多排不同间距的观测孔,以满足观测需求,围岩断面的间距可根据地质情况、监测级别等要求进行设定,在对隧道不同轴线位置处得出的多个围岩断面轮廓和岩貌图像进行拼接处理便可以得到隧道围岩三维轮廓成像和岩貌图像,显示模块可以实时显示围岩轮廓二维与三维成像以及岩貌图像,根据需要可以进行实时切换或同时显示,另外,在主推进油缸截面处通过相同的方法安装扫描仪和进行实时扫描与观测,对隧道中某一截图通过刀盘计算出的实际开挖尺寸、主推进油缸处扫描系统观测的开挖尺寸以及辅助推进油缸处扫描系统观测的开挖尺寸三者的比较,可监测隧道围岩在一定时间内的变形速度和变形量,以及预测隧道围岩最大变形量,这对现场工程安全具有极其重要的作用与意义,上位机可以控制各扫描仪中光源的亮度以及观测角度,达到局部位置重点详细观测的目的,所得到的数据连同时间一起被存储起来,以备后续工作需要。
本系统中涉及到的相关模块均为硬件系统模块或者为现有技术中计算机软件程序或协议与硬件相结合的功能模块,该功能模块所涉及到的计算机软件程序或协议的本身均为本领域技术人员公知的技术,其不是本系统的改进之处;本系统的改进为各模块之间的相互作用关系或连接关系,即为对系统的整体的构造进行改进,以解决本系统所要解决的相应技术问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.基于双护盾TBM工艺的隧道围岩扫描与观测系统,包括多个扫描仪和一个上位机,且上位机位于辅助推进油缸位置的护盾轴线处,扫描仪安装在辅助推进油缸截面处的护盾的各个观测孔处,其特征在于:所述扫描仪软件模块和硬件,包括围岩轮廓扫描模块、围岩形貌观测模块、无线通信模块和控制模块,硬件包括测距仪、侧斜仪、摄像头、光源、电子伸缩和转动平台、电池、微处理器、信号调理和转换电路,所述上位机由无线通信模块、定位模块、数据采集、处理、显示模块和数据存储模块组成,且扫描仪通过下位机与上位机之间通过无线通信进行信号传输,下位机封装扫描仪内且由微处理器控制;
其中,
上位机中心为基准坐标系原点,其坐标通过隧道内激光导向系统中的安装于管片上的激光指向仪的坐标进行标定,从而将地面监测控制网的坐标引入,扫描仪中心为临时坐标系原点,隧道围岩断面轮廓测量数据使用极坐标进行表示;
扫描仪安装在辅助推进油缸截面处的护盾的各个观测孔处,根据所需在后护盾上钻取观测孔和安设快速安装基座和轨道,在辅助推进油缸不影响安装的情况下可直接将扫描仪快速安装在基座上就位。
2.根据权利要求1所述的基于双护盾TBM工艺的隧道围岩扫描与观测系统,其特征在于:所述扫描仪具有自诊断功能,在自身产生问题时可将问题报警信息及诊断信息通过下位机报告给上位机,方便做进一步处理与解决,同时微处理器完成数据的采集、发送以及接受上位机的指令,且整个扫描仪由高性能高温锂电池供电,可适应井下恶劣环境,可实现自动启动测量、结束测量、启动数据传输、停止数据传输,接受上位机指令,而测距仪和侧斜仪分别可以获取以电子伸缩和转动平台中心为临时坐标原点的距离和角度信号,通过摄像头和光源可以对一定范围内的围岩的形貌进行实时拍摄与观测,电子伸缩与转动平台可实现不同工作方向的连续切换、伸出与缩回观测孔,有助于测距仪和侧斜仪工作位置的转换,从而观测一定范围内的围岩,电子伸缩和转动平台的运行状态由上位机进行控制,其运行范围在过观测孔处护盾的切线范围内,测量范围由观测孔所处于护盾的位置决定。
3.根据权利要求1所述的基于双护盾TBM工艺的隧道围岩扫描与观测系统,其特征在于:所述无线通信模块负责接收扫描仪的扫描数据并将其传输给数据采集与处理模块,处理部分可包括信号的编译、隧道断面二维轮廓建立、隧道实际开挖面三维轮廓建立、围岩形貌实时成像与隧道实际开挖面三维岩貌图像拼接,定位模块主要是对护盾掘进机上观测孔处的扫描仪进行角度和距离定位,距离定位主要通过测距仪实现,角度为上位机与扫描仪连线与水平的夹角,通过可视激光实现,数据采集模块通过无线通信模块获取扫描仪采集的信号数据,通过处理模块实现距离和角度的换算,生成隧道断面二维轮廓图和隧道实际开挖面三维模型,显示模块对二维和三维模型进行显示输出,同时也可以显示由摄像头采集的隧道围岩岩貌图像,通过处理模块也可对多个观测孔拍摄的隧道围岩岩貌图像进行拼接,从而形成完整的隧道围岩岩貌三维图像。
4.根据权利要求1所述的基于双护盾TBM工艺的隧道围岩扫描与观测系统,其特征在于:所述上位机布置在护盾的轴线位置O点处,护盾上钻取一系列小直径观测孔A、B、C、D、E、F、G,在各观测孔处有快速安装基座和轨道,方便扫描仪的快速安装与拆卸,两个安装方向可避免辅助推进油缸的阻挡,每个观测孔处的扫描仪可对一定范围内的围岩进行扫描与观测,A点处扫描仪的观测范围为A’-A”区域,护盾与隧道断面轮廓可近似看成半径分别r和R的圆,且两个圆的下象限点相内切,圆心分别为O和O’,观测孔A和B处扫描仪所观测的最大范围分别是A’-A”和B’-B”,测点A’和A”到观测孔A的距离分别为l1和l2,与水平夹角分别为β1和β2,测点B’和B”到观测孔B的距离分别为l3和l4,与水平夹角分别为β3和β4,OA与水平夹角为α,OB与水平夹角为β,当测点A’和B’重合时,根据以上已知量可确定AB的长度,即观测孔AB间的最大距离,观测孔A处扫描仪测得隧道开挖面上A’点的坐标为(l,δ),为临时坐标系数据,原点为A处扫描中点,上位机位于护盾轴线O点处,为基准坐标系原点,而O’为隧道坐标系原点,根据输出需要可以通过几何关系和三角关系将A’点坐标(l,δ)分别转化为以O和O’为原点的坐标,也可不进行转化直接绘制隧道断面二维轮廓和三维模型。
5.根据权利要求1所述的基于双护盾TBM工艺的隧道围岩扫描与观测系统,其特征在于:在传输路径中除可能有辅助推进油缸的遮挡外,基本无其他障碍物,传输过程中信号衰减较小,无线信号传输主要通过上位机和下位机中的无线通信模块直接相连,实现角度、距离、图像信号的传输,传输方式满足使用环境的要求,均支持标准的通信协议,保证了系统的稳定性、可移植性和开发性,且无线通信技术为RFID、NFC、蓝牙、ZigBee、WiFi或UWB中的一种。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110031403B (zh) 2019-04-04 2020-03-31 山东大学 一种全自动岩石标本图像采集装置及方法
CN110186396B (zh) * 2019-06-05 2021-04-30 中南大学 一种获取tbm隧洞形貌三维点云数据的装置及方法
WO2021042668A1 (zh) * 2019-09-06 2021-03-11 山东大学 Tbm搭载式隧道围岩结构虚拟再现系统与方法
CN110989024B (zh) * 2019-12-17 2021-10-08 山东大学 基于岩石矿物分析的tbm隧道断层破碎带预报系统及方法
CN111238388B (zh) * 2020-01-08 2021-11-16 安徽逻根农业科技有限公司 一种高空支架形态监测装置和方法
CN111220567B (zh) * 2020-01-20 2021-06-01 山东大学 Tbm搭载式岩石蚀变特征识别及地质预报系统及其方法
CN111751394B (zh) * 2020-04-17 2021-08-27 山东大学 基于图像与xrf矿物反演的岩性识别方法及系统
CN112505784B (zh) * 2020-12-02 2022-03-08 中国矿业大学(北京) 一种煤矿井下盾构机掘进路线选择方法
CN113933306B (zh) * 2021-12-16 2022-02-25 交通运输部天津水运工程科学研究所 一种基于无人机进行数据采集的码头结构可靠性分析方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103076635A (zh) * 2013-01-07 2013-05-01 山东大学 Tbm施工隧道前向三维激发极化法超前探测装置系统及方法
CN108507533A (zh) * 2018-04-24 2018-09-07 招商局重庆交通科研设计院有限公司 隧道断面连续测量机器人

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2530178B2 (ja) * 1987-09-21 1996-09-04 株式会社小松製作所 トンネルクラック検出装置
JPH06331353A (ja) * 1993-05-24 1994-12-02 Taisei Corp トンネル内空断面の変位連続測定方法およびその装置
JPH11294065A (ja) * 1998-04-06 1999-10-26 Kajima Corp トンネル壁面画像撮影法及び装置
KR100925724B1 (ko) * 2007-02-22 2009-11-10 한국철도기술연구원 레이저 스캐닝 데이터를 이용한 시설물 검측 장치 및 그방법과 그를 이용한 터널 관리 시스템 및 그 방법
CN101975571B (zh) * 2010-09-14 2012-06-13 中国矿业大学 一种巷道变形的自动实时监测方法
CN102721365B (zh) * 2012-06-01 2015-04-15 北京交通大学 隧道断面高速精确测量方法及装置
WO2014106308A1 (zh) * 2013-01-07 2014-07-10 山东大学 Tbm施工隧道前向三维激发极化法超前探测装置系统及方法
CN104680579B (zh) * 2015-03-02 2017-09-01 北京工业大学 基于三维扫描点云的隧道施工信息化监测系统
CN105423936B (zh) * 2015-12-04 2018-04-27 上海市地下空间设计研究总院有限公司 一种全自动激光隧道断面收敛仪及测量方法
CN105823446B (zh) * 2016-05-24 2020-08-28 爱德森(厦门)电子有限公司 一种在役轨道交通隧道围岩沉降变形声波监测方法
CN105946897A (zh) * 2016-07-07 2016-09-21 沈阳铁路局科学技术研究所 一种基于激光扫描测距仪的铁路隧道限界动态检测系统及方法
CN205951992U (zh) * 2016-07-07 2017-02-15 沈阳铁路局科学技术研究所 一种基于激光扫描测距仪的铁路隧道限界动态检测系统
CN106437731B (zh) * 2016-10-09 2018-06-15 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 预警式双护盾tbm
CN106401651B (zh) * 2016-11-07 2018-04-13 中国矿业大学 一种全巷全过程全断面表面变形监测装置及方法
CN206376867U (zh) * 2017-01-16 2017-08-04 中铁工程装备集团有限公司 一种新型双护盾掘进机
CN107024182A (zh) * 2017-03-16 2017-08-08 东华理工大学 一种盾构隧道变形无线监测系统及方法
CN106969749B (zh) * 2017-04-27 2019-12-03 上海同岩土木工程科技股份有限公司 一种地铁隧道断面形变的检测方法
CN107607082A (zh) * 2017-10-24 2018-01-19 成都理工大学 Tbm施工围岩变形监测系统
CN207879337U (zh) * 2018-02-24 2018-09-18 黄河勘测规划设计有限公司 具有围岩收敛变形监测系统的护盾式tbm

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103076635A (zh) * 2013-01-07 2013-05-01 山东大学 Tbm施工隧道前向三维激发极化法超前探测装置系统及方法
CN108507533A (zh) * 2018-04-24 2018-09-07 招商局重庆交通科研设计院有限公司 隧道断面连续测量机器人

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