CN2846756Y - 盾构姿态实时自动纠偏装置 - Google Patents

Abstract

盾构姿态实时自动纠偏装置，属盾构掘进技术领域。其特点是：盾构姿态参数通过安装在隧道内的全站仪自动测定安装在盾构内三个目标的空间位置后，利用建立在空间向量理论基础上的程序自动计算获得。针对不同的盾构规格有两种盾构自动纠偏模式：压力分区控制模式和千斤顶编组控制模式，采用一套专门开发的盾构姿态自动纠偏软件控制来控制盾构的姿态。实施本实用新型后，避免了人工纠偏的轴线波动大的缺点，提高了盾构隧道的施工质量，缩短了施工周期，减少了操作人员的数量，降低了施工强度，有利于现场施工管理，是一项相当实用的发明。

Description

盾构姿态实时自动纠偏装置

技术领域：

属盾构掘进技术领域，确切地说是一种对盾构机操作姿态的自动纠偏技术。

背景技术：

盾构姿态实时自动纠偏方法是指在不需人工干预的情况下，自动完成盾构的实时姿态的测量、数据采集，进行与隧道设计轴线的实际偏差的比较，通过预先设定的纠偏程式，使盾构推进千斤顶在推进过程中自动产生与盾构姿态偏离方向相反的力矩，来实现盾构姿态的自动纠偏。

要实现自动纠偏，首先必须以盾构姿态自动精密测量技术为基础。对于盾构机姿态自动测量及其引导这一系列技术产品设备来说，国内主要是依靠引进。国外也只有为数不多的几种产品。如英国ZED公司生产的ZED 261盾构姿态测试仪，德国VMT公司的SLS-T隧道引导系统，日本TOKIMEC的TMG-32B方向检测装置等，而其应用的效果各有不同、相差很大。英国和德国的隧道引导系统在原理上都是采用激光指向的方式，精度高，但系统构成复杂；日本则采用陀螺仪、水准管水平计、倾斜计、偏转计和推进千斤顶行程仪等组成的方向检测系统，系统构成简单，但精度低，累计误差大，对于盾构推进过程中发生的水平滑动无法检测，需要人工测量进行校对。

对于盾构机的方向控制，即自动纠偏，还基本处于理论研究阶段，日本的菊地正俊等人曾做过一次试验，但因陀螺仪测量系统的缺陷、采用的自动搜索力矩平衡点方法大部分试验时间不符合实际情况，所以通用性不强，自动和手动状态切换频繁，试验结果并不令人满意，没有继续推广应用。

发明内容：

本实用新型是提供一种构成简单、精度高和通用性强的盾构姿态实时自动纠偏方法和它的装置。

本实用新型采取的技术方案

采用一个装有能自动获得盾构姿态参数的空间向量法计算程式模块的全站仪、工控计算机、盾构推进系统的控制模块、液压系统的压力控制阀、方向换向阀和推进千斤顶组，

有一个装有测定空间位置的三个金属反射片的盾构机；并有分别与全站仪和工控计算机相连的信号控制箱通过两个电台由无线传送与工控计算机相连接，PLC接口模块分别与工控计算机和盾构控制模块相连接，控制模块与千斤顶控制模式装置相关联；盾构机上分布着按千斤顶控制模式装置分配的千斤顶组。

千斤顶控制模式装置，可以是千斤顶压力分区控制模式；这个模式是用于推进盾构上与压力控制阀相连接的千斤顶组。

千斤顶控制模式装置，还可以是千斤顶编组控制模式；这个模式是用于推进盾构上与编组信号相关联的与方向控制阀相连接的千斤顶组

实施本实用新型后的积极效果是避免了人工纠偏的轴线波动大的缺点，提高了盾构隧道的施工质量，缩短了施工周期，减少了盾构操作人员的数量，降低了施工强度，有利于现场施工管理。

附图说明：

图1、千斤顶压力分区控制模式的盾构姿态实时自动纠偏系统示意图

图2、千斤顶动作编组控制模式的盾构姿态实时自动纠偏系统示意图

图3、千斤顶压力分区控制示意图

图4、千斤顶动作编组控制示意图

图5、盾构姿态自动纠偏流程图

图6、盾构姿态自动回放历史纪录流程图

具体实施方式：现结合附图对本实用新型作进一步说明

具有遥控全自动功能的测量机器人Leica TCA 1800(即全站仪2)安装在已建隧道内，自动测定预先安装在盾构机8内的三个目标——金属反射片5、金属反射片6和金属反射片7的空间位置，根据刚体空间解算理论和向量解算法，由全站仪2预编的程序计算出盾构的姿态参数，并经全站仪信号控制箱1和电台13无线传送给工控计算机12，全站仪2测定盾构姿态参数的循环周期可以根据需要设定，其中金属反射片5、金属反射片6和金属反射片7可以安装在盾构后部的任意位置，以调整到全站仪2测量方便、且调整到不被盾构后部设备挡住视线为最佳，其反射镜面必须面向全站仪2。应该说明的是，上述这部分内容作为一个独立的发明专利，已与2004年5月申请并被受理，专利名称是“盾构三维姿态精密监测系统”，申请号是200410024705.3。

安装在工控计算机12内的盾构姿态自动纠偏软件在运行状态下，会自动接收通过无线传来的盾构姿态参数数据，根据选定的纠偏模式，将计算结果和控制指令通过PLC接口模块4，传递给盾构推进系统的控制模块3，执行盾构姿态纠偏控制指令。

在千斤顶压力分区控制模式下，如图示，盾构推进千斤顶9被分成若干区域，每个区域的压力由该区域对应的安装在盾构机8内的一个盾构推进液压系统的压力控制阀11控制，该区域的工作压力通过安装在盾构机8内的压力传感器10及时反馈并纪录到盾构姿态自动纠偏软件，各区域压力控制阀11的控制压力是根据盾构姿态自动纠偏软件的运算结果和控制指令随时自动调整的。

在千斤顶动作编组控制模式下，如图示，根据盾构的实际位置和计划路线该点位置的相对关系，以计划路线该点的位置为中心点，设定一些环形格栅区域，盾构姿态自动纠偏软件将自动计算出盾构实际位置处于某一环形格栅区域，通过PLC接口模块4和盾构控制模块3，发出相应的千斤顶动作编组指令，每个盾构推进千斤顶9对应的推进液压系统方向控制阀14，将根据该编组指令动作。在盾构姿态自动纠偏软件中，千斤顶动作编组指令可以预设，也可以根据盾构穿越的不同地质进行自定义设定并保存。

盾构姿态自动纠偏软件具有实时控制盾构姿态和回放历史纪录两大功能模块，如图示。盾构姿态自动纠偏软件在实现实时控制盾构姿态功能时的控制步骤如下：

1、获取全站仪测得的盾构姿态实时数据，该数据以数据文件的形式通过数据线或电台无线传送；

2、打开数据文件，读取文件的最后一条纪录，对该数据纪录进行有效性判断，判断正确后将该条数据信息存入数据库中；

3、根据纪录的盾构姿态信息计算盾构切口中心所处的编组位置，同时在软件的图形化界面上显示盾构目前所处的编组位置；

4、根据施工的情况，在软件操作界面上切换是采用软件默认的编组模式，还是采用用户根据需要自定义的编组模式；

5、如果采用软件默认的编组模式，程序将直接开始运行以下第7步；

6、如果采用自定义模式，软件将提示操作用户是否采用储存在数据库中的自定义编组模式，如果用户选择了其中某一个自定义编组模式，则程序将开始运行以下第7步；如果用户认为已有的自定义编组都不合适，则软件提供了用户编辑新的编组模式的操作界面，用户可将当前自定义的编组模式作为当前千斤顶的控制模式，并以自定的名称存入数据库，然后程序将开始运行以下第7步；

7、程序自动从当前确定使用的编组模式获取相应的千斤顶的编组代码信息，并将该信息通过通讯控件传递给盾构PLC模块；

8、通过通讯模块的逆向数据传递，读取当前编组的实施情况，并在软件的图形界面上同步反映出来；

9、将当前的编组实施情况作为一条历史纪录存入数据库，以供回放程序调用；

10、以上第1-9步的重复循环工作，可实现盾构姿态的连续自动纠偏。

盾构姿态自动纠偏软件在实现回放历史纪录功能时，其步骤比较单一，只是根据用户需要，调用某一时段或已建隧道某一区域的已存储在数据库中的数据，通过软件的回放图形界面，直观地显示出来，以供研究和参考。

Claims (3)

1.盾构姿态实时自动纠偏装置，包含装有能自动获得盾构姿态参数的空间向量法计算程式模块的全站仪(2)，工控计算机(12)、盾构推进系统的控制模块(3)、液压系统的压力控制阀(11)、方向换向阀(14)和推进千斤顶(9)，其特征是：

有一个装有测定空间位置的三个金属反射片(5)、(6)、(7)的盾构机(8)；并有分别与全站仪(2)和工控计算机(12)相连的信号控制箱(1)通过两个电台(13)由无线传送与工控计算机(12)相连接，PLC接口模块(4)分别与工控计算机(12)和盾构控制模块(3)相连接，控制模块(3)与千斤顶控制模式装置相关联；盾构机(8)上分布着按千斤顶控制模式装置分配的千斤顶组(9)。

2.根据权利要求1所述的盾构姿态实时自动纠偏装置，其特征是：所述的千斤顶控制模式装置，可以是千斤顶压力分区控制模式；这个模式是用于推进盾构上与压力控制阀(11)相连接的千斤顶组(9)。

3.根据权利要求1所述的盾构姿态实时自动纠偏装置，其特征是：所述的千斤顶控制模式装置，还可以是千斤顶编组控制模式；这个模式是用于推进盾构上与编组信号相关联的与方向控制阀(14)相连接的千斤顶组(9)。

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