專利名稱：全站儀棱鏡組和隧道施工的頂管機導向系統及其導向方法
技術領域：
本發明屬于隧道測量裝置及方法，具體涉及一種全站儀棱鏡組和隧道施工的頂管機導向系統及其導向方法。
背景技術：
在隧道測量中，通常使用全站儀進行測量工作，全站儀是一種可以同時進行角度測量(水平角、豎直角)和距離測量(斜距、平距、高差)的儀器。然而在頂管隧道中，由于管片一直處于運動狀態，使得全站儀自身不穩定，無法像盾構隧道一樣進行測量工作。對于短距離直線頂管隧道，通常在始發井口安裝全站儀，在頂管機上安裝激光靶，不換站直接進行測量，使用距離不超過IOOOm ;對于長距離曲線頂管隧道，就難以直接進行測量，通常進行人工測量，效率低下。
發明內容
本發明的目的是提供一種全站儀棱鏡組和隧道施工的頂管機導向系統及其導向方法，通過該系統實現在長距離曲線頂管隧道中對頂管機姿態的自動測量，指導掘進。實現本發明目的采用的技術方案是
本發明提供的全站儀棱鏡組，包括由底座、設底座上的支架、設在支架上的望遠鏡、操作面板和提把組成的全站儀，所述全站儀的提把上設有棱鏡。本發明的隧道施工的頂管機導向系統，包括激光靶、主全站儀棱鏡組、若干分全站儀棱鏡組、后視棱鏡、通信盒、計算機；所述激光靶安裝在隧道中的頂管機上，主全站儀棱鏡組安裝在隧道始發井口內的安裝支架上，其余分全站儀棱鏡組隨頂管機的掘進逐個間隔安裝在在激光靶與主全站儀棱鏡組之間的隨頂管機一同前進的隧道管片上，后視棱鏡安裝在隧道始發井口的墻壁上，主全站儀棱鏡組和分全站儀棱鏡組均與計算機連接。本發明提供的隧道施工的頂管機導向系統的導向方法，按照以下步驟進行
1、在隧道中的頂管機上安裝激光靶，在隧道始發井口墻壁上安裝后視棱鏡，在隧道始發井口上安裝主全站儀棱鏡組；
2、首先利用計算機控制主全站儀棱鏡組從隧道始發井口先測量后視棱鏡進行后視定向，再測量激光靶的坐標從而計算出頂管機的位置，與設計線路比較，求出頂管機此時的里程和偏差；
3、當主全站儀棱鏡組測量不到激光靶時，在激光靶與主全站儀棱鏡組之間的隨頂管機一同前進的隧道管片上安裝第一分全站儀棱鏡組，由計算機控制主全站儀棱鏡組測量后視棱鏡進行后視定向，再測量第一分全站儀棱鏡組計算其坐標，使第一分全站儀棱鏡組以主全站儀棱鏡組的測量數據為基準重新進行后視定向，由第一分全站儀棱鏡組測量激光靶的坐標從而計算出頂管機的位置，與設計線路比較，求出頂管機此時的里程和偏差；
4、隨著頂管機的掘進，當主全站儀棱鏡組測量不到第一分全站儀棱鏡組時，再在第一分全站儀棱鏡組與全站儀棱鏡組之間的隧道管片上增加第二分全站儀棱鏡組，由計算機控制主全站儀棱鏡組先測量后視棱鏡進行后視定向，再測量第二分全站儀棱鏡組計算其坐標，使第二分全站儀棱鏡組以主全站儀棱鏡組的測量數據為基準重新進行后視定向；由計算機控制第二分全站儀棱鏡組測量第一分全站儀棱鏡組的坐標，使第一分全站儀棱鏡組以第二分全站儀棱鏡組的測量數據為基準重新進行后視定向，再由第一分全站儀棱鏡組測量激光靶的坐標從而計算出頂管機的位置，與設計線路比較，求出頂管機此時的里程和偏差；如此類推依次增加第N分全站儀棱鏡組不斷求出頂管機新的里程和偏差。本發明系統和方法可以實現在長距離曲線頂管隧道中對頂管機姿態的自動測量，指導頂管機的掘進施工，具有系統結構簡單，使用方便，測量精度高，導向效果好等優點。下面結合附圖對本發明作進一步說明。
圖I是現有全站儀的結構示意圖。 圖2是本發明的全站儀棱鏡組結構示意圖。圖3是本發明系統的結構示意圖。圖4是本發明系統的使用狀態示意圖。
具體實施例方式本發明的全站儀棱鏡組的結構如圖I所示，包括全站儀基座101、基座腳螺絲102、全站儀底板103、操作面板104、全站儀支架105、望遠鏡106、提把107、提把拆裝按鈕108、棱鏡109。其中，全站儀基座101、基座腳螺絲102、全站儀底板103構成了全站儀底座，用于固定全站儀和對全站儀調平；操作面板104用于對全站儀進行操作；全站儀支架105用于固定望遠鏡106和提把107，并通過提把拆裝按鈕108對其進行拆裝；棱鏡109固定于提把107中心。全站儀支架105可以以其豎直中心為固定軸360度轉動，同時帶動操作面板104、望遠鏡106、提把107和棱鏡109 —同轉動。全站儀棱鏡組由現有的全站儀(參見圖2)改造而成，只是在全站儀的提把107加裝了棱鏡109，這樣全站儀棱鏡組既可以當測站進行測量工作，又可以作為后視和前視目標供設站定向和目標測量。棱鏡7的固定方式可以為螺栓固定、卡箍固定等方式。棱鏡109的方向可隨著全站儀棱鏡組中全站儀的中心豎直軸線的轉動，跟隨同步轉動，保證全站儀棱鏡組中全站儀視線方向和棱鏡方向的相同，使得全站儀棱鏡組既可作為全站儀進行測量，又可以作為測量目標點，供其它全站儀棱鏡組中的全站儀測量。本發明的隧道施工的頂管機導向系統，如圖3、圖4所示，包括激光靶6、主全站儀棱鏡組I、若干分全站儀棱鏡組1\12··· In、后視棱鏡3、通信盒4、計算機；所述激光靶6安裝在隧道中的頂管機7上，主全站儀棱鏡組I安裝在隧道始發井口 2內的安裝支架8上，其余分全站儀棱鏡組I1、I2··· In隨頂管機7的掘進逐個間隔安裝在在激光靶I與主全站儀棱鏡組I之間的隨頂管機7 —同前進的隧道管片5上，后視棱鏡3安裝在隧道始發井口 2的墻壁上，主全站儀棱鏡組I和各分全站儀棱鏡組I1、I2··· In均與計算機連接，計算機安裝于控制室內。以下以3臺全站儀棱鏡組的具體操作方法為例(實際使用中可根據需要對全站儀棱鏡組的數量進行增減)，對本發明系統的導向方法做進一步的說明。首先(參見圖3)在隧道中的頂管機7上安裝激光靶6，在始發井口 2處的墻壁上安裝后視棱鏡3其坐標為(40. 6577，-6. 5315，I. 1045)，在始發井口內的安裝支架8上安裝主全站儀棱鏡組I其坐標為(26. 06，-6. 7136，-10. 7105)，用計算機控制主全站儀棱鏡組I從隧道始發井口先測量后視棱鏡3進行后視定向，再測量激光靶6坐標(43. 1542，-6. 7822，-10. 7505)計算出頂管機7的位置，與設計線路比較，求出頂管機7此時的里程和偏差；
當主全站儀棱鏡組I測量不到激光靶6時，在最接近始發井口 2同時可以看到激光靶6的位置，在激光靶6與主全站儀棱鏡組I之間的隨頂管機一同前進的隧道管片5上安裝第一分全站儀棱鏡組I1，此時的測量流程為用計算機控制主全站儀棱鏡組I測量后視棱鏡3進行后視定向，再測量第一分全站儀棱鏡組I1計算其坐標(68. 4528，-6. 6842，-10. 8456)；使第一分全站儀棱鏡組I1以主全站儀棱鏡組I測量的數據為基準重新進行后視定向，由第 一分全站儀棱鏡組2測量激光靶6的坐標(376. 781,-6. 942,-10. 9874)從而計算出頂管機7的位置，與設計線路比較，求出頂管機7此時的里程和偏差；
隨著頂管機7的掘進，由于第一分全站儀棱鏡組I1隨著隧道管片5 —同前進，導致主全站儀棱鏡組I測量不到第一分全站儀棱鏡組I1，這時，再在第一分全站儀棱鏡組I1與主全站儀棱鏡組I之間的隧道管片5上增加新的第二分全站儀棱鏡組I2 (參見圖4)，此時的測量流程為由計算機控制主全站儀棱鏡組I先測量后視棱鏡3進行后視定向，再測量第二分全站儀棱鏡組I2計算其坐標(70. 9994，-6. 9804, -10. 8533)，使第二分全站儀棱鏡組I2以主全站儀棱鏡組I測量的數據為基準重新進行后視定向；由計算機控制第二分全站儀棱鏡組I2)測量第一分全站儀棱鏡組I1的坐標(380. 6172，-6. 7264，-10. 8745);使第一分全站儀棱鏡組I1以第二分全站儀棱鏡組I2測量的數據為基準重新進行后視定向，再由第一分全站儀棱鏡組I1測量激光靶6的坐標(688. 9454，-6. 5347，-10. 8971)從而計算出頂管機位置，與設計線路比較，求出頂管機此時的里程和偏差；如此類推依次增加第N分全站儀棱鏡組不斷求出頂管機新的里程和偏差。
權利要求
1.一種全站儀棱鏡組，包括由底座、設底座上的支架、設在支架上的望遠鏡、操作面板和提把組成的全站儀，其特征是所述全站儀的提把上設有棱鏡。
2.一種隧道施工的頂管機導向系統，其特征是包括激光靶、主全站儀棱鏡組、若干分全站儀棱鏡組、后視棱鏡、通信盒、計算機；所述激光靶安裝在隧道中的頂管機上，主全站儀棱鏡組安裝在隧道始發井口內的安裝支架上，其余分全站儀棱鏡組隨頂管機的掘進逐個間隔安裝在在激光靶與主全站儀棱鏡組之間的隨頂管機一同前進的隧道管片上，后視棱鏡安裝在隧道始發井口的墻壁上，主全站儀棱鏡組和分全站儀棱鏡組均與計算機連接。
3.—種隧道施工的頂管機導向系統的導向方法，按照以下步驟進行 I )、在隧道中的頂管機上安裝激光靶，在隧道始發井口墻壁上安裝后視棱鏡，在隧道始發井口上安裝主全站儀棱鏡組； 2)、首先利用計算機控制主全站儀棱鏡組從隧道始發井口先測量后視棱鏡進行后視定向，再測量激光靶的坐標從而計算出頂管機的位置，與設計線路比較，求出頂管機此時的里程和偏差； 3)、當主全站儀棱鏡組測量不到激光靶時，在激光靶與主全站儀棱鏡組之間的隨頂管機一同前進的隧道管片上安裝第一分全站儀棱鏡組，由計算機控制主全站儀棱鏡組測量后視棱鏡進行后視定向，再測量第一分全站儀棱鏡組計算其坐標，使第一分全站儀棱鏡組以主全站儀棱鏡組的測量數據為基準重新進行后視定向，由第一分全站儀棱鏡組測量激光靶的坐標從而計算出頂管機的位置，與設計線路比較，求出頂管機此時的里程和偏差； 4)、隨著頂管機的掘進，當主全站儀棱鏡組測量不到第一分全站儀棱鏡組時，再在第一分全站儀棱鏡組與全站儀棱鏡組之間的隧道管片上增加第二分全站儀棱鏡組，由計算機控制主全站儀棱鏡組先測量后視棱鏡進行后視定向，再測量第二分全站儀棱鏡組計算其坐標，使第二分全站儀棱鏡組以主全站儀棱鏡組的測量數據為基準重新進行后視定向；由計算機控制第二分全站儀棱鏡組測量第一分全站儀棱鏡組的坐標，使第一分全站儀棱鏡組以第二分全站儀棱鏡組的測量數據為基準重新進行后視定向，再由第一分全站儀棱鏡組測量激光靶的坐標從而計算出頂管機的位置，與設計線路比較，求出頂管機此時的里程和偏差；如此類推依次增加第N分全站儀棱鏡組不斷求出頂管機新的里程和偏差。
全文摘要
本發明公開了一種全站儀棱鏡組和隧道施工的頂管機導向系統及其導向方法。其中隧道施工的頂管機導向系統，包括激光靶、主全站儀棱鏡組、若干分全站儀棱鏡組、后視棱鏡、通信盒、計算機；所述激光靶安裝在隧道中的頂管機上，主全站儀棱鏡組安裝在隧道始發井口內的安裝支架上，其余分全站儀棱鏡組隨頂管機的掘進逐個間隔安裝在在激光靶與主全站儀棱鏡組之間的隨頂管機一同前進的隧道管片上，后視棱鏡安裝在隧道始發井口的墻壁上，主全站儀棱鏡組和分全站儀棱鏡組均與計算機連接。本發明系統和方法可以實現在長距離曲線頂管隧道中對頂管機姿態的自動測量，指導頂管機的掘進施工。
文檔編號G02B7/18GK102937437SQ20121047471
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月21日 優先權日2012年11月21日
發明者劉飛香, 程永亮, 鄭大橋, 賀泊寧, 譚新 申請人:中國鐵建重工集團有限公司