一種盾構姿態快速解算裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及盾構姿態解算技術領域,具體是一種盾構姿態快速解算裝置。
【背景技術】
[0002]地鐵建設過程中常采用盾構法施工,而確定盾構機在開挖過程中的姿態是確保盾構順利貫通的前提。實際工程中利用支導線測量手段,通過盾構盾尾、切口實際工程坐標和設計坐標的比較,得到盾構機的實時姿態,包括盾尾水平偏差、盾尾豎直偏差、切口水平偏差、切口豎直偏差、橫擺角、旋轉角、俯仰角以及盾尾當前里程8個參數。
[0003]國內較成熟的盾構姿態解算裝置都是隨著盾構機成套引進,代表性產品包括:德國VMT公司的SLS-T系統,以全站儀激光標靶為核心解算裝置;日本ENZAN公司的ROBOTEC系統,以全站儀和傾斜儀作為核心解算裝置;日本東京計器株式會社開發的TMG-32B系統,以陀螺儀和全站儀作為核心解算裝置。這些進口裝置雖然在性能和效率方面表現良好,但是價格昂貴,且由于盾構機的核心技術、關鍵零部件、解算軟件等高度保密,盾構機的維護和保養等都不得不依賴國外盾構制造廠商,并且需要花費大量的時間和金錢。
[0004]國內盾構施工中普遍還是采用人工測量來控制盾構的方向。施工人員在盾構內安裝固定的前標和靠重力懸垂的后標,以及兩個傾角儀,利用全站儀對前標和后標進行定位測量,通過計算可以得到盾構的水平方位,同時通過傾角儀得到盾構的滾角和坡度角,然后再結合前標后標在盾構內的安裝尺寸,就能夠計算出盾構此時的切口中心坐標和盾尾中心坐標,將坐標值帶入隧道設計軸線的算法公式中,可以推算出盾構的推進里程、切平、切高、尾平、尾高。這種測量方法耗時耗力,測量時盾構必須停止掘進,嚴重影響工作效率,而且測量結果依賴測量人員的業務素質,質量難以得到保障。
[0005]國內多家企業和科研院所也在致力盾構姿態自動解算裝置的研宄與開發,取得了不錯的成績。這些姿態解算設置基本是參照國外的設備進行復制,并且測站都是位于管片頂部的吊籃里,單站觀測距離一般在10m左右,距離再遠棱鏡就不易觀測,需要及時換觀測站。對于小直徑和小曲率的隧道而言,測站的觀測距離不僅受前方棱鏡的影響還受后視點通視的影響,其觀測距離會大幅縮短,從而增加換站的次數,每次換站都需盾構機暫停工作。一種高速定位免換站式盾構掘進姿態實時測量方法及系統首次提出了將測站安置在盾構機車架上,利用后方交會的方法測點測站的實時坐標,再去測量棱鏡進行姿態解算。但是當后視點相距較近時,交會出的測站坐標誤差較大,影響姿態解算的精度。
[0006]另外,無論國內還是國外的盾構姿態解算裝置,當采用兩個以上的棱鏡進行空間坐標數據采集時,全站儀的搜索時間不僅會隨距離增長而增長,并且十分容易錯測或漏測。所以在姿態解算之前需要通過硬件或軟件進行棱鏡識別。這樣導致姿態解算的時間相對較長,不利運動中的盾構機進行實時糾偏。
【發明內容】
[0007]為了克服上述現有技術的缺點,本實用新型提供一種盾構姿態快速解算裝置,減少測站換站和搜索棱鏡對盾構掘進的影響,通過快速的定位來提高盾構姿態解算精度,保證隧道掘進順利貫通。
[0008]本實用新型是以如下技術方案實現的:一種盾構姿態快速解算裝置,包括一臺用于采集盾構姿態位置的動態全站儀、一臺用于獲取測站瞬時坐標的靜態全站儀、兩臺用于采集盾構機姿態角度的傾斜儀、三個用于姿態解算的目標棱鏡以及一個后視棱鏡;所述的動態全站儀、靜態全站儀以及兩臺傾斜儀各自連接一分站,所述的分站通過通訊模塊連接一主站,所述的主站連接一中心計算機;所述的動態全站儀安裝在盾構機身上,所述的靜態全站儀安裝在隧道的頂部,所述的動態全站儀和靜態全站儀的手柄上分別安裝一棱鏡,棱鏡中心和儀器底座中心重合;所述的后視棱鏡位于靜態全站儀的后方;所述的三個目標棱鏡安裝在盾構機身上且不在同一平面,三個目標棱鏡相互間距離差不小于10厘米,有一個目標棱鏡位于盾構機右半部,三個目標棱鏡的鏡面均朝向動態全站儀;兩臺傾斜儀對應安裝在平行于盾構機縱向軸線和橫向軸線的位置。
[0009]在同盾構機同步運動的車體上固定一支架,在支架上安裝有自動整平裝置,動態全站儀安裝在自動整平裝置上。
[0010]所述的動態全站儀和靜態全站儀均采用具有馬達驅動和自動目標識別裝置的全站儀。
[0011]所述的具有馬達驅動和自動目標識別裝置的全站儀采用徠卡TM30高精度全站儀。
[0012]中間一個目標棱鏡應位于盾構機機身頂部,另外兩個目標棱鏡分別位于盾尾左右兩側。
[0013]所述的目標棱鏡采用徠卡小棱鏡或360°小棱鏡。
[0014]所述的傾斜儀采用單軸傾斜儀。
[0015]在隧道頂部安裝有吊籃,所述的靜態全站儀安裝在吊籃中。
[0016]所述的通訊模塊采用無線通訊模塊;動態全站儀、靜態全站儀以及兩臺傾斜儀各自通過RS232或RS485通訊串口線和分站連接。
[0017]所述的中心計算機通過RS232串口和主站連接。
[0018]本實用新型的有益效果是:引入兩臺全站儀用于姿態解算,其中一臺靜止全站儀可以實時測出運動中全站儀的瞬時姿態,實現了動態全站儀可以連續進行姿態解算而不需移站,困難條件下只需及時移動靜態全站儀即可,這樣有助于節省時間;另外,隨盾構機同步運動的全站儀和目標棱鏡的位置始終相對不變,測量過程中不會出現目標丟失的情況,并且全站儀可以在很小的范圍內進行搜索棱鏡,大大節省觀測時間,并且減少目標棱鏡不同步觀測帶來的誤差;同時,由于姿態解算時可以始終獲取三個位置數據和兩個角度數據,存在多余觀測,姿態解算的精度相對較高。
【附圖說明】
:
[0019]圖1為本實用新型結構示意圖;
[0020]圖2為盾構坐標系示意圖。
[0021]圖中:1、中心計算機,2、主站,3、傾斜儀,4、目標棱鏡,5、自動整平裝置,6、動態全站儀,7、支架,8、靜態全站儀,9、吊籃,1、后視棱鏡,11、分站,12、盾構機。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明
[0023]如圖1所示,一種盾構姿態快速解算裝置有一臺用于采集盾構姿態位置的動態全站儀6、一臺用于獲取測站瞬時坐標的靜態全站儀8、兩臺用于采集盾構機姿態角度的傾斜儀3、三個用于姿態解算的目標棱鏡4以及一個后視棱鏡10 ;所述的動態全站儀6、靜態全站儀8以及兩臺傾斜儀3各自連接一分站11,所述的分站11通過通訊模塊連接一主站2,所述的主站2連接一中心計算機I。
[0024]所述的動態全站儀6安裝在盾構機身上,所述的靜態全站儀8安裝在隧道的頂部,所述的動態全站儀6和靜態全站儀8的手柄上分別安裝一棱鏡,棱鏡中心和儀器底座中心重合,并且能夠精確測定兩者間相對位置關系。所述的后視棱鏡10位于靜態全站儀8的后方;所述的三個目標棱鏡4安裝在盾構機12身上且不在同一平面,三個目標棱鏡4相互間距離差不小于10厘米,有一個目標棱鏡4位于盾構機右半部,三個目標棱鏡4的鏡面均朝向動態全站儀6 ;兩臺傾斜儀對應安裝在平行于盾構機縱向軸線和橫向軸線的位置。
[0025]兩臺傾斜儀應分別安裝在平行盾構機軸線的位置,以便測量盾構機縱傾角和橫傾角。傾斜儀3為單軸傾斜儀,全不銹鋼結構,堅固耐用,附有調節和固定支架方便安裝,具有智能識別功能,輸出RS232信號。該傾斜儀可以通過串口調試軟件設置通訊模式、初始讀數、顯示方式等參數。相關物理參數如下:測量范圍:±15° ;靈敏度:9 〃 /F ;測量精度:±0.1% F.S0
[0026]兩臺傾斜儀安裝完畢后,還應對傾斜儀進行初始狀態標定,即將安裝在盾構機縱向和橫向的兩個傾斜儀讀數分別跳刀α和β。也可以不對傾斜儀進行初始標定,但要記下當前各自的讀數α’和β’,分別計算他們和盾構機縱橫傾的差值,作為已知參數輸到系統中,計算出縱傾常數和橫傾常數,縱傾常數V。= α’-α,橫傾常數H。= β’-β。
[0027]目標棱鏡4采用徠卡小棱鏡或360°小棱鏡。3個目標棱鏡固定安裝在盾構機機身上且鏡面朝向動態全站儀6,3個目標棱鏡和動態全站儀6之間不應有遮擋物。中間一個目標棱鏡應位于盾構機機身頂部,另外兩個目標棱鏡分別位于盾尾左右兩側,位置盡量分散且易于被動態全站儀6搜索。盾構機在始發前還應測量三個目標棱鏡在盾構坐標系(如圖2)中的相對位置。
[0028]動態全站儀6和靜態全站儀8為徠卡ΤΜ30高精度全站儀,采用電陶瓷驅動技術與異型拋物鏡面傳輸技術,確保即使在高速旋轉狀態下,仍能夠保證測量達到最佳精度,從而保證姿態解算數據高效可靠。在小視場多個棱鏡時縮小目標可視范圍,準確鎖定目標。具備優異的自動跟蹤性能,更高驅動速度180° /秒,最大加速度360° /秒。測角精度0.5”,測距精度0.6mm+1 ppm ο另外,動態全站儀6和靜態全站儀8手柄上應分別精確安