專利名稱：一種隧道盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種工程測(cè)量技術(shù)，特別屬于隧道盾構(gòu)前進(jìn)姿態(tài)的工程 測(cè)量系統(tǒng)，是一種隧道盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量包括人工姿態(tài)測(cè)量和自動(dòng)姿態(tài)測(cè)量，人工姿態(tài)測(cè)量是通過(guò) 人工儀器測(cè)量安裝在盾構(gòu)機(jī)上的固定標(biāo)尺來(lái)推算盾構(gòu)機(jī)的頭、尾偏差，自動(dòng) 姿態(tài)測(cè)量是一種集測(cè)量、儀器儀表和計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)與一體，具有對(duì)盾 構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量功能的系統(tǒng)，目前國(guó)內(nèi)主要是日本的演算工房開(kāi)發(fā)的
R0B0TEC自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)和德國(guó)開(kāi)發(fā)的VMT自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，但由于自動(dòng)測(cè)量系 統(tǒng)容易出問(wèn)題，且不易修復(fù)會(huì)影響工程進(jìn)度，所以現(xiàn)在國(guó)內(nèi)盾構(gòu)機(jī)上大多安 裝了人工測(cè)量系統(tǒng)。
盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量是描述盾構(gòu)機(jī)位置與隧道設(shè)計(jì)軸線相對(duì)關(guān)系的參數(shù)。主要 包括盾構(gòu)機(jī)頭部高程偏差、盾構(gòu)機(jī)頭部水平偏差、盾構(gòu)機(jī)尾部高程偏差、盾 構(gòu)機(jī)尾部水平偏差四個(gè)數(shù)值。盾構(gòu)姿態(tài)伴隨著隧道推進(jìn)的全過(guò)程，是整個(gè)隧 道測(cè)量中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。盾構(gòu)姿態(tài)的準(zhǔn)確與否，直接影響到整個(gè)隧道 工程的質(zhì)量及隧道的最后貫通。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種隧道盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，它能夠達(dá)到測(cè) 量精度，簡(jiǎn)化測(cè)量過(guò)程，節(jié)約工程成本。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種隧道盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，包
括
前后設(shè)置的二個(gè)儀器平臺(tái)，分別固定于拼裝好的管片上； 一經(jīng)緯儀，設(shè)置于前儀器平臺(tái)上； 一棱鏡，設(shè)置于后儀器平臺(tái)上；一對(duì)前尺和后尺，設(shè)置于盾構(gòu)機(jī)內(nèi)。
優(yōu)選地，所述隧道盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)還包括-
前后設(shè)置的二個(gè)儀器操作臺(tái)，分別靠近儀器平臺(tái)，且固定于拼裝好的管 片上。
優(yōu)選地，所述前尺和后尺具有一高度差。
優(yōu)選地，所述前尺較后尺高度低。
優(yōu)選地，所述前尺和后尺位于盾構(gòu)機(jī)內(nèi)的上部。
優(yōu)選地，所述前尺和后尺位于盾構(gòu)機(jī)的同一徑向線上。
本實(shí)用新型由于采用了以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下 優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)良效果-
本實(shí)用新型在保證測(cè)量精度和穩(wěn)定性的前提下，簡(jiǎn)化測(cè)量過(guò)程，極大的 節(jié)約了工程成本。


此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的 一部分，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu) 成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。
在附圖中-
圖1是本實(shí)用新型所測(cè)隧道盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的標(biāo)尺的示意圖。
圖3是圖1的A-A剖面圖。
圖4是本實(shí)用新型的盾構(gòu)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本實(shí)用新型的棱鏡的示意圖。
圖6是坐標(biāo)系示意圖。
圖7是設(shè)計(jì)夾角的示意圖。
圖8是盾構(gòu)機(jī)角度轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖。
圖9是管片的后視圖。
附圖標(biāo)號(hào)[1]前儀器平臺(tái)前尺前儀器操作臺(tái)后儀器平臺(tái) [6]后尺后儀器操作臺(tái)棱鏡 [7]盾構(gòu)機(jī) [71]盾構(gòu)機(jī)頭部經(jīng)緯儀管片盾構(gòu)機(jī)尾部
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖1-9來(lái)具體介紹本實(shí)用新型的方法一種較佳實(shí)施例。 如圖1、 9所示，在盾構(gòu)機(jī)7后部拼裝好的管片8上一前一后且與管片8 頂部間隔30 35cm設(shè)置前儀器平臺(tái)1和后儀器平臺(tái)2，在前儀器平臺(tái)1下部 間隔40cm左右設(shè)置前儀器操作臺(tái)9，在前儀器平臺(tái)1上間隔設(shè)置經(jīng)緯儀4; 在后儀器平臺(tái)2下部間隔40cm左右設(shè)置后儀器操作臺(tái)10，在后儀器平臺(tái)2 上設(shè)置棱鏡3，棱鏡3的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。測(cè)量人員站立在儀器操作 臺(tái)9、 10上，操作經(jīng)緯儀4或棱鏡3進(jìn)行測(cè)量。如圖3、圖4所示，在盾構(gòu) 機(jī)頭部71與盾構(gòu)機(jī)尾部72之間的上部的同一徑向線上一前一后設(shè)置前尺5 和后尺6，經(jīng)緯儀4到前尺5距離控制在20m 100m，經(jīng)緯儀到前后尺的角度 以看得見(jiàn)為準(zhǔn)；經(jīng)緯儀4與后視棱鏡3的距離越長(zhǎng)越好，以看得清楚為準(zhǔn)； 前尺5低于后尺6，便于經(jīng)緯儀4的觀測(cè)。前尺5和后尺6的示意圖如圖2 所示。由于盾構(gòu)機(jī)頭部71及盾構(gòu)機(jī)尾部72的坐標(biāo)測(cè)量十分不便，所以通過(guò) 測(cè)量出前尺5和后尺6的偏差來(lái)推算出盾構(gòu)機(jī)的位置偏差。所采用的方法是 將實(shí)際測(cè)得的前尺5和后尺6角度與前尺5和后尺6設(shè)計(jì)角度相比較的方法 來(lái)計(jì)算前后尺相對(duì)設(shè)計(jì)軸線的偏差。
使用本實(shí)用新型的方法測(cè)量一盾構(gòu)姿態(tài)，已知其盾首設(shè)計(jì)高程 =-9. 1192m,盾尾設(shè)計(jì)高程=-8. 9672m，將前、后尺安裝在盾構(gòu)平面中心。在 隧道測(cè)量中我們都使用固定觀測(cè)墩3作為安裝儀器的平臺(tái)，而在隧道內(nèi)使用 鐵質(zhì)固定架代替后視棱鏡。通過(guò)測(cè)量安裝在盾構(gòu)機(jī)上兩個(gè)固定的獨(dú)立標(biāo)尺來(lái) 推算盾構(gòu)機(jī)頭部71及盾構(gòu)機(jī)尾部72的坐標(biāo)。然后建立一個(gè)相對(duì)坐標(biāo)系，以 盾構(gòu)中心軸線為X軸，盾構(gòu)機(jī)前部水平方向?yàn)閅軸，垂直方向?yàn)镠軸，3軸 交點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)建立一個(gè)坐標(biāo)系，使用(X，Y，H)代表具體坐標(biāo)，標(biāo)度對(duì)應(yīng) 長(zhǎng)度單位為mm。坐標(biāo)系如圖6所示，其中a為盾構(gòu)機(jī)頭部71， b為盾構(gòu)機(jī)尾 部72， o為盾構(gòu)機(jī)中心，設(shè)計(jì)夾角a (后視 測(cè)站 前尺)二180° 02' 12 〃 ，a后(后視 測(cè)站 后尺)=180° 02' 13"。掘進(jìn)完成后，經(jīng)緯儀4作為測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)(X ^=36450.6738， Y站 =9785. 1114,Ha = —5. 11)，將棱鏡作為后視點(diǎn)的坐標(biāo)(X后視=36509. 2428， Y 后視=9755.2812， H后視)，其中H后視在計(jì)算過(guò)程中不需要。相應(yīng)里程點(diǎn)的前尺坐 標(biāo)(X前尺,=36383. 7529， Y前尺產(chǎn)9819. 1414， H前尺》,H前尺，會(huì)由下面計(jì)算得出，后 尺坐標(biāo)(X后尺=36385. 5752， Y后尺f9818. 2146， H后尺丄H后尺,會(huì)由下面計(jì)算得 出，實(shí)際經(jīng)緯儀讀數(shù)P前(后視 測(cè)站 前尺)=180° 02' 50" ， P s(后視 測(cè)站 后尺)=180° 02' 36"，前后尺分別到經(jīng)緯儀的距離Stt=75.0763m， S 前=73. 0318m,將上述數(shù)據(jù)分別代入公式(1)和公式(2)有
前尺平面偏差^tan(arctan (Y前尺!/S前)前—a前)* S前二13. 8mm;
j^/^，MiiM二tan(arctan (Y后尺!/S后)后_ a后)氺S后二 8. lmm。
這個(gè)時(shí)候，如果盾構(gòu)機(jī)本身具有一個(gè)順時(shí)針或者逆時(shí)針的轉(zhuǎn)動(dòng)，前后尺 的位置會(huì)產(chǎn)生如圖8的變化。我們假設(shè)這個(gè)回轉(zhuǎn)角為y， y在盾構(gòu)機(jī)順時(shí)針 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)為正值，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)為負(fù)值。盾構(gòu)機(jī)旋轉(zhuǎn)角y=0.2° ， H淑F2.318m， H后尺,=2. 582m，代入下列公式(3)和公式(4)有
fr尺，ffiii差二tan (arctan (Y前尺,/S前)前_ a前)氺S前—tan y氺H前尺 !=5. 6mm;
后尺平面^差二tan(arctan (Y后尺/S后)后—a后)氺S后—tan y氺H后尺 !=一0. 9mm。
已知盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)L=7. 655m， X前尺產(chǎn)1.817m， X后尺產(chǎn)3. 794m，將以上數(shù)據(jù)代 入公式(5)和公式(6)有
盾首平面偏差=前尺平面偏差-(后尺平面偏差-前尺平面偏差)*X^K1/
(S前一S后)=11. 4mm;
盾首平面偏差=后尺平面偏差-(前尺平面偏差-后尺平面偏差)*(L-XfiK1)/ (S前-S后)=-13. 2mm。
盾構(gòu)機(jī)在垂直方向上的偏差也是通過(guò)計(jì)算前、后尺的高程推算得出的。 由于前、后尺的上邊緣或者下邊緣較之標(biāo)尺中心來(lái)說(shuō)更容易瞄準(zhǔn)，我們一般 瞄準(zhǔn)標(biāo)尺的上邊緣或者下邊緣測(cè)量垂直角。測(cè)出的前、后尺垂直角分別記為 S前、S后。根據(jù)H站-5. 11， H前尺產(chǎn)2. 318m， H后尺產(chǎn)2. 582m， S前=75. 0763m， S 前=73. 0318m，經(jīng)緯儀垂直角讀數(shù)S前=91。 15' 41" ， S后=91° 03' 38"代入 公式(7)和公式(8)有前尺盾構(gòu)中心高程=H站+tan(90。-S前)* S前-cosy* H前尺i =-9. 081m; 后尺盾構(gòu)中心高程=H站+tan(90。-S后)* S后-cosy* H后^ =-9. 044m。 根據(jù)這兩個(gè)數(shù)據(jù)推算出盾構(gòu)機(jī)頭部71、尾部72的高程可用以下公式(9) 和公式(10):
盾首實(shí)際高程=前尺盾構(gòu)中心高程-(后尺盾構(gòu)中心高程-前尺盾構(gòu)中心高 程)* X前尺,/ (S后—S前)=_9. 1139m;
盾尾實(shí)際高程=后尺盾構(gòu)中心偏差-(前尺盾構(gòu)中心偏差_后尺盾構(gòu)中心偏 差)*(L— X后尺》/ (S后一 S稱)=-8. 9753m。
依據(jù)盾首設(shè)計(jì)高程=-9.1192m，盾尾設(shè)計(jì)高程=-8. 9672m，帶入公式(11) 和公式(12)貝廿
盾首高程偏差=盾首實(shí)際高程一盾首設(shè)計(jì)高程=5. 3mm;
盾尾高程偏差=盾尾實(shí)際高程一盾尾設(shè)計(jì)高程=-8. lmm。
由于該盾構(gòu)機(jī)上配備有日本公司研發(fā)的R0B0TEC自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，自動(dòng)測(cè) 量系統(tǒng)盾構(gòu)姿態(tài)顯示為盾首平面偏差^iran，盾尾平面偏差^10mm，盾首高 程偏差二3rran，盾尾高程偏差=_4咖，經(jīng)過(guò)比較，本實(shí)用新型與R0B0TEC自動(dòng)測(cè) 量系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)較差均在士5mm以內(nèi)，說(shuō)明本實(shí)用新型的測(cè)量精度完全達(dá) 到要求，且應(yīng)用靈活，大大節(jié)約了成本。
最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非 對(duì)其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改 或者對(duì)部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神， 其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1. 一種隧道盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于包括前后設(shè)置的二個(gè)儀器平臺(tái)(1、2)，分別固定于拼裝好的管片(8)上；一經(jīng)緯儀(4)，設(shè)置于前儀器平臺(tái)(1)上；一棱鏡(3)，設(shè)置于后儀器平臺(tái)(2)上；一對(duì)前尺(5)和后尺(6)，設(shè)置于盾構(gòu)機(jī)(7)內(nèi)。
2. 如權(quán)利要求1所述的隧道盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于還包括-前后設(shè)置的二個(gè)儀器操作臺(tái)(9、 10)，分別靠近儀器平臺(tái)(1、 2)， 且固定于拼裝好的管片(8)上。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的隧道盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述前尺(5)和后尺(6)具有一高度差。
4. 如權(quán)利要求3所述的隧道盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述前尺(5) 較后尺(6)高度低。
5. 如權(quán)利要求4任意一項(xiàng)所述的隧道盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述 前尺(5)和后尺(6)位于盾構(gòu)機(jī)(7)內(nèi)的上部。
6. 如權(quán)利要求4任意一項(xiàng)所述的隧道盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述 前尺(5)和后尺(6)位于盾構(gòu)機(jī)(7)的同一徑向線上。專利摘要本實(shí)用新型提供了一種隧道盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其包括前后設(shè)置的二個(gè)儀器平臺(tái)，分別固定于拼裝好的管片上；一經(jīng)緯儀，設(shè)置于前儀器平臺(tái)上；一棱鏡，設(shè)置于后儀器平臺(tái)上；一對(duì)前尺和后尺，設(shè)置于盾構(gòu)機(jī)內(nèi)。本實(shí)用新型在保證測(cè)量精度和穩(wěn)定性的前提下，簡(jiǎn)化測(cè)量過(guò)程，極大的節(jié)約了工程成本。
文檔編號(hào)E21D9/093GK201258744SQ200820153580
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月27日
發(fā)明者靚 俞, 唐建忠, 孔利明, 張朝彪, 戴建雄, 斌 王 申請(qǐng)人:上海市機(jī)械施工有限公司