一種有關(guān)頂管施工的自動(dòng)測量導(dǎo)向系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及施工及隧道測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體來說是一種有關(guān)頂管施工的自動(dòng)測量導(dǎo)向系統(tǒng)及方法，包括全自動(dòng)全站儀、無線電臺及遙控設(shè)備、計(jì)算機(jī)及應(yīng)用工具、頂管機(jī)、MTG-T光靶、棱鏡、傳感器、控制箱，頂管機(jī)的機(jī)頭上設(shè)有MTG-T光靶，頂管施工中，整條管道是移動(dòng)前進(jìn)的，在隧道洞口頂部設(shè)有行程傳感器，在管道第二個(gè)隧道管節(jié)的內(nèi)腔上壁設(shè)有前視棱鏡和參考棱鏡，根據(jù)管道上的管節(jié)不斷地移動(dòng)，在管道末端管節(jié)的前一節(jié)管節(jié)的內(nèi)腔上壁設(shè)有后視棱鏡，全站儀位于管道前端管節(jié)內(nèi)腔的中央位置。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于：減少人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高頂管施工的工作效率與施工精度；通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析處理、實(shí)時(shí)控制、實(shí)時(shí)決策，從而保證兩井間的貫通精度。
【專利說明】一種有關(guān)頂管施工的自動(dòng)測量導(dǎo)向系統(tǒng)及方法
[【技術(shù)領(lǐng)域】]
[0001]本發(fā)明涉及施工及隧道測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體來說是一種有關(guān)頂管施工的自動(dòng)測量導(dǎo)向系統(tǒng)及方法。
[【背景技術(shù)】]
[0002]在頂管和隧道施工中，為了保證各項(xiàng)開挖面能正確貫通和符合設(shè)計(jì)要求，就必須隨著隧道施工掘進(jìn)實(shí)時(shí)測定掘進(jìn)方向的軸線和高程，這種測量叫做隧道測量。目前地下隧道類工程施工測量方法有適合于暗挖隧道的傳統(tǒng)導(dǎo)線法；適合于地鐵盾構(gòu)施工的盾構(gòu)自動(dòng)測量導(dǎo)向系統(tǒng)；以上都是隨著隧道延伸可在已成型的隧道內(nèi)做控制點(diǎn)來進(jìn)行傳遞，從而能保證隧道貫通精度。
[0003]頂管施工與地鐵盾構(gòu)施工區(qū)別在于，整個(gè)管段直至貫通后整個(gè)隧道內(nèi)的管節(jié)才能穩(wěn)定下來。傳統(tǒng)頂管測量每次由井上聯(lián)測下來測至前端頂管機(jī)頭處，中間一旦發(fā)生較大測量誤差必須重測，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且容易導(dǎo)致前端管節(jié)發(fā)生栽頭、偏位等現(xiàn)象。特別是頂管施工需頻繁更換機(jī)頭，測量技術(shù)更為重要。現(xiàn)有的頂管自動(dòng)引導(dǎo)測量系統(tǒng)由多臺全站儀組成，設(shè)備費(fèi)用過高，同時(shí)系統(tǒng)需在整條管道每個(gè)站點(diǎn)安裝測量裝置，比較復(fù)雜，影響了施工的質(zhì)量。
[
【發(fā)明內(nèi)容】
]
[0004]本發(fā)明的目的是為了克服上述缺陷，根據(jù)自動(dòng)測量技術(shù)，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、自動(dòng)測量導(dǎo)向系統(tǒng)，在頂管頂進(jìn)的動(dòng)態(tài)下，連續(xù)自動(dòng)跟蹤測量，解決了現(xiàn)有技術(shù)中頂管人工測量費(fèi)時(shí)費(fèi)力，容易出錯(cuò)，導(dǎo)致機(jī)頭走偏，最終貫通誤差超限等造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失的情況，從而達(dá)到進(jìn)一步提聞施工質(zhì)量和進(jìn)度的目的。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，結(jié)合地鐵盾構(gòu)自動(dòng)測量導(dǎo)向系統(tǒng)，根據(jù)頂管施工測量的特性進(jìn)行必要的改進(jìn)，設(shè)計(jì)一種有關(guān)頂管施工的自動(dòng)測量導(dǎo)向系統(tǒng)，包括全自動(dòng)全站儀、無線電臺及遙控設(shè)備、計(jì)算機(jī)及應(yīng)用工具M(jìn)APGIS或DBASE或Excel等軟件、頂管機(jī)、MTG-T光靶、棱鏡、傳感器、控制箱，頂管機(jī)的機(jī)頭上設(shè)有MTG-T光靶，頂管施工中，整條管道是移動(dòng)前進(jìn)的，在隧道洞口頂部設(shè)有行程傳感器，在管道第二個(gè)隧道管節(jié)的內(nèi)腔上壁設(shè)有前視棱鏡和參考棱鏡，根據(jù)管道上的管節(jié)不斷地移動(dòng)，在管道末端管節(jié)的前一節(jié)管節(jié)的內(nèi)腔上壁設(shè)有后視棱鏡，全站儀位于管道前端管節(jié)內(nèi)腔的中央位置，在管節(jié)內(nèi)腔的底部及隧道洞口設(shè)有若干個(gè)無線電臺，全站儀工作時(shí)，通過MTG-T光靶測量機(jī)頭行進(jìn)位置變化數(shù)據(jù)，通過前后棱視鏡和參考視鏡測量頂管機(jī)不斷行進(jìn)的軌跡，包括水平角、垂直角和邊長及前后視棱鏡的三維坐標(biāo)，通過行程傳感器測量頂管機(jī)頂管的距離，全站儀將輸出信號通過無線電臺發(fā)送信號傳輸給計(jì)算機(jī)的輸入信號端，計(jì)算機(jī)及應(yīng)用工具控制全站儀運(yùn)行。所述的全站儀上設(shè)有MTBll控制箱，所述的控制箱包括直流電源12V、控制電路和無線發(fā)射和接收電路。所述的計(jì)算機(jī)接口上設(shè)有控制箱MTB11，所述的控制箱包括無線發(fā)射和接收電路。所述的前后棱鏡之間增設(shè)一個(gè)參考棱鏡，通過兩點(diǎn)一線距離公式來確保頂管前部沿其設(shè)計(jì)中心線高度頂進(jìn)，位置精確，后端坡度控制變化。
[0006]一種有關(guān)頂管施工的自動(dòng)測量導(dǎo)向系統(tǒng)的方法:通過使用MTG-L頂管自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)獲得頂管機(jī)相對于隧道設(shè)計(jì)中心線的偏差及其姿態(tài)，為頂管機(jī)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)路線頂進(jìn)提供重要的標(biāo)志線，保證隧道施工的質(zhì)量及隧道的準(zhǔn)確貫通，該方法包括以下步驟:
[0007]a.測隧道站點(diǎn)和后視在隧道始發(fā)井內(nèi)的數(shù)據(jù)，通過全站儀觀察，激光靶隨機(jī)頭行進(jìn)位置不斷變化，所述隧道管道中心樁為頂管的測量基線，測站點(diǎn)和后視固定在洞外位置不動(dòng)的頂點(diǎn)，作為頂管高度測量的水準(zhǔn)點(diǎn)，測量結(jié)果以12s/次的速度通過全站儀和無線電臺將信號傳輸給工業(yè)電腦，建立自動(dòng)導(dǎo)向測量系統(tǒng)的定向基線，也就是建立測站；
[0008]b.在第二個(gè)隧道管節(jié)的內(nèi)腔上壁設(shè)有前視棱鏡和參考棱鏡，在最后一節(jié)的前一節(jié)隧道管節(jié)的內(nèi)腔上壁設(shè)有后視棱鏡，通過全站儀和三個(gè)棱鏡配合測量頂管機(jī)管不斷行進(jìn)的軌跡，包括水平角、垂直角及邊長，通過兩點(diǎn)一線距離公式來確保頂管前部沿其設(shè)計(jì)中心線高度頂進(jìn)，位置精確，后端坡度控制變化，軌跡將用于后續(xù)階段獲取測站和后視三維坐標(biāo)，周期測量將增加為42s左右，測量結(jié)果通過無線電臺和全站儀，將信號傳輸給工業(yè)電腦，實(shí)時(shí)測量機(jī)頭的原始平面和高程數(shù)據(jù)，作為基本參數(shù)一部分參與軟件解算；
[0009]c.當(dāng)隧道管道頂進(jìn)一段距離后，現(xiàn)有測站不能直接觀測到機(jī)頭棱鏡時(shí)，需進(jìn)行測站前移，將測站移至隧道內(nèi)，在隧道洞口頂部設(shè)有行程傳感器，周期測量為42s左右，測量結(jié)果通過全站儀和無線電臺，將信號傳輸給工業(yè)電腦，系統(tǒng)自動(dòng)解算搬站數(shù)據(jù)，搬站后直接后視，即可快速的恢復(fù)測站，進(jìn)行測量；
[0010]d.隨著機(jī)頭頂進(jìn)，隧道管道的不斷延伸，自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)各部組件都相應(yīng)的往前移動(dòng)，測站前移的同時(shí)，將后視移至隧道洞內(nèi)，固定在管節(jié)上的測站點(diǎn)隨管節(jié)不斷移動(dòng)，此階段隧道洞內(nèi)測量設(shè)備全部安裝在距機(jī)頭140m范圍內(nèi)，測站點(diǎn)仍按第2個(gè)隧道管節(jié)內(nèi)腔上壁設(shè)有前視棱鏡和參考棱鏡，在最后一節(jié)的前一節(jié)內(nèi)腔上壁設(shè)有后視棱鏡排列，消除了若干個(gè)全站儀構(gòu)成的折線引起的豎向誤差，周期測量為42秒左右，測量結(jié)果通過全站儀和無線電臺，將信號傳輸給工業(yè)電腦，工業(yè)電腦自動(dòng)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，形成結(jié)果參數(shù)，反饋至頂管機(jī)頭顯示屏，顯示屏中的糾偏參數(shù)幫助頂管機(jī)司機(jī)快速準(zhǔn)確的做出相對的措施，從而指導(dǎo)頂進(jìn)施工。
[0011]本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于:能極大的減少人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高頂管施工的工作效率與施工精度；通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析處理、快速反饋、工程狀態(tài)顯示、實(shí)時(shí)控制，方便現(xiàn)場人員實(shí)時(shí)決策，從而最終保證兩井間的貫通精度。
[【專利附圖】

【附圖說明】]
[0012]圖1是本發(fā)明創(chuàng)造的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明創(chuàng)造的計(jì)算機(jī)軟件工作流程圖；
[0014]圖1中:1、MTL激光靶或MTG-T激光靶2、MTB11控制箱3、MTB21控制箱4、MTB22控制箱5、TS15A全站儀6、后視棱鏡及傾斜儀7、前視棱鏡8、參考棱鏡9、行程傳感器
10、工業(yè)電腦及控制箱11、隧道管節(jié)；
[0015]指定圖1作為本發(fā)明的摘要附圖。[【具體實(shí)施方式】]
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，這種裝置的結(jié)構(gòu)及計(jì)算機(jī)及應(yīng)用工具、包括前后視棱鏡的三維坐標(biāo)、兩點(diǎn)一線距離公式對本專業(yè)的人來說是非常清楚的。本技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)在于公知技術(shù)的組合，采用參考棱鏡有利于前視棱鏡的頂管高度設(shè)計(jì)正確，減小誤差，有利于控制后視棱鏡坡度的變化，對若干個(gè)構(gòu)成的管道彎節(jié)采用一站式自動(dòng)測量導(dǎo)向系統(tǒng)，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，成本降低，避免折線引起的豎向誤差。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0017]實(shí)施例1
[0018]如圖1、圖2所示，頂管自動(dòng)測量方法如下:通過手動(dòng)輸入零位數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)中線數(shù)據(jù)及現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，自動(dòng)導(dǎo)入測量數(shù)據(jù)庫，從而計(jì)算出頂管機(jī)實(shí)時(shí)姿態(tài)、設(shè)計(jì)軸線偏位等各項(xiàng)參數(shù)，從而指導(dǎo)施工。
[0019]上述的頂管自動(dòng)測量方法具體方法步驟如下:
[0020]a.系統(tǒng)組裝調(diào)試，將參考棱鏡、連接電纜、全站儀、工業(yè)電腦等相應(yīng)設(shè)備安裝，調(diào)試通訊等準(zhǔn)備工作做完，見附圖1 ;
[0021 ] b.輸入相關(guān)參數(shù)，將設(shè)計(jì)中線數(shù)據(jù)、零位數(shù)據(jù)、預(yù)設(shè)偏差值等各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)錄入電腦；
[0022]c.自動(dòng)測量，自動(dòng)馬達(dá)全站儀進(jìn)行機(jī)頭光標(biāo)測量，通過全站儀自動(dòng)傳遞，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞至工業(yè)電腦；
[0023]d.數(shù)據(jù)分析整理，工業(yè)電腦自動(dòng)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，形成結(jié)果參數(shù)，反饋至頂管機(jī)頭顯示屏，從而指導(dǎo)頂進(jìn)施工。
[0024]實(shí)施例2:
[0025]以昆明尾水外排頂管工程為例。昆明尾水外排頂管工程是昆明滇池污水治理工程之一，全線設(shè)11個(gè)工作井分10段頂進(jìn)線路，其中最長一頂段9#井一泵站#井頂段全長1.2公里，屬于超長距離頂管施工，由于頂管頂進(jìn)施工時(shí)管節(jié)是隨著頂段的延伸跟進(jìn)的，是屬于動(dòng)態(tài)測量，而且必須單向頂進(jìn)至出洞井，對隧道測量的精度要求較高。每節(jié)管節(jié)從調(diào)入，安裝到開頂有2個(gè)小時(shí)的空余時(shí)間來進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，頂管隧道頂進(jìn)距離較長后，傳統(tǒng)方法不能保證在有限的時(shí)間內(nèi)不出錯(cuò)的情況下完成機(jī)頭中線測量，故采用本方法進(jìn)行。
[0026]頂管工程為保證管節(jié)相對位置的準(zhǔn)確，對間歇時(shí)間是有嚴(yán)格要求的，傳統(tǒng)測量方法由于轉(zhuǎn)站時(shí)間和環(huán)境影響，不一定能保證長距離測量的準(zhǔn)確性和實(shí)效性。
[0027]自動(dòng)導(dǎo)向測量方法的同時(shí)采用人工測量進(jìn)行復(fù)核，從而進(jìn)一步確定此法的優(yōu)缺點(diǎn)，精度、時(shí)間等等。
【權(quán)利要求】
1.一種有關(guān)頂管施工的自動(dòng)測量導(dǎo)向系統(tǒng)，包括全自動(dòng)全站儀、無線電臺及遙控設(shè)備、計(jì)算機(jī)及應(yīng)用工具M(jìn)APGis或DBASE或Excel等軟件、頂管機(jī)、MTG-T光靶、棱鏡、傳感器、控制箱，其特征在于頂管機(jī)的機(jī)頭上設(shè)有MTG-T光靶，頂管施工中，整條管道是移動(dòng)前進(jìn)的，在隧道洞口頂部設(shè)有行程傳感器，在管道第二個(gè)隧道管節(jié)的內(nèi)腔上壁設(shè)有前視棱鏡和參考棱鏡，根據(jù)管道上的管節(jié)不斷地移動(dòng)，在管道末端管節(jié)的前一節(jié)管節(jié)的內(nèi)腔上壁設(shè)有后視棱鏡，全站儀位于管道前端管節(jié)內(nèi)腔的中央位置，在管節(jié)內(nèi)腔的底部及隧道洞口設(shè)有若干個(gè)無線電臺，全站儀工作時(shí)，通過MTG-T光靶測量機(jī)頭行進(jìn)位置變化數(shù)據(jù)，通過前后棱視鏡和參考視鏡測量頂管機(jī)不斷行進(jìn)的軌跡，包括水平角、垂直角和邊長及前后視棱鏡的三維坐標(biāo)，通過行程傳感器測量頂管機(jī)頂管的距離，全站儀將輸出信號通過無線電臺發(fā)送信號傳輸給計(jì)算機(jī)的輸入信號端，計(jì)算機(jī)及應(yīng)用工具控制全站儀運(yùn)行。
2.如權(quán)利要求1所述的一種有關(guān)頂管施工的自動(dòng)測量導(dǎo)向系統(tǒng)，其特征在于全站儀上設(shè)有MTBll控制箱，所述的控制箱包括直流電源12V、控制電路和無線發(fā)射和接收電路。
3.如權(quán)利要求1所述的一種有關(guān)頂管施工的自動(dòng)測量導(dǎo)向系統(tǒng)，其特征在于計(jì)算機(jī)接口上設(shè)有控制箱MTBl I，所述的控制箱包括無線發(fā)射和接收電路。
4.如權(quán)利要求1所述的一種有關(guān)頂管施工的自動(dòng)測量導(dǎo)向系統(tǒng)，其特征在于在前后棱鏡之間增設(shè)一個(gè)參考棱鏡，通過兩點(diǎn)一線距離公式來確保頂管前部沿其設(shè)計(jì)中心線高度頂進(jìn)，位置精確，后端坡度控制變化。
5.一種如權(quán)利要求1所述的有關(guān)頂管施工的自動(dòng)測量導(dǎo)向系統(tǒng)的方法:通過使用MTG-L頂管自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)獲得頂管機(jī)相對于隧道設(shè)計(jì)中心線的偏差及其姿態(tài)，為頂管機(jī)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)路線頂 進(jìn)提供重要的標(biāo)志線，保證隧道施工的質(zhì)量及隧道的準(zhǔn)確貫通，其特征在于該方法包括以下步驟: a.測隧道站點(diǎn)和后視在隧道始發(fā)井內(nèi)的數(shù)據(jù)，通過全站儀觀察，激光靶隨機(jī)頭行進(jìn)位置不斷變化，所述隧道管道中心樁為頂管的測量基線，測站點(diǎn)和后視固定在洞外位置不動(dòng)的頂點(diǎn)，作為頂管高度測量的水準(zhǔn)點(diǎn)，測量結(jié)果以12s/次的速度通過全站儀和無線電臺將信號傳輸給工業(yè)電腦，建立自動(dòng)導(dǎo)向測量系統(tǒng)的定向基線，也就是建立測站； b.在第二個(gè)隧道管節(jié)的內(nèi)腔上壁設(shè)有前視棱鏡和參考棱鏡，在最后一節(jié)的前一節(jié)隧道管節(jié)的內(nèi)腔上壁設(shè)有后視棱鏡，通過全站儀和三個(gè)棱鏡配合測量頂管機(jī)管不斷行進(jìn)的軌跡，包括水平角、垂直角及邊長，通過兩點(diǎn)一線距離公式來確保頂管前部沿其設(shè)計(jì)中心線高度頂進(jìn)，位置精確，后端坡度控制變化，軌跡將用于后續(xù)階段獲取測站和后視三維坐標(biāo)，周期測量將增加為42s左右，測量結(jié)果通過無線電臺和全站儀，將信號傳輸給工業(yè)電腦，實(shí)時(shí)測量機(jī)頭的原始平面和高程數(shù)據(jù)，作為基本參數(shù)一部分參與軟件解算； c.當(dāng)隧道管道頂進(jìn)一段距離后，現(xiàn)有測站不能直接觀測到機(jī)頭棱鏡時(shí)，需進(jìn)行測站前移，將測站移至隧道內(nèi)，在隧道洞口頂部設(shè)有行程傳感器，周期測量為42s左右，測量結(jié)果通過全站儀和無線電臺，將信號傳輸給工業(yè)電腦，系統(tǒng)自動(dòng)解算搬站數(shù)據(jù)，搬站后直接后視，即可快速的恢復(fù)測站，進(jìn)行測量； d.隨著機(jī)頭頂進(jìn)，隧道管道的不斷延伸，自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)各部組件都相應(yīng)的往前移動(dòng)，測站前移的同時(shí)，將后視移至隧道洞內(nèi)，固定在管節(jié)上的測站點(diǎn)隨管節(jié)不斷移動(dòng)，此階段隧道洞內(nèi)測量設(shè)備全部安裝在距機(jī)頭140m范圍內(nèi)，測站點(diǎn)仍按第2個(gè)隧道管節(jié)內(nèi)腔上壁設(shè)有前視棱鏡和參考棱鏡，在最后一節(jié)的前一節(jié)內(nèi)腔上壁設(shè)有后視棱鏡排列，消除了若干個(gè)全站儀構(gòu)成的折線引起的豎向誤差，周期測量為42秒左右，測量結(jié)果通過全站儀和無線電臺，將信號傳輸給工業(yè)電腦，工業(yè)電腦自動(dòng)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，形成結(jié)果參數(shù)，反饋至頂管機(jī)頭顯示屏，顯示屏中的糾偏參數(shù)幫助頂管機(jī)司機(jī)快速準(zhǔn)確的做出相對的措施，從而指導(dǎo)頂進(jìn)施工 。
【文檔編號】G01C1/00GK103994752SQ201410246863
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】李明華, 萬興權(quán), 唐劍, 孫煥斌, 王靖 申請人:中鐵上海工程局集團(tuán)有限公司, 中鐵上海工程局集團(tuán)市政工程有限公司