关于盾构机实时姿态测量和计算方法的研究

关于盾构机实时姿态测量和计算方关于盾构机实时姿态测量和计算方 法的研究法的研究 随着社会经济的发展和城市建设的加快 城市规模不断扩 大 人口不断增多 交通越来越来拥挤 一些地方的城市建设 者为了治理交通拥堵 分散交通压力 不断寻求解决方式 修 建地铁成为了一些城市建设者的主要的选择方式 但是在修建 地铁的过程中 工程量非常大 施工难度相对较高 在地铁施 工过程中 采用盾构技术 与传统的施工技术相比 有着许多 优势 逐渐成为地铁修建过程中的主要施工方法 本文将主要 分析盾构姿态的测量的原理和方法 探究盾构姿态的测量的精 度分析 盾构机姿态简介 盾构施工过程就像生活中的目标运动 先进行重心平移 然后在运动的过程中偏航 最后进行自身重心的滚动 因此 在盾构施工过程中 需要监测的数据是盾构机位置和姿态的参 数 主要是三维坐标和滚动角 偏航角和俯仰角 盾构机姿态的控制对整个工程施工意义重大 它决定着施 工的质量和隧道推进方向的精度 一旦控制不好 容易导致隧 道偏差过大和盾尾间隙过小而相碰 盾构机液压系统 液压系统是盾构机的核心部分 盾构机的工作机构主要是 由液压系统驱动完成 对盾构机系统的运行起着很大的作用 盾构机的液压系统主要包括两大系统 一是推进系统 二是主 动铰接系统 2 1 推进系统 盾构机的主要工作系统是推进系统 它主要是通过油缸作 用于成型观片 以此来实现盾构前进 推进系统的动力单元是 一台 80l min 旋转柱塞泵 执行元件是 24 个油缸 调节和控制 部分包括方向的控制 油缸电磁阀的选择 安全阀 节流阀等 盾构机工作时的最大工作压力是 35mpa 液压泵最大推进流量 是 80l min 推进油缸是 240 180 1950 mm 2 1 1 推力计算 盾构机共有推进油缸 24 个 总推力是这 24 个油缸的推力 之和 那么在液压系统的最大推力 f 最大 24 p sn 中 p 表示 油缸的最大压强 s 表示活塞面积 因此 f 最大 24 35 106pa 3 14 0 122 37981t 2 1 2 推进速度计算 盾构机的最大推进速度就是油缸的最大伸长速度 s 1 t t v s1 在这个公式中 s 表示最大推进速度 t 表示伸长 1mm 所需要的时间 v 表示伸长 1mm 需要的油液体积 s1 为 推进流量 s 为 74mm min 因此 当前的盾构机最大推力是 1200kn 掘进速度是 40 65mm min 推进系统的设计完全符合要 求 2 2 铰接系统 盾构机的调向主要使用铰接系统 通过调向 使得盾构机 形成一定角度 便于控制 铰接系统的动力单元是一台 25l min 的高压泵 执行元件是 16 个 270 160 190 mm 的油缸 铰接系统的最大压力是 35mpa 液压泵的最大流量是 25l min 铰接油缸是 270 160 190 mm 铰接力 f 最大 p s 2003kn 其中 p 是最大压强 s 是活塞面积 盾构机自身 重量是 300t 钢和土体之间的摩擦系数是 0 5 前盾和土体的摩 擦力是 f g 150t 1500kn g 表示前盾自重 表示静摩擦系 数 盾构机实时姿态的计算方法 3 1 测量原理和方法 盾构机姿态测量的原理 盾构机前体位置上要选择两个控 制点 这两个控制点不能在同一条直线上 在控制点上还要安 上反射片 在测量过程中 为了保证测量的便捷性 应当尽量 保证这些控制点和盾尾通视 同时要保证在测量过程中 控制 点上的反射片不能脱落或者是移动位置 为了保证盾构机上的 控制点 刀盘中心和初始姿态的相对关系 在盾构机上已经安 装好的前基准点 后基准点以及刀盘上方应当各布置一个临时 观测点 并且要在盾构机的前体位置上设置一些其它观测点 盾构机工作前 应当对盾构机上的所有控制点以及临时观测点 进行初始坐标测量 这样就可以测量出盾构机的具体姿态和位 置信息 3 2 分析姿态测量的精度 盾构体的姿态测量的观测值是由两棱镜的坐标和滚动角 俯仰角组成 坐标的误差是由全站仪的精度决定的 而滚动角 俯仰角是通过双轴倾斜仪进行测量的 它的误差是由倾斜仪的 精度决定的 全站仪是一种智能仪器 它主要由三部分组成 分别是电子经纬仪 光电测距仪和数据处理系统 两棱镜安装位置的确定是很困难的 因为在安装时没有参 照物 很难求得偏航角 因此 在安装两棱镜的时候 往往采 取的是坐标转换的办法 通过坐标转换 就可以定位两棱镜的 相对位置 盾构机的测量过程以及计算过程必然会产生误差 因此 需要对误差进行评估 3 3 提高精度测量的办法 3 3 1 使用高精度测量仪器 如果使用测量精度为 3mm 的仪器 处于刀盘中心的 z 坐标 的误差平均值会达到 5 8mm 这个数值大约是仪器误差的两倍 如果使用精度为 5mm 的仪器 误差平均值会达到 34mm 所以 如果能够使用高精度测量仪器 将会有效的减少盾构机的测量 误差 3 3 2 采用多点复核测量 采用多点符合测量就需要在盾构机上的控制点至少要在 5 个以上 这样既可以为符合测量做准备 也可以防止施工的时 候被意外损坏的现象 3 3 3 测量控制点的布置要合理 测量结果在很大程度上受控制点的位置影响 因此 在一 般情况下 控制点应当布置在盾构机上的比较稳固的位置上 这样在一定程度上就能保证盾构机在施工过程中不会被意外碰 到 并且能够保证和盾尾相通视 除此之外 三个控制点的位 置应当尽量使他们呈三角形 并且最大程度上保证他们的边最 长 由于盾构技术具有自动化程度高 施工速度快 对周围的 环境影响小等优势 施工过程中能够获得良好的综合