海瑞克盾构机导向系统简介（PPT版）

1、海瑞克盾构机导向系统简介2010年08月10日一、盾构隧道测量的内容1、地面平面及高程控制测量2、井下联系测量3、洞内平面及高程控制测量4、导向系统5、盾构姿态测量6、管环检测二、导向系统1、VMT导向系统概述： 在隧道掘进的过程中,为了避免盾构机(TBM)发生意外的运动及方向的突然改变, 必须对TBM的位置和DTA(隧道设计轴线)的相对位置关系进行持续地监控测量，使TBM能够按照设计路线精确地掘进。这就是TBM采用“导向系统”（SLS）的原因，德国VMT公司的SLS-T系统就是为此而开发，该系统能为TBM沿设计轴线（理论轴线）掘进提供所需的重要数据信息，且SLS-T系统功能完美，操作简单。

2、三、导向系统的组成与功能1、导向系统是由激光全站仪（TCA）、中央控制箱、ESL靶、黄盒子和计算机及掘进软件组成。 1.1 全站仪(TCA) 带有马达驱动，可以自动照准和搜索目标，并可发射激光束，主要用于后视定向，测量距离、水平角和竖直角，并将测量结果传输到计算机。1.2 ELS靶 也称光靶板，是一台智能性型的传感器。ELS接收全站仪发射的激光束，测定水平和垂直方向的入射点。偏角由ELS上激光的入射角确认，坡度由该系统内的倾斜仪测量。ELS在盾构机体上的位置是确定的，即对TBM坐标系的位置是确定的。 1.3 中央控制箱 主要的接口箱，它为黄盒子（继而为激光全站仪）及ELS靶提供电源。 1.4

3、黄盒子 它主要为全站仪供电，保证全站仪工作和与计算机之间的通信和数据传输。1.5 计算机掘进软件 SLS-T软件是自动导向系统数据处理和自动控制的核心，通过计算机分别与全站仪和ELS通信接收数据，盾构机在线路平、剖面上的位置计算出来后，以数字和图形在计算机上显示出来。 四、导向基本原理 洞内控制导线是支持盾构机掘进导向定位的基础。激光全站仪安装在位于盾构机右上侧管片拖架上，后视基准点（后视靶棱镜）定位后，全站仪自动掉过方向来，搜寻ELS靶， ELS接收入射的激光定向光束，即可获取激光站至ELS靶间的方位角、竖直角，通过ELS棱镜和激光全站仪就可以测量出激光站至ELS靶间的距离。TBM的仰俯角和

4、滚动角通过ELS靶内的倾斜计来测定。ELS靶将各项测量数据传向主控计算机，计算机将所有测量数据汇总，就可以确定TBM在坐标系统中的精确位置。将前后两个参考点的三维坐标与事先输入计算机的DTA（隧道设计轴线）比较，就可以显示盾构机的姿态了。五、导向系统应用 1、始发托架和反力架定位 盾构机初始状态主要决定于始发托架和反力架的安装，因此始发托架的定位在整个盾构施工测量过程中显得格外重要。盾构机在曲线段始发方式通常有两种：切线始发和割线始发。 始发托架的高程要比设计提高约15，以消除盾构机入洞后“栽头”的影响。反力架的安装位置由始发托架来决定，反力架的支撑面要与隧道的中心轴线的法线平行，其倾角要与线

5、路坡度保持一致。 2、TBM重新始发前SLS-t程序设置 在掘进一条新的隧道前,为了对SLS-t导向系统进行设置, 须事先对软件的部分文件进行更新。这是因为一条新的隧道有新的DTA的缘故，另外还需要把掘进号码归零。下面是掘进一条新隧道前对导向系统重新设置的程序。 1）DTA 需要重新导入并创建DTA。在新隧道始发前，须通过DTA编辑器把DTA文件载入（Load DTA）导向系统中，并创建DTA（Create DTA）。 2）数据库 在一条隧道结束以后，在VMT导向系统的数据库中存储了每一环掘进的数据信息记录。在掘进一新隧道之前，一般需要载入空的数据库文件，使在掘进新的隧道前，掘进号码归零。第一

6、步：从TBM计算机的slst文件夹中将以前slst.db备份第二步：从VMT空的数据库中拷备以下三个文件： slst.db slsrb.db slstcopy.db接着将以上三个文件拷入TBM计算机的slst的文件夹中，将电脑中同名的文件重写。这可以使掘进号码归零，并将TBM电脑中的历史数据删除。 3）日志文件此类文件记录了在隧道施工的过程中出现的问题，以便于追踪溯源。因此对于新的隧道没有必要继续保留这些文件。在一个隧道结束以后，这些文件会变的比较大，占用比较大的磁盘空间，以至于磁盘上没有足够的空间来存放新的文件。一般来说，所有需要的历史数据都能在数据库中找到。因此建议删除所有的slst路径中

7、的日志文件。如果有某一方要求此类文件，则可对这些文件进行备份。 4）编辑器重新始发时，除了激光站和后视点的位置坐标需要更新以外，其它的数据保持不变。一旦激光站及后视点的坐标确定以后，将其输入导向系统，此时导向系统便做好了导向定位的准备。 5）ELS在结束一个隧道以后，ELS 如果在TBM拆卸的过程中ELS被取下，则对于新的隧道，要对ELS重新安装，因此有必要对TBM重新进行测量以便确定ELS参数的偏移量。这可通过测量焊接在TBM上的几个点来实现，将测量的结果发给VMT公司，VMT将对测量的结果进行计算以决定偏移的量。 3、移站 3.1 激光站人工移站 盾构机掘进时的姿态控制是通过全站仪实时测设

8、ELS的坐标，反算出盾构机盾首、盾尾的实际三维坐标，通过比较实测三维坐标与DTA三维坐标，从而得出盾构姿态参数。随着盾构机的往前推进，每隔规定的距离就必须进行激光站的移站。 一般在后视靶托架即将脱出盾构机最后一节台车后进行，这样就可以直接站在盾构机上移站，不需要搭楼梯，既安全又方便。把前视棱镜安装在后视托架后，测量出棱镜中心到托架底板的高程，然后直接从下面的测站采用极坐标测量方式测出托架的三维坐标。 然后在后视靶托架上设站，前视直接采用极坐标测量方式测出激光站托架的三维坐标。然后把后视棱镜安装在后视靶托架上，把激光全站仪安装在激光站托架上整平，把黄盒子固定好，给全站仪接上电源，手动把全站仪瞄准

9、后视棱镜，瞄准的精度在10左右，然后把全站仪电源关闭。接着在主空室里，启动SLS-T，按“编辑器F2”进入编辑器窗口，进入激光站编辑窗口，输入激光全站仪中心和后视靶棱镜中心的三维坐标。按“保存”键保存，然后关闭编辑器窗口。再按“定位F5”键，给激光全站仪定位。定位完成后，再按“方位检查F5”键，检查激光站和后视棱镜的坐标有没有错误。如果超限，将会显示差值，如果不超限，那么将不显示。最后再按“推进F4”就完成了激光站的人工移站的全过程。 3.2 激光站自动移站 VMT导向软件SLST有激光站自动移站功能，移站的过程除了托架和全站仪及后视棱镜的安装，其它测量工作都可以通过此功能完成。 程序的启动及

10、后续测量工作在主控室进行。此时SLS-T软件处于“管片拼装”状态，按功能键F3，关闭测量后，通过功能键“激光站移站F6”来启动程序。在初始窗口中，按下按钮“测量开始F2”，启动方位检测程序。方位检测被成功的执行后，显示检测结果，在得到理想的结果后，按下F2确认后方位检测的结果。 在测定新激光站点坐标前，事先在信息输入窗口中输入如下信息：水平与垂直方向上偏移的近似值及新激光站点的大致里程；当前棱镜的高度及仪器的高度；新站点的点位编码。在信息输入窗口下，按下F2键启动程序。全站仪自动搜索到前视棱镜（即新激光站点）后，自动瞄准棱镜进行测量。屏幕显示计算出来的新激光站点坐标。在测定新激光站坐标时，为避

11、免获得错误的数据，须遮盖住其他的反射棱镜。新激光站点的坐标测定后，将全站仪和后视棱镜转移到新的位置。全站仪和后视棱镜转移到新的位置后，主控室按功能键F2进行确认，新的信息窗口会显示新激光站点三维坐标，然后将新激光站点上的全站仪手动转向新的后视点即原先的激光站，按下F2，重新调整定位全站仪上的刻度。成功执行上述的步骤后，出现一新的信息窗口。通过按下F2功能键完成激光站移站程序。 3.3 激光站的人工检查 在推进的过程中，可能会由于安装托架的管片出现沉降、位移或托架被碰动，使激光站点或后视靶的位置发生变化，从而全站仪测得错误的盾构机姿态信息。为了保证激光全站仪的准确定位，在SLS-T软件的状态为“

12、推进”时，通过功能键F5对全站仪的定位进行检查，如果测得的后视靶的值超过了在编辑器中设定的限值时，需要对激光站进行人工检查。检查方法是利用洞内精密导线点对激光站点及后视靶点位置进行测量，重新确定两点的三维坐标。 五、盾构姿态人工复测 1、盾构姿态人工检测概述 在盾构施工的过程中，为了保证导向系统的正确性和可靠性，在盾构机掘进一定的长度或时间之后，应通过洞内的独立导线独立的检测盾构机的姿态，即进行盾构姿态的人工检测。 2、盾构机参考点的测量 在进行盾构机组装时，VMT公司的测量工程师就已经在盾体上布置了盾构姿态测量的参考点(共21个)，如图。并精确测定了各参考点在TBM坐标系中的三维坐标。我们在

13、进行盾构姿态的人工检测时，可以直接利用VMT公司提供的相关数据来进行计算。其中盾体前参考点及后参考点是虚拟的，实际是不存在的。 盾构机参考点的布置 盾构姿态人工检测的测站位置选在盾构机第一节台车的连接桥上,此处通视条件非常理想,而且很好架设全站仪。只要在连接桥上的中部焊上一个全站仪的连接螺栓就可以了。测量时，应根据现场条件尽量使所选参考点之间连线距离大一些，以保证计算时的精度，最好保证左、中、右各测量一两个点，这样就可以提高测量计算的精度。例如在S285选择盾构机的参考点时，即是选择的8、12、21三点作为盾构姿态人工检测的参考点。 3、盾构姿态的计算 首先把VMT公司测量工程师已测参考点的相对坐标（至少3个点）输入至CAD文件中；然后把我们每次所测相同编号参考点的三维绝对坐标输入到同一CAD文件里面。利用CAD里面的“对齐”命令后，通过测量垂线在水平和垂直方向上的偏离值来求解盾构机前后点的姿态。盾构姿态CAD计算示意图 七、管环检测 根据管环的内径是2.7米, 采用铝合金制作一水平尺,水平尺长可根据实际情况调整。在水平尺正中央贴一反射片。根据管环、水平尺、反射贴片的几何尺寸，就可以计算出实际上的管环中心与水平尺上反射片中心的高差。测量时，首先把水平尺精确整平，然后用全站仪测量出水平尺上反射贴片中心的三维坐标，就可以推算