矿山测量拓展盾构自动导向系统原理

《矿山测量》课程

主讲人：李长青

盾构机掘进隧道时的测量三、盾构机自动导向系统简介现代新型的盾构机都装备有可选的成套测量与控制系统，既自动导向系统，指导盾构掘进施工。导向系统种类主要有四种：陀螺仪导向系统、德国VMT公司SLS．T导向系统、我国盾构姿态实时监测系统以及英国ZED导向系统，下面分别介绍。

（一）陀螺仪导向系统

(1)陀螺仪导向系统特点陀螺仪导向系统主要由陀螺仪和倾斜计、控制单元等组成，其中陀螺系统结构比较复杂。该系统的优点是适合长距离方向控制和快速运动物体；缺点是仅对方向控制提供参考、精度偏低、需定时归零、操作较繁琐、不给定三坐标量(X、Y，、Z)，对推进只起到有限的参考作用。(2)日本TOKIMEC生产的TIMS-01系列盾构机姿态测量系统简介

1)系统组成和功能盾构机掘进隧道时的测量盾构机掘进隧道时的测量2)姿态测量管理

盾构机掘进隧道时的测量盾构机掘进隧道时的测量3)辅助人工测量盾构机掘进隧道时的测量（二）德国VMT公司SLS-T导向系统简介

德国VMT公司SLS．T导向系统构成比较复杂，由激光测站、后视棱镜、目标靶等组成，测定精度受激光发射接收、倾斜仪的传感精度的影响。测量示意图见图4-5-12。该系统优点是稳定、可靠、实时、连续、精度高；缺点是构成复杂、维护量大、对人员要求高、进口价格相对昂贵。

盾构机掘进隧道时的测量盾构机掘进隧道时的测量(1)系统组成和功能

1)具有自动照准目标的全站仪。主要用于测量(水平和垂直的)角度和距离、发射激光束。

2)ELS(电子激光系统)，亦称为标板或激光靶板，见图4-5-13。这是一台智能型传感器，ELS接受全站仪发出的激光束，测定水平方向和垂直方向的入射点。坡度和旋转由该系统内的倾斜仪测量，偏角由ELS上激光器的入射角确认。由于ELS固定在盾构机的机身内，在安装时其与盾构机轴线的关系和参数位置就确定了，因此根据上述ELS的测量结果即可转换成盾构机姿态。盾构机掘进隧道时的测量盾构机掘进隧道时的测量3)计算机及隧道掘进软件。SLS—T软件是自动导向系统的核心，它从全站仪和ELS等通信设备接收数据，计算盾构机的位置，并以数字和图形的形式显示在计算机的屏幕上，操作系统采用Windows2000，确保用户操作简便。

4)黄色箱子。它主要给全站仪供电，保证计算机和全站仪之间的通信和数据传输。（2）盾构机激光导向系统原理：

1）盾构机激光导向系统涉及的坐标系盾构机掘进隧道时的测量(A)地面直角坐标系（O-XYZ）：简称地面坐标系。(B)盾构机坐标系（F-xyz）：以盾构机刀头中心前端切点为原点，以盾构机中心纵轴为x轴，由盾尾指向刀头为正向；以竖直向上的方向线为z轴，y轴沿水平方向与x、z轴构成左手系。

(C)棱镜中心坐标系（P-x’y’z’）：原点为安装在盾构机尾部的棱镜的中心，与盾构机坐标系平行。

盾构机掘进隧道时的测量2）描述盾构机姿态的要素

描述盾构机姿态的参数有：刀头坐标（xF'，yF，zF）：水平角A；倾角α；旋转角κ

盾构机掘进隧道时的测量（3）激光导向系统原理和工作过程盾构机掘进隧道时的测量该导向过程包括如下6个步骤。

1）棱镜P点坐标和旋转参数的获取：2）刀头、盾尾中心的地面坐标系三维坐标解算：3）刀头、盾尾里程及盾构机与隧道中线相对偏差的解算：4）拟合修正曲线：5）推进：

6）重复1至5步。

盾构机掘进隧道时的测量（4）盾构机控制测量

盾构机控制测量的原理是：通过人工测量盾构机体上具有精确盾构机坐标的若干个(盾构机始发前，机体全身多于16个；在隧道掘进中，仅尾部16