一种有关顶管施工的自动测量导向系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及施工及隧道测量【技术领域】，具体来说是一种有关顶管施工的自动测量导向系统，包括全自动全站仪、无线电台及遥控设备、计算机及应用工具、顶管机、MTG-T光靶、棱镜、传感器、控制箱，顶管机的机头上设有MTG-T光靶，顶管施工中，整条管道是移动前进的，在隧道洞口顶部设有行程传感器，在管道第二个隧道管节的内腔上壁设有前视棱镜和参考棱镜，根据管道上的管节不断地移动，在管道末端管节的前一节管节的内腔上壁设有后视棱镜，全站仪位于管道前端管节内腔的中央位置。本实用新型同现有技术相比，其优点在于：减少人员劳动强度，提高顶管施工的工作效率与施工精度；通过实时数据分析处理、实时控制、实时决策，从而保证两井间的贯通精度。
【专利说明】一种有关顶管施工的自动测量导向系统
[【技术领域】]
[0001]本实用新型涉及施工及隧道测量【技术领域】，具体来说是一种有关顶管施工的自动测量导向系统。
[【背景技术】]
[0002]在顶管和隧道施工中，为了保证各项开挖面能正确贯通和符合设计要求，就必须随着隧道施工掘进实时测定掘进方向的轴线和高程，这种测量叫做隧道测量。目前地下隧道类工程施工测量方法有适合于暗挖隧道的传统导线法；适合于地铁盾构施工的盾构自动测量导向系统；以上都是随着隧道延伸可在已成型的隧道内做控制点来进行传递，从而能保证隧道贯通精度。
[0003]顶管施工与地铁盾构施工区别在于，整个管段直至贯通后整个隧道内的管节才能稳定下来。传统顶管测量每次由井上联测下来测至前端顶管机头处，中间一旦发生较大测量误差必须重测，费时费力，而且容易导致前端管节发生栽头、偏位等现象。特别是顶管施工需频繁更换机头，测量技术更为重要。现有的顶管自动引导测量系统由多台全站仪组成，设备费用过高，同时系统需在整条管道每个站点安装测量装置，比较复杂，影响了施工的质量。
[实用新型内容]
[0004]本实用新型的目的是为了克服上述缺陷，根据自动测量技术，提供一种结构简单、自动测量导向系统，在顶管顶进的动态下，连续自动跟踪测量，解决了现有技术中顶管人工测量费时费力，容易出错，导致机头走偏，最终贯通误差超限等造成不必要的经济损失的情况，从而达到进一步提高施工质量和进度的目的。
[0005]为了实现上述目的，结合地铁盾构自动测量导向系统，根据顶管施工测量的特性进行必要的改进，设计一种有关顶管施工的自动测量导向系统，包括全自动全站仪、无线电台及遥控设备、计算机及应用工具MAPGIS或DBASE或Excel等软件、顶管机、MTG-T光靶、棱镜、传感器、控制箱，顶管机的机头上设有MTG-T光靶，顶管施工中，整条管道是移动前进的，在隧道洞口顶部设有行程传感器，在管道第二个隧道管节的内腔上壁设有前视棱镜和参考棱镜，根据管道上的管节不断地移动，在管道末端管节的前一节管节的内腔上壁设有后视棱镜，全站仪位于管道前端管节内腔的中央位置，在管节内腔的底部及隧道洞口设有若干个无线电台，全站仪工作时，通过MTG-T光靶测量机头行进位置变化数据，通过前后棱视镜和参考视镜测量顶管机不断行进的轨迹，包括水平角、垂直角和边长及前后视棱镜的三维坐标，通过行程传感器测量顶管机顶管的距离，全站仪将输出信号通过无线电台发送信号传输给计算机的输入信号端，计算机及应用工具控制全站仪运行。
[0006]所述的全站仪上设有MTBll控制箱，所述的控制箱包括直流电源12V、控制电路和无线发射和接收电路。
[0007]所述的计算机接口上设有控制箱MTB11，所述的控制箱包括无线发射和接收电路。
[0008]所述的前后棱镜之间增设一个参考棱镜，通过两点一线距离公式来确保顶管前部沿其设计中心线高度顶进，位置精确，后端坡度控制变化。
[0009]本实用新型同现有技术相比，其优点在于:能极大的减少人员劳动强度，提高顶管施工的工作效率与施工精度；通过实时数据分析处理、快速反馈、工程状态显示、实时控制，方便现场人员实时决策，从而最终保证两井间的贯通精度。
[【专利附图】
【附图说明】]
[0010]图1是本实用新型的结构示意图；
[0011]图2是本实用新型的计算机软件工作流程图；
[0012]图1中:1、MTL激光靶或MTG-T激光靶2、MTBll控制箱3、MTB21控制箱4、MTB22控制箱5、TS15A全站仪6、后视棱镜及倾斜仪7、前视棱镜8、参考棱镜9、行程传感器10、工业电脑及控制箱11、隧道管节；
[0013]指定图1作为本实用新型的摘要附图。
[【具体实施方式】]
[0014]下面结合附图对本实用新型作进一步说明，这种装置的结构及计算机及应用工具、包括前后视棱镜的三维坐标、两点一线距离公式对本专业的人来说是非常清楚的。本技术的创新点在于公知技术的组合，采用参考棱镜有利于前视棱镜的顶管高度设计正确，减小误差，有利于控制后视棱镜坡度的变化，对若干个构成的管道弯节采用一站式自动测量导向系统，减少劳动强度，成本降低，避免折线引起的竖向误差。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0015]实施例1
[0016]如图1、图2所示，顶管自动测量方法如下:通过手动输入零位数据，设计中线数据及现场实测数据，自动导入测量数据库，从而计算出顶管机实时姿态、设计轴线偏位等各项参数，从而指导施工。
[0017]顶管施工的自动测量导向系统的使用方法如下:
[0018]通过使用MTG-L顶管自动导向系统，能实时获得顶管机相对于隧道设计中心线的偏差及其姿态，为顶管机严格按照设计路线顶进提供重要的标志线，保证隧道施工的质量及隧道的准确贯通，该方法包括以下步骤:
[0019]a.测隧道站点和后视在隧道始发井内的数据，通过全站仪观察，激光靶随机头行进位置不断变化，所述隧道管道中心桩为顶管的测量基线，测站点和后视固定在洞外位置不动的顶点，作为顶管高度测量的水准点，测量结果以12s/次的速度通过全站仪和无线电台将信号传输给工业电脑，建立自动导向测量系统的定向基线，也就是建立测站；
[0020]b.在第二个隧道管节的内腔上壁设有前视棱镜和参考棱镜，在最后一节的前一节隧道管节的内腔上壁设有后视棱镜，通过全站仪和三个棱镜配合测量顶管机管不断行进的轨迹，包括水平角、垂直角及边长，通过两点一线距离公式来确保顶管前部沿其设计中心线高度顶进，位置精确，后端坡度控制变化，轨迹将用于后续阶段获取测站和后视三维坐标，周期测量将增加为42s左右，测量结果通过无线电台和全站仪，将信号传输给工业电脑，实时测量机头的原始平面和高程数据，作为基本参数一部分参与软件解算；
[0021]c.当隧道管道顶进一段距离后，现有测站不能直接观测到机头棱镜时，需进行测站前移，将测站移至隧道内，在隧道洞口顶部设有行程传感器，周期测量为42s左右，测量结果通过全站仪和无线电台，将信号传输给工业电脑，系统自动解算搬站数据，搬站后直接后视，即可快速的恢复测站，进行测量；
[0022]d.随着机头顶进，隧道管道的不断延伸，自动导向系统各部组件都相应的往前移动，测站前移的同时，将后视移至隧道洞内，固定在管节上的测站点随管节不断移动，此阶段隧道洞内测量设备全部安装在距机头140m范围内，测站点仍按第2个隧道管节内腔上壁设有前视棱镜和参考棱镜，在最后一节的前一节内腔上壁设有后视棱镜排列，消除了若干个全站仪构成的折线引起的竖向误差，周期测量为42秒左右，测量结果通过全站仪和无线电台，将信号传输给工业电脑，工业电脑自动将实时数据进行整理分析，形成结果参数，反馈至顶管机头显示屏，显示屏中的纠偏参数帮助顶管机司机快速准确的做出相对的措施，从而指导顶进施工。
[0023]实施例2:
[0024]以昆明尾水外排顶管工程为例。昆明尾水外排顶管工程是昆明滇池污水治理工程之一，全线设11个工作井分10段顶进线路，其中最长一顶段9#井一泵站#井顶段全长1.2公里，属于超长距离顶管施工，由于顶管顶进施工时管节是随着顶段的延伸跟进的，是属于动态测量，而且必须单向顶进至出洞井，对隧道测量的精度要求较高。每节管节从调入，安装到开顶有2个小时的空余时间来进行实时测量，顶管隧道顶进距离较长后，传统方法不能保证在有限的时间内不出错的情况下完成机头中线测量，故采用本方法进行。
[0025]顶管工程为保证管节相对位置的准确，对间歇时间是有严格要求的，传统测量方法由于转站时间和环境影响，不一定能保证长距离测量的准确性和实效性。
[0026]自动导向测量方法的同时采用人工测量进行复核，从而进一步确定此法的优缺点，精度、时间等等。
【权利要求】
1.一种有关顶管施工的自动测量导向系统，包括全自动全站仪、无线电台及遥控设备、计算机、顶管机、MTG-T光靶、棱镜、传感器、控制箱，其特征在于顶管机的机头上设有MTG-T光靶，顶管施工中，整条管道是移动前进的，在隧道洞口顶部设有行程传感器，在管道第二个隧道管节的内腔上壁设有前视棱镜和参考棱镜，根据管道上的管节不断地移动，在管道末端管节的前一节管节的内腔上壁设有后视棱镜，全站仪位于管道前端管节内腔的中央位置，在管节内腔的底部及隧道洞口设有若干个无线电台，全站仪工作时，通过MTG-T光靶测量机头行进位置变化数据，通过前后棱视镜和参考视镜测量顶管机不断行进的轨迹，包括水平角、垂直角和边长及前后视棱镜的三维坐标，通过行程传感器测量顶管机顶管的距离，全站仪将输出信号通过无线电台发送信号传输给计算机的输入信号端，计算机及应用工具控制全站仪运行。
2.如权利要求1所述的一种有关顶管施工的自动测量导向系统，其特征在于全站仪上设有MTBll控制箱，所述的控制箱包括直流电源12V、控制电路和无线发射和接收电路。
3.如权利要求1所述的一种有关顶管施工的自动测量导向系统，其特征在于计算机接口上设有控制箱MTBl I，所述的控制箱包括无线发射和接收电路。
4.如权利要求1所述的一种有关顶管施工的自动测量导向系统，其特征在于在前后棱镜之间增设一个参考棱镜，通过两点一线距离公式来确保顶管前部沿其设计中心线高度顶进，位置精确，后端坡度控制变化。
【文档编号】G01C5/00GK204007587SQ201420296721
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2014年6月5日
【发明者】孙焕斌, 唐剑, 王荣高, 尤庆飞, 孙东晓 申请人:中铁上海工程局集团有限公司, 中铁上海工程局集团市政工程有限公司