专利名称：全站仪棱镜组和隧道施工的顶管机导向系统及其导向方法
技术领域：
本发明属于隧道测量装置及方法，具体涉及一种全站仪棱镜组和隧道施工的顶管机导向系统及其导向方法。
背景技术：
在隧道测量中，通常使用全站仪进行测量工作，全站仪是一种可以同时进行角度测量(水平角、竖直角)和距离测量(斜距、平距、高差)的仪器。然而在顶管隧道中，由于管片一直处于运动状态，使得全站仪自身不稳定，无法像盾构隧道一样进行测量工作。对于短距离直线顶管隧道，通常在始发井口安装全站仪，在顶管机上安装激光靶，不换站直接进行测量，使用距离不超过IOOOm ;对于长距离曲线顶管隧道，就难以直接进行测量，通常进行人工测量，效率低下。
发明内容
本发明的目的是提供一种全站仪棱镜组和隧道施工的顶管机导向系统及其导向方法，通过该系统实现在长距离曲线顶管隧道中对顶管机姿态的自动测量，指导掘进。实现本发明目的采用的技术方案是
本发明提供的全站仪棱镜组，包括由底座、设底座上的支架、设在支架上的望远镜、操作面板和提把组成的全站仪，所述全站仪的提把上设有棱镜。本发明的隧道施工的顶管机导向系统，包括激光靶、主全站仪棱镜组、若干分全站仪棱镜组、后视棱镜、通信盒、计算机；所述激光靶安装在隧道中的顶管机上，主全站仪棱镜组安装在隧道始发井口内的安装支架上，其余分全站仪棱镜组随顶管机的掘进逐个间隔安装在在激光靶与主全站仪棱镜组之间的随顶管机一同前进的隧道管片上，后视棱镜安装在隧道始发井口的墙壁上，主全站仪棱镜组和分全站仪棱镜组均与计算机连接。本发明提供的隧道施工的顶管机导向系统的导向方法，按照以下步骤进行
1、在隧道中的顶管机上安装激光靶，在隧道始发井口墙壁上安装后视棱镜，在隧道始发井口上安装主全站仪棱镜组；
2、首先利用计算机控制主全站仪棱镜组从隧道始发井口先测量后视棱镜进行后视定向，再测量激光靶的坐标从而计算出顶管机的位置，与设计线路比较，求出顶管机此时的里程和偏差；
3、当主全站仪棱镜组测量不到激光靶时，在激光靶与主全站仪棱镜组之间的随顶管机一同前进的隧道管片上安装第一分全站仪棱镜组，由计算机控制主全站仪棱镜组测量后视棱镜进行后视定向，再测量第一分全站仪棱镜组计算其坐标，使第一分全站仪棱镜组以主全站仪棱镜组的测量数据为基准重新进行后视定向，由第一分全站仪棱镜组测量激光靶的坐标从而计算出顶管机的位置，与设计线路比较，求出顶管机此时的里程和偏差；
4、随着顶管机的掘进，当主全站仪棱镜组测量不到第一分全站仪棱镜组时，再在第一分全站仪棱镜组与全站仪棱镜组之间的隧道管片上增加第二分全站仪棱镜组，由计算机控制主全站仪棱镜组先测量后视棱镜进行后视定向，再测量第二分全站仪棱镜组计算其坐标，使第二分全站仪棱镜组以主全站仪棱镜组的测量数据为基准重新进行后视定向；由计算机控制第二分全站仪棱镜组测量第一分全站仪棱镜组的坐标，使第一分全站仪棱镜组以第二分全站仪棱镜组的测量数据为基准重新进行后视定向，再由第一分全站仪棱镜组测量激光靶的坐标从而计算出顶管机的位置，与设计线路比较，求出顶管机此时的里程和偏差；如此类推依次增加第N分全站仪棱镜组不断求出顶管机新的里程和偏差。本发明系统和方法可以实现在长距离曲线顶管隧道中对顶管机姿态的自动测量，指导顶管机的掘进施工，具有系统结构简单，使用方便，测量精度高，导向效果好等优点。下面结合附图对本发明作进一步说明。
图I是现有全站仪的结构示意图。 图2是本发明的全站仪棱镜组结构示意图。图3是本发明系统的结构示意图。图4是本发明系统的使用状态示意图。
具体实施例方式本发明的全站仪棱镜组的结构如图I所示，包括全站仪基座101、基座脚螺丝102、全站仪底板103、操作面板104、全站仪支架105、望远镜106、提把107、提把拆装按钮108、棱镜109。其中，全站仪基座101、基座脚螺丝102、全站仪底板103构成了全站仪底座，用于固定全站仪和对全站仪调平；操作面板104用于对全站仪进行操作；全站仪支架105用于固定望远镜106和提把107，并通过提把拆装按钮108对其进行拆装；棱镜109固定于提把107中心。全站仪支架105可以以其竖直中心为固定轴360度转动，同时带动操作面板104、望远镜106、提把107和棱镜109 —同转动。全站仪棱镜组由现有的全站仪(参见图2)改造而成，只是在全站仪的提把107加装了棱镜109，这样全站仪棱镜组既可以当测站进行测量工作，又可以作为后视和前视目标供设站定向和目标测量。棱镜7的固定方式可以为螺栓固定、卡箍固定等方式。棱镜109的方向可随着全站仪棱镜组中全站仪的中心竖直轴线的转动，跟随同步转动，保证全站仪棱镜组中全站仪视线方向和棱镜方向的相同，使得全站仪棱镜组既可作为全站仪进行测量，又可以作为测量目标点，供其它全站仪棱镜组中的全站仪测量。本发明的隧道施工的顶管机导向系统，如图3、图4所示，包括激光靶6、主全站仪棱镜组I、若干分全站仪棱镜组1\12··· In、后视棱镜3、通信盒4、计算机；所述激光靶6安装在隧道中的顶管机7上，主全站仪棱镜组I安装在隧道始发井口 2内的安装支架8上，其余分全站仪棱镜组I1、I2··· In随顶管机7的掘进逐个间隔安装在在激光靶I与主全站仪棱镜组I之间的随顶管机7 —同前进的隧道管片5上，后视棱镜3安装在隧道始发井口 2的墙壁上，主全站仪棱镜组I和各分全站仪棱镜组I1、I2··· In均与计算机连接，计算机安装于控制室内。以下以3台全站仪棱镜组的具体操作方法为例(实际使用中可根据需要对全站仪棱镜组的数量进行增减)，对本发明系统的导向方法做进一步的说明。首先(参见图3)在隧道中的顶管机7上安装激光靶6，在始发井口 2处的墙壁上安装后视棱镜3其坐标为(40. 6577，-6. 5315，I. 1045)，在始发井口内的安装支架8上安装主全站仪棱镜组I其坐标为(26. 06，-6. 7136，-10. 7105)，用计算机控制主全站仪棱镜组I从隧道始发井口先测量后视棱镜3进行后视定向，再测量激光靶6坐标(43. 1542，-6. 7822，-10. 7505)计算出顶管机7的位置，与设计线路比较，求出顶管机7此时的里程和偏差；
当主全站仪棱镜组I测量不到激光靶6时，在最接近始发井口 2同时可以看到激光靶6的位置，在激光靶6与主全站仪棱镜组I之间的随顶管机一同前进的隧道管片5上安装第一分全站仪棱镜组I1，此时的测量流程为用计算机控制主全站仪棱镜组I测量后视棱镜3进行后视定向，再测量第一分全站仪棱镜组I1计算其坐标(68. 4528，-6. 6842，-10. 8456)；使第一分全站仪棱镜组I1以主全站仪棱镜组I测量的数据为基准重新进行后视定向，由第 一分全站仪棱镜组2测量激光靶6的坐标(376. 781,-6. 942,-10. 9874)从而计算出顶管机7的位置，与设计线路比较，求出顶管机7此时的里程和偏差；
随着顶管机7的掘进，由于第一分全站仪棱镜组I1随着隧道管片5 —同前进，导致主全站仪棱镜组I测量不到第一分全站仪棱镜组I1，这时，再在第一分全站仪棱镜组I1与主全站仪棱镜组I之间的隧道管片5上增加新的第二分全站仪棱镜组I2 (参见图4)，此时的测量流程为由计算机控制主全站仪棱镜组I先测量后视棱镜3进行后视定向，再测量第二分全站仪棱镜组I2计算其坐标(70. 9994，-6. 9804, -10. 8533)，使第二分全站仪棱镜组I2以主全站仪棱镜组I测量的数据为基准重新进行后视定向；由计算机控制第二分全站仪棱镜组I2)测量第一分全站仪棱镜组I1的坐标(380. 6172，-6. 7264，-10. 8745);使第一分全站仪棱镜组I1以第二分全站仪棱镜组I2测量的数据为基准重新进行后视定向，再由第一分全站仪棱镜组I1测量激光靶6的坐标(688. 9454，-6. 5347，-10. 8971)从而计算出顶管机位置，与设计线路比较，求出顶管机此时的里程和偏差；如此类推依次增加第N分全站仪棱镜组不断求出顶管机新的里程和偏差。
权利要求
1.一种全站仪棱镜组，包括由底座、设底座上的支架、设在支架上的望远镜、操作面板和提把组成的全站仪，其特征是所述全站仪的提把上设有棱镜。
2.一种隧道施工的顶管机导向系统，其特征是包括激光靶、主全站仪棱镜组、若干分全站仪棱镜组、后视棱镜、通信盒、计算机；所述激光靶安装在隧道中的顶管机上，主全站仪棱镜组安装在隧道始发井口内的安装支架上，其余分全站仪棱镜组随顶管机的掘进逐个间隔安装在在激光靶与主全站仪棱镜组之间的随顶管机一同前进的隧道管片上，后视棱镜安装在隧道始发井口的墙壁上，主全站仪棱镜组和分全站仪棱镜组均与计算机连接。
3.—种隧道施工的顶管机导向系统的导向方法，按照以下步骤进行 I )、在隧道中的顶管机上安装激光靶，在隧道始发井口墙壁上安装后视棱镜，在隧道始发井口上安装主全站仪棱镜组； 2)、首先利用计算机控制主全站仪棱镜组从隧道始发井口先测量后视棱镜进行后视定向，再测量激光靶的坐标从而计算出顶管机的位置，与设计线路比较，求出顶管机此时的里程和偏差； 3)、当主全站仪棱镜组测量不到激光靶时，在激光靶与主全站仪棱镜组之间的随顶管机一同前进的隧道管片上安装第一分全站仪棱镜组，由计算机控制主全站仪棱镜组测量后视棱镜进行后视定向，再测量第一分全站仪棱镜组计算其坐标，使第一分全站仪棱镜组以主全站仪棱镜组的测量数据为基准重新进行后视定向，由第一分全站仪棱镜组测量激光靶的坐标从而计算出顶管机的位置，与设计线路比较，求出顶管机此时的里程和偏差； 4)、随着顶管机的掘进，当主全站仪棱镜组测量不到第一分全站仪棱镜组时，再在第一分全站仪棱镜组与全站仪棱镜组之间的隧道管片上增加第二分全站仪棱镜组，由计算机控制主全站仪棱镜组先测量后视棱镜进行后视定向，再测量第二分全站仪棱镜组计算其坐标，使第二分全站仪棱镜组以主全站仪棱镜组的测量数据为基准重新进行后视定向；由计算机控制第二分全站仪棱镜组测量第一分全站仪棱镜组的坐标，使第一分全站仪棱镜组以第二分全站仪棱镜组的测量数据为基准重新进行后视定向，再由第一分全站仪棱镜组测量激光靶的坐标从而计算出顶管机的位置，与设计线路比较，求出顶管机此时的里程和偏差；如此类推依次增加第N分全站仪棱镜组不断求出顶管机新的里程和偏差。
全文摘要
本发明公开了一种全站仪棱镜组和隧道施工的顶管机导向系统及其导向方法。其中隧道施工的顶管机导向系统，包括激光靶、主全站仪棱镜组、若干分全站仪棱镜组、后视棱镜、通信盒、计算机；所述激光靶安装在隧道中的顶管机上，主全站仪棱镜组安装在隧道始发井口内的安装支架上，其余分全站仪棱镜组随顶管机的掘进逐个间隔安装在在激光靶与主全站仪棱镜组之间的随顶管机一同前进的隧道管片上，后视棱镜安装在隧道始发井口的墙壁上，主全站仪棱镜组和分全站仪棱镜组均与计算机连接。本发明系统和方法可以实现在长距离曲线顶管隧道中对顶管机姿态的自动测量，指导顶管机的掘进施工。
文档编号G02B7/18GK102937437SQ20121047471
公开日2013年2月20日 申请日期2012年11月21日 优先权日2012年11月21日
发明者刘飞香, 程永亮, 郑大桥, 贺泊宁, 谭新 申请人:中国铁建重工集团有限公司