VMT導(dǎo)向系統(tǒng)測量技術(shù)成都項目部

1、1、SLS-T 采用了3 種不同的坐標(biāo)系統(tǒng)。分別為：大地坐標(biāo)系統(tǒng) 、TBM坐標(biāo)系統(tǒng)，DTA 坐標(biāo)系統(tǒng)。2、VMT導(dǎo)向系統(tǒng)（SLS-T）的坐標(biāo)系（1）大地坐標(biāo)系統(tǒng) 主要包括 DTA數(shù)據(jù)、以及輸入到系統(tǒng)里面的TCA，BT坐標(biāo)。（2）TBM坐標(biāo)系統(tǒng)以TBM前點為坐標(biāo)原點；中心軸線為X軸，掘進(jìn)方向為正；X軸順時針旋轉(zhuǎn)90度為Y軸； 垂直X軸、Y軸平面為Z軸。參考點的坐標(biāo)采用TBM坐標(biāo)系，由VMT公司在工廠里面測定。我們根據(jù)參考點在大地坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)及其TBM坐標(biāo)確定TBM的實際位置。TBM實際位置可以通過三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)化，CAD擬合求得。（3）DTA 坐標(biāo)系統(tǒng) 這個系統(tǒng)用于確定TBM的位置，也就是TBM

2、的前后參考點。坐標(biāo)是以水平、垂直偏差和TBM的里程來體現(xiàn)的。下圖為幾種坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系： SLST 導(dǎo)向系統(tǒng)是在 Windows 操作系統(tǒng)下運行的，為運行 SLST 而必須安裝的文件將由 VMT 工程師完成， 系統(tǒng)軟件包含了很多文件，將在下面予以描述。其中任何一個文件被錯誤的刪除都將使軟件不能正常的運行，用電腦時必須萬分小心。 1、目錄及主要文件 目錄 “SLS-T”這個文件夾中包含了 SLST 程序文件。用戶可以選擇不同的安裝路徑安裝在電腦上。 目錄 “SLS-TAnim” 包含不同的動態(tài)文件 (例如激光站前移等)。 目錄 “SLS-TDTA” 包含所有 DTA 文件，但是要對其進(jìn)行編輯

3、必通過SLST軟件中的DTA編輯器，絕不能直接對其編輯！ 目錄 “SLS-TTables” 包 含 管 片 定 義 文 件 。 目錄 “SLS-TLog” 包括各種日志文件 文件夾 “SLS-TLogDirCheck”: 方位檢查 文件夾 “SLS-TLogLU”: 激光站前移 文件夾 “SLS-TLogOrientation”: 定向 文件夾 “SLS-TLogRB”: 管片拼裝 文件夾 “SLS-TLogSystem”: 系統(tǒng)2、幾個定義（偏差值、滾動角、趨向、仰俯角） 偏差值是盾構(gòu)機(jī)前后點相對于DTA或者糾偏曲線的垂直距離。水平方向為正表示在軸線的右方，為負(fù)在軸線的左方。在垂直方向上，正

4、表示在軸線的上方，負(fù)表示在軸線的下方。 滾動角是表示盾構(gòu)機(jī)相對水平面滾動的大小，正表示向右滾動，負(fù)表示向左滾動(面向掘進(jìn)方向)。 趨向是表示盾構(gòu)機(jī)軸線相對于DTA的偏轉(zhuǎn)程度，在水平方向上，趨向為正表示TBM相對于DTA向右轉(zhuǎn)，負(fù)表示向左轉(zhuǎn)。垂直趨向為正表示TBM前面向上，為負(fù)表示向下。 仰俯角表示盾構(gòu)機(jī)軸線與水平方向的偏離程度。 3 3、軟件界面1. 水平和垂直偏差 mm 2. 水平和垂直趨向 mm/m 3. 前參考點（切口）里程m 4. 當(dāng)前推進(jìn)環(huán)號 5. 圖示 TBM 狀態(tài)。默認(rèn)比例是垂直方向上 60mm，水平方向上 100mm，如 果偏差值超出這個范圍則比例自動調(diào)整但是表示 TBM 的圖

5、標(biāo)大小不改變。 6. 滾動角 mm/m. 正值 = 向右滾動, 負(fù)值 = 向左滾動 7. 絕對仰俯角 mm/m. 正值 = TBM 向上前進(jìn), 負(fù)值 = TBM 向下進(jìn) 8. 目標(biāo)靶信號強度，表示激光打在激光靶上的強度，這個值應(yīng)該總 是介于 250 和 1000 之間。如果不是，則激光或者激光靶需要擦干凈。渾濁的空氣(如柴油機(jī)、焊接所產(chǎn)生的煙等等)也有可能 減弱激光強度。 9. 激光強度表示當(dāng)前激光的發(fā)射強度，激光靶接收強度和激光強有直接的聯(lián)系。 10. 電腦上顯示的日期及時間 11 通訊狀態(tài)顯示。綠色表示正常工作，黃色表示在等待狀態(tài)，紅色則表示有問題。點擊此符號則 會彈出一個包含當(dāng)前工作狀態(tài)

6、信息 的窗口。 12. 項目名稱 13. 顯示當(dāng)前程序運行模式（推進(jìn)，管片拼裝）。 14. 預(yù)留的顯示其他特殊項目信息的地方。 15. 可以通過鼠標(biāo)或鍵盤操作這些功能鍵，詳情見后。 16. “對話窗口” 信息窗口。下拉滾動條可以使信息上下移動，以便瀏覽（右側(cè)）。 17. 信息“上一 次姿態(tài)確定至今的時間間隔”表示最后一次確定 TBM 姿態(tài)是在什么時候。（1）主屏幕級別1F1, 掘進(jìn) 從管片拼裝狀態(tài)切換到推進(jìn)狀態(tài)。在推進(jìn)狀態(tài)下所有硬件設(shè)備都和軟件之間有通訊， 并連續(xù)顯示當(dāng)前TBM姿態(tài)（激光是打開的) F2, 停止測量 從推進(jìn)狀態(tài)切換到管片拼裝狀態(tài)。在管片拼裝狀態(tài)下時，軟件和所有的硬件設(shè)備都沒有通

7、訊，軟件處于凍結(jié)狀態(tài)(激光也是關(guān)閉的) F3F4, 管環(huán)拼裝 啟動管片選型、拼裝程序。 F5, F6, 方位檢查 激活全站儀的方位檢查。全站儀轉(zhuǎn)向后視點， 然后將實測的方位同計算的方位值進(jìn)行比較。 F7,工地現(xiàn)場圖 可以實時的顯示盾構(gòu)機(jī)當(dāng)前所處的位置，包括平面和高程。F8, 相對 CC 偏差 顯示相對于糾偏曲線 TBM 的姿態(tài)，在 20 秒后切換回正常的顯示（相對于DTA 的姿態(tài)） F9, 打印 將當(dāng)前實際的屏幕打印到 Windows 默認(rèn)打 機(jī)。 F10, 下一步 進(jìn)入下一級菜單。當(dāng)前被激活級別顯示在下方的右側(cè)。F1,TBM 歷史記錄 顯示被存儲在數(shù)據(jù)庫里面的TBM姿態(tài)錄。 F2,TBM圖表

8、 圖示每一環(huán) TBM 的趨向，圖中的點表示前參考點。 F3 F4,打印報告F5, 管環(huán)位置 顯示被拼裝的最后一環(huán)管片（如果在軟件中包含v 有管片拼裝程序的話），它也可以切換到其他管片。F6, F7, F8,刪除掘進(jìn) 此操作有密碼保護(hù)，可以從數(shù)據(jù)庫中刪除一環(huán)推進(jìn)。 F9,打印 將當(dāng)前實際的屏幕打印到 Windows 默認(rèn)打印 機(jī)。 F10,下一步 進(jìn)入下一級菜單。當(dāng)前被激活級別顯示在屏幕下方的右側(cè)。 （3）主屏幕級別3F1,參數(shù)編輯器 打開編輯器，通過它可以改變SLST的參數(shù)。F2,液壓油缸編輯器F3,點管理器 打開點管理器并輸入或編輯將要在 SLST 軟件中用到的TCA站、BT靶的坐標(biāo)。 F4

9、,DTA 開始 DTA 計算程序，或用于輸入新的 DTA 數(shù) 據(jù)。 F5 F6 F7,定位 設(shè)置全站儀的定向，它只在管片拼裝狀態(tài)下有效。 F8,激光站前移 通過對話形式將激光站移到一個新的點上。F9,結(jié)束 詢問是否關(guān)閉軟件。F10,下一步 進(jìn)入下一級菜單。VMTVMT導(dǎo)向系統(tǒng)硬件主要由以下幾個主要部分組成：導(dǎo)向系統(tǒng)硬件主要由以下幾個主要部分組成：1、激光站（全站儀）2、黃盒子3、中央控制箱4、中央電腦5、激光靶6、電纜 1、全站儀 全站儀裝配有馬達(dá)和同軸測距儀，能由電腦完全操控。伺服系統(tǒng)可以保證全站儀精確轉(zhuǎn)動水平和垂直方向，自動識別 ATR 可以精確瞄準(zhǔn)所有常見棱鏡。而且，全站儀還裝配有GUS

10、74 激光發(fā)射裝置，發(fā)出的激光被調(diào)整到跟全站儀視準(zhǔn)軸平行，此裝置用來激活激光靶。 使用全站儀要注意的幾個問題：（1）全站儀要注意激光是否偏移，定期不定期的對激光進(jìn)行檢查，校準(zhǔn)。（2）全站儀的接口為Geocom ，協(xié)議為RS232 Geocom,波特率：9600，奇偶：無，數(shù)據(jù)位：8，停止位1，否則儀器不能進(jìn)行通訊2、黃盒子 黃盒子成對使用，分為局部黃盒子和遠(yuǎn)程黃盒子，他們的主要功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸及對全站儀供電。 局部黃盒子安裝在盾構(gòu)機(jī)上，通過一根十芯電纜將數(shù)據(jù)傳輸給中央控制箱，并且發(fā)送、接收遠(yuǎn)程黃盒子傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。 遠(yuǎn)程黃盒子安裝在全站儀旁，通過一根四芯電纜將數(shù)據(jù)傳輸給全站儀，并對全站儀供電。使

11、用黃盒子要注意的幾個問題： （1）在移動黃盒子過程中不要提黃盒子的天線，天線斷了會影響黃盒子的數(shù)據(jù)傳輸功能。 （2）防止雨水和灰層進(jìn)入插頭、插座。否則將不能工作或者嚴(yán)重?fù)p壞。3、中央控制箱 中央控制箱主要起聯(lián)系作用,它向外給局部黃盒子提供電源, 也給激光靶提供電源。同時它還負(fù)責(zé)將從激光靶及激光全站儀傳來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為 電腦能夠處理的數(shù)據(jù)。同樣 電腦給全站儀發(fā)出的控制數(shù)據(jù)也在中央控制箱被轉(zhuǎn)化為適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)形式。 使用中央控制箱要注意的幾個問題： （1）中央控制箱的位置要在隱蔽的地方，防止人為的破壞及電瓶車溜車可能帶來的臺車撞擊中央控制箱。 （2）中央控制箱的接口較多，要留意并牢記每個接口的功能。4、

12、中央電腦 中央電腦通過網(wǎng)線與中央控制箱連接，接收、處理中央控制箱傳來的數(shù)據(jù)。我們通過對電腦的操作來完成對導(dǎo)線系統(tǒng)的控制。最終的結(jié)果會在導(dǎo)向系統(tǒng)的界面上顯示出來。 使用中央電腦要注意的幾個問題： （1）中央電腦除了盾構(gòu)機(jī)操作手及測量隊可以操作外，其他人員嚴(yán)禁使用。 （2）插在電腦上的U盤在插入之前確定無毒，防止電腦中毒使導(dǎo)線系統(tǒng)不能正常工作。 （3）VMT人員給的系統(tǒng)還原U盤要保存好，它能還原系統(tǒng)，恢復(fù)數(shù)據(jù)。5、激光靶 激光靶用來確定偏航角、滾動角及俯仰角。入射激光點的X坐標(biāo)及 Y坐標(biāo)也由激光來測定。通過電纜連接在中央控制箱。偏航角通過CCD照相機(jī)和特殊鏡頭系統(tǒng)測定。在激光靶內(nèi)置雙軸傾斜儀。一個

13、為縱向放置，一個為橫向放置。這個傾斜計最終測出TBM的絕對滾動角和絕對俯仰角。 通過CCD照相機(jī)可以測定入射激光束的光斑。光斑相對于激光靶縱軸的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)由CCD測定。激光靶與全站儀之間的距離由全站儀測定，激光靶上需裝一棱鏡。位于前屏幕后面的二極管根據(jù)激光靶不工作時發(fā)出不同顏色的光：藍(lán)色=電源充足，深綠色=測斜儀錯誤，黃色=lead 測定錯誤，淺綠色= XY測定錯誤。工作時只有藍(lán)色燈亮。 使用激光靶要注意的幾個問題： （1） 對激光靶設(shè)置保護(hù)罩，防止?jié){液噴射在屏幕和小棱鏡上。 （2）激光靶周圍不能有強光，會給激光帶來干擾。6、電纜電纜主要作用就是傳輸數(shù)據(jù)、供電。主要有三根電纜，分別是：局部

14、黃盒子與中央控制箱之間， 遠(yuǎn)程黃盒子與全站儀之間，激光靶與中央控制箱之間。使用電纜要注意的幾個問題：（1）插孔要對齊之后能輕松插入，不能使用蠻勁硬來，容易弄斷里面的針頭。（2）電纜不能長久彎曲，否則容易折斷。（3）電纜放置在免受擠壓，溫度過高的地方。1、盾構(gòu)姿態(tài)人工檢測 在盾構(gòu)施工的過程中，為了保證導(dǎo)向系統(tǒng)的正確性和可靠性，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)一定的長度或時間之后，應(yīng)通過隧道內(nèi)的導(dǎo)線控制點檢測盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)的人工檢測。盾構(gòu)施工中所用到的坐標(biāo)系統(tǒng)有兩種：城建坐標(biāo)系統(tǒng)（ DTA使用的是城建坐標(biāo)系）、TBM坐標(biāo)系。 2、盾構(gòu)機(jī)參考點的測量 在進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)組裝時，VMT公司的測量工程師就已經(jīng)在盾體上

15、布置了盾構(gòu)姿態(tài)測量的參考點(共16個)，如下圖。并精確測定了各參考點在TBM坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。我們在進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)的人工檢測時，可以直接利用VMT公司提供的相關(guān)數(shù)據(jù)來進(jìn)行計算。其中盾體前參考點及后參考點是虛擬的兩個點，實際盾體上不能給定的。盾構(gòu)姿態(tài)人工檢測的測站位置選在盾構(gòu)機(jī)連接橋端頭管片上,測量時，根據(jù)現(xiàn)場條件盡量選參考點之間連線距離大一些，提高測量計算的精度。3、盾構(gòu)姿態(tài)的計算 盾構(gòu)姿態(tài)的計算原理，盾構(gòu)機(jī)是圓柱體，在開挖掘進(jìn)過程中我們不能直接測量其前點和后點的中心三維坐標(biāo)，只能用間接法來推算出前、后中心的三維坐標(biāo)。 盾構(gòu)機(jī)空間幾何關(guān)系（A、B、C、D、117）在盾構(gòu)機(jī)出廠時已測定。計算簡單

16、的說就是三維坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。在如圖O點是盾構(gòu)機(jī)前點中心，A是盾構(gòu)機(jī)中體后點中心，即OA連線為盾構(gòu)機(jī)的中心軸線，由0、1、2、3（123為盾構(gòu)機(jī)出廠時VMT公司測定整個盾構(gòu)機(jī)三維坐標(biāo)關(guān)系點中21個點中任意三點）四點構(gòu)成一個四面體，測量出1、2、3 三個角點的三維坐標(biāo)（xi, yi, zi）,根據(jù)三個點的三維坐標(biāo)（xi, yi, zi）分別計算出LA1, LA2, LA3, L12, L13, L23, 四面體中的六條邊長，作為以后計算的初始值。在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，通過對1、2、3三點的三維坐標(biāo)測量來計算出A、O點的三維坐標(biāo)。同理可推算出B、C點的三維坐標(biāo)。由A、O、B、C兩點的三維坐標(biāo)就能計算出盾構(gòu)

17、機(jī)前、后點的水平偏航，垂直偏航，仰俯角和滾動角，從而達(dá)到檢測盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的目的。4、通過AutoCAD作圖求解盾構(gòu)姿態(tài) 通過幾何解算盾構(gòu)姿態(tài)方法的缺點是在內(nèi)業(yè)計算時，如果用人工手算，其工作量相當(dāng)大，而且難免出錯，因此我們在進(jìn)行解算時，是利用AutoCAD進(jìn)行作圖求解，相對于用幾何方法解算，速度要快很多。其操作過程如下： 把隧道中心線（三維坐標(biāo)DTA）輸入CAD圖形中建立一個文件，這個工作一個工地只要做一次。然后把盾構(gòu)機(jī)的空間三維坐標(biāo)DTA輸入CAD圖形重新建一個文件，把盾構(gòu)機(jī)空間三維圖形復(fù)制到隧道中心三維圖形中。每次實測的盾構(gòu)機(jī)117號任意三 點實測坐標(biāo)，通過CAD擬合命令就可把盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)直接

18、在圖上量出差值算出盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)。于是通過前點到后點的距離是4.087米來判斷。通過前后點向隧道中線做垂線，通過測量垂線在水平和垂直方向上偏離值來求解盾構(gòu)機(jī)前后點的姿態(tài)。盾構(gòu)機(jī)的俯仰角=（H前點-H后點）/ 。滾動角=(A-C)/(盾構(gòu)機(jī)外徑)。前點、后點水平和垂直偏差直接在垂直量距就行。觀測時能測點全部測，分組擬合計算，取平均值這樣計算的精度就越高。VMT導(dǎo)向系統(tǒng)盾構(gòu)姿態(tài)值和人工檢測的盾構(gòu)姿態(tài)值，差值控制在5mm之內(nèi)，如超過5mm需進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)的參數(shù)調(diào)整。1、在掘進(jìn)始發(fā)前進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)人工姿態(tài)測量,注意觀測參考點的均勻分布、足數(shù)和有可能含粗差點的判定和剔除,以便精確解算盾構(gòu)機(jī)初始姿態(tài)參數(shù),保證激光導(dǎo)向系統(tǒng)正確初始化。2、向系統(tǒng)正確錄入隧道中心三維坐標(biāo)。3、提高地下支導(dǎo)線的精度。4、隨隧道掘進(jìn)、環(huán)片拼裝進(jìn)度，及時對激光全站儀進(jìn)行移站。5、每月進(jìn)行一次盾構(gòu)機(jī)人工姿態(tài)測量，以檢核、修正激光導(dǎo)向系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)。1、儀器不照準(zhǔn)激光靶(照準(zhǔn)BT靶不照準(zhǔn)激光靶) 解決方法：（1）、點管理里面的TCA、BT坐標(biāo)全部刪除,特別是屬性要刪除,然后重新輸入。（2）、看一下系統(tǒng)編輯器里面的TBM的里程改變沒有。（3）、可以把儀器CF卡格式化2、SLS-SL軟件計算