盾构机激光导向测量系统原理研究
浅谈地铁盾构施工测量控制
浅谈地铁盾构施工测量控制随着城市化进程的不断推进，地铁成为大多数城市公共交通的重要组成部分。
地铁的建设方式有多种，其中盾构施工技术的应用越来越普及。
盾构施工是一种高效、安全、环保的施工方式，在地铁建设中起到了重要作用。
然而，盾构施工的实施也需要进行测量控制，以确保施工的准确性和安全性。
一、盾构施工的基本原理盾构施工是利用盾构机在地下开挖隧道，施工过程中需要控制盾构机的前进方向、水平位置、高度和姿态等参数，以确保施工的准确性和安全性。
一般来说，盾构机的控制是基于激光测距、GPS定位、惯性导航等技术实现的。
其中，激光测距技术被广泛应用于盾构施工中，通过在隧道内设置一定数量的反射板和激光探头，实现对盾构机位置和姿态的准确测量。
盾构施工的测量控制是保证施工准确性和安全性的基础工作。
盾构施工的测量控制主要包括三个方面：前方探测、导向系统和盾构机机身控制。
1. 前方探测前方探测是盾构施工中最为重要的环节之一，通常采用激光测距的方式完成。
前方探测即指对盾构机前方的掘进面进行测量控制，以保证盾构机的前进方向和姿态的准确性。
前方探测系统包括激光探头、反射板以及控制系统。
在施工前需要先在盾构机前方设置一定数量的反射板，然后在探头和参考平面之间发射激光，通过激光探测和反射板的反射，计算出盾构机前方的距离和位置，再通过控制系统控制盾构机的前进方向和姿态，以确保盾构机准确掘进。
2. 导向系统导向系统是盾构施工中另一个重要的环节，通过导向系统，可以保证盾构机沿着设计线路掘进，避免偏离和偏移。
导向系统通常包括传感器、控制系统和电动执行器等组件。
传感器可以实时测量盾构机的位置和姿态信息，并将数据发送到控制系统。
控制系统通过处理传感器数据，控制电动执行器的转动，实现盾构机的精确定位和导向。
3. 盾构机机身控制盾构机机身控制是盾构施工中最基本的一环，确保盾构机的前进和掘进位置的准确定位，同时还可以实现其他功能，如掘进速度控制、盾构机的转向、后备推进等。
盾构机自动导向系统的测量方法研究_潘明华
( 1) +
全站仪可以直接得到激光束在隧道三维坐标系 中
和坡度角 利用激光标靶内安装 的
倾角仪直接测量得到。 2 3 盾头切口中心在隧道三维坐标系中的坐标计算 将激光标靶 反射棱 镜设 为相对 坐标 系的 原点, 相 对坐标系三轴方向的定义如图 1 所示。 切口中 心在 相对 坐 标系 中的 坐标 为 ( A ,- C ,-B ) , 则它的齐次坐标可 表示为 ( A ,- C, -B , 1) 。切 口中心 在 隧道坐标系内的坐标可以看成是它在相对坐标系中 的 位置经过绕 y 轴 旋转 角度 , 绕 x 轴旋 转角 度 , 绕 z 轴旋转角度 , 平移变换移动量( a , b , c ) 。则切口中 心 h 为: h = ( h 1 + h 2 + h3 + h4 ) 4 设盾尾中心 在相对 坐标系中 的坐标 为( X , Y , Z ) ,
0 cos sin 0 cos sin cos 0 0
0 - sin cos 0 0 0 1 0
0 0 0 1 0 0 0 1
cos 0 - s in 0 1 0 0 a 0 1 0
0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1
sin 0 cos 0
0 0 0 1
0 0 0
量全反射 棱 镜的 距 离, 同 时 为角 度 测量 提 供了 光 源。 全反射棱镜随 盾构 机运动 而运 动, 可能 偏离出 全站 仪 的镜头中心。为 保证 全站仪 能自 动进行 持续 测量, 全 站仪必须具备 自动 锁定目 标功 能, 使全 站仪镜 头始 终 对准反射棱镜的中心。 ( 3) 内置于盾 构机 中的 PLC 测 量模块 盾构机铰接油缸的长度。 ( 4) 带有隧道 掘进软 件的 计算机 软 件是 激光 自 动导向系统的 核心, 它通过 计算机 从全 站仪和 激光 标 靶等设备接收测量数据, 并完成测量算法。 2 测量方法及算法 首先定义隧 道 三维 坐标 系 的三 轴方 向, z 轴 为 垂 直向上; x 轴指向 正 北, 是 方位 角 0 的方 向; y 轴 指 向 正东, 为方位角 90 的方向。原点由设计人员确定。 2 2 盾构机轴线方位角的测量 通过标靶与计算机接口可以得到激光束与标靶 平 面法线的夹角 。由于激光 标靶与 盾构机轴 线平行 安 装, 可视 为激 光束 与盾 构机 轴线 的夹 角。由于 激 光 束与水平面存 在夹角 要获得盾 构机轴线 与激光束夹角水平方向 的投影 , 如图 2 所示。
盾构机激光导向测量系统原理研究
盾构机激光导向测量系统原理研究盾构机激光导向测量系统原理研究摘要：以我公司在某工程使用的海瑞克S481盾构机为例，介绍该盾构机配套的激光导向测量系统的组成，探讨该激光导向系统的工作过程，从测绘学角度，研究该激光导向系统的工作原理。
关键字：盾构施工盾构机导向测量系统姿态中图分类号：V556文献标识码： A引言目前，盾构法已成为我国隧道施工的一种主要方法，包括地铁隧道，电缆隧道，大的输水隧洞，伴随着激光、计算机及自动控制等技术的发展成熟，激光导向测量系统得到成功运用和发展。
我国盾构施工技术自20世纪50、60年代引进以来，在许多领域有了进步和发展，但在激光导向系统方面，尤其是测绘学原理方面研究不深，在一定程度上影响了盾构施工对隧洞中心轴线控制，而且对我国自行研发也不利。
全面理解激光导向系统的测量原理，有助于工程技术人员在盾构施工中解决问题，保证隧道中心轴线和准确贯通。
1、盾构机激光导向系统组成及其作用激光导向系统是综合运用测绘技术、激光传感技术、计算机应用技术以及机械电子等技术指导盾构施工的独立运行体系，它主要由：（1）激光全站仪（激光发射和接收源、距离和角度量测设备）和黄盒子（信号传输和供电装置，共2个）；（2）激光接收靶（内置光栅和横、竖向测斜仪）和小棱镜；（3）主控室的中继箱、工业电脑（包括安装的软件）、PLC；（4）油缸伸长量测量装置等。
海瑞克盾构机激光导向系统核心是VMT测量系统软件。
在整个盾构施工过程中，激光导线测量系统起着非常重要的作用，它比作盾构机的“眼睛”，如下图2-1盾构施工基本过程图所示，盾构机激光导向系统贯穿整个盾构施工过程：在测量系统工业电脑上动态显示盾构机轴线相对于隧道设计轴线的偏差，指导盾构司机根据显示盾构姿态，调整推进参数，使盾构机沿着隧道设计轴线掘进；获取各环掘进姿态，输入相应数据，自动科学计算管片封顶块拼装位置，指导管片拼装。
输入设计图纸给定的隧洞轴线设计元素，自动计算隧道的理论设计中心轴线；导向系统自带远程数据传输功能，和地面监控室电脑相连，对盾构机的掘进姿态和相关推进参数实施远程实时监控，并能储存每个时间段的数据，以利于以后的研究。
RMS-D自动导向系统(激光靶、两点法)
---上海力信
前言
伴随着我国城镇化进程的高速发展，地铁 隧道行业的新型崛起，隧道掘进机市场正在不 知不觉的蔓延。自动化导向系统是隧道机械化 施工的重要组成部分，竞争也随之日趋激烈。 作为国内导向系统领域的标杆，上海力信 始终追求更领先的技术、更过硬的品质、更优 质的服务。
目 录
软件介绍
RMS-D自动导向系统由上海力信测量技术有限公司 在2005年研发而成，发展至今已有两套成熟的方案。是中 国第一套成功商业化的自动导向系统。经过多年的发展， 上海力信已然成为世界三大导向系统之一。针对目前主流 盾构机制造技术，RMS-D自动导向系统 已经为日系、欧系 盾构设计开发出棱镜法和激光靶法两套方案。普遍的运用 于在国内、外大部分的盾构机厂家（铁建重工、中铁装备、 上海力行、天地重工、北方重工、华遂通、三一重工、海 瑞克、小松）。成功施工案列达到上百余条隧道，分布全 国各个省市。
自动导向系统的工作原理
在隧道始发前建立目 标单元（棱镜或激光靶）与 掘进机确定空间相对位置关 系。在利用全站仪测量目标 单元的坐标与角度换算出掘 进机实时掘进方向。通过与 隧道设计轴线的对比计算出 掘进机的实时姿态。
棱 镜
激 光 动导向系统的特点
高精度测量
全站仪主机精度有0.5″、1″、2″可选； 双轴数字倾斜仪精度达到0.005°，超出行业标准，提供更多精度保证； 软件算法采用7参数转换模式，精度更高，数据更有保证；
• 先进的理论技术 • 可靠的产品质量 • 快捷的售后服务
最先进的理论技术 国产自动导向系统的领路人 无线通讯模块 RMS-D自动导向软件 可靠的产品质量 快捷的售后服务
国产自动导向系统的领路人
作为国产自动导向系统的领路人，上海力信公 司有着深厚的历史底蕴，对隧道内自动导向和相关 联系测量也有着独到的见解。公司现有棱镜法和激 光靶法两种非常成熟的方案的自动导向系统，也是 国内目前最主流的两类自动导向系统。
地铁盾构施工测量技术
地铁盾构施工测量技术本文介紹了地铁盾构施工中的VMT导向系统、盾构姿态人工检测、管环检测等内容。
其中VMT导向系统的应用和维护以及经验教训还有盾构姿态人工检测和管环检测的经验和技巧是本文介绍的重点。
标签导向系统；盾构姿态；管环检测1 导向系统:1.1导向系统介绍1.1.1 VMT导向系统概述：在掘进隧道的过程中,为了避免隧道掘进机(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。
这就是TBM采用“导向系统”（SLS）的原因。
1.1.2 导向系统基本组成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。
1.1.3 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的右上侧管片上的拖架上，后视一基准点（后视靶棱镜）定位后。
全站仪自动掉过方向来，收寻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在全球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。
1.2 导向系统应用1.2.1 激光站人工移站盾构机的掘进时的姿态控制是通过全站仪的实时测设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。
激光站的支架用角钢和钢板做成可以安装在管片螺栓的托架形似, 托架的底板采用400×400×10mm钢板，底板中心焊上仪器连接螺栓,长1㎝。
采取强制对中，减少仪器对中误差。
盾构新型自动导向测量系统研究
为保 障地 铁 隧道施 工 中盾 构机 的 导 向精度 ， ２ ０ 世纪９ Ｏ 年 代初 我 国施 工 人
员 已经掌 握 了一 套人 工测 量 、 计 算盾 构 姿态 的有 效方 法 。这 套 方法 虽 然 随测
量仪 器 升级换 代 有 了很 多变 化 ， 仍然 是 隧道 施工 的 必要 和不 足
序号 冉动涮量方法 优势 不 足
近年 来 ， 为 了实现 城 市 地 下隧 道 施工 的高 效率 及 安全 性 ， 我 国 盾构 掘 进 机的 自动 化技 术 得到 了发 展 。 目前 ， 大 多数城 市 地铁 隧 道施 工采 用 盾构 机 施 工 。盾构 机地 下 施工 与地 面施 工 不 同 ， 无法 用前 方导 向标识 和 周 围相对 位 置 标识 以 及卫 星遥 感测 量 定位 取得 行进 导 向 ， 需要 由始发 井 地面 已 知坐标 点通
１ ． ２ 现 有盾 构 自动 导 向 系统 的 原理 和 不足
２ ． ２两种 自动测 量技 术分析 和 整合 方案
２ ． ２ １盾 构姿 态描 述
为 研究 两 种 自动 测 量 系统 的 整 合方 案 ，首 先 要 明确 盾 构姿 态 的 描述 方 法 。盾构 掘 进的 线路 反 映着 隧道 实 际 中心线 的位 置 。 要 使 隧道 中心 轴线 沿设
须 控制 在 几厘 米 之内 。
性．
涮得．计 算腐绚安酥坐标 时曝后构 行进因素产生 误差。
惯性制导蕉 坑
受 腊 梅 施 工王 ｆ ＝ 采用间接 测量计算褥 出 坐 标． 囊 绕误基投 犬． 实对采羹 盾
境影 响， 可进 行涟 掏千 斤 顶 行程作为掘进 壁程参 与导向计算 ． 辞环时 曼 诗 误 续蠢量， 醺雕 寓内 差较 大， 必须 定期通过人 工 铡 曩捧 正 撰差 ，只 齄作 为参考 灏 量精 度 可 以选 教据使 用．不能直接指导 艟工．妞搿选到 较离精度，则人 到掩制要求 ． 工涮 量次数过 ｒ频繁．系统 内动化程度段 低．
盾构导向系统原理探讨
盾构导向系统原理探讨摘要：文章从组成、坐标系定义等方面对盾构隧道施工掘进的测量导向系统原理进行探讨。
关键词：盾构；测量；PPS导向1概况目前在我国盾构隧道掘进中所使用的导向软件有VMT、PPS、三菱以及国产的力信等。
其中PPS、三菱和力信的组成部分基本上一致，主要由棱镜、倾斜仪、带司服马达的全站仪、工业微机和数据交换装置组成，而VMT则多了一个激光靶。
所有导向系统的原理也都基本一致，且早期的VMT导向系统也是采用双棱镜的，文章仅围绕PPS系统的导向工作原理做探讨性说明。
(见图1)2PPS导向系统2.1各组成部分的作用各个组成部分作用如表1所示。
2.2坐标系的定义①大地坐标系(O-XYZ)：简称地面坐标系，根据隧道中线设计而定，一般为地方坐标系。
洞内(外)控制点、测站点、后视点以及隧道中线坐标，均用该系坐标表示。
②盾构机坐标系(o-xyz)：简称机械坐标系，在盾构机在水平放置且未发生旋转的情况下，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，横轴y轴沿水平方向与x、z轴构成左手系。
盾构机坐标系是连同盾构机一起运动的独立直角坐标系。
盾构机尾部中心参考点、导向系统的微型棱镜等相对盾构机的位置都以此系坐标表示，这些坐标必须在盾构机出厂前精确测定。
③滚动角(roll)：围绕盾构机中心纵轴(x轴)旋转产生的角度。
倾斜角(pitch)：盾构机刀头中心相对于盾尾中心抬高或降低的角度。
(见图2)2.3PPS导向原理在掘进过程中，导向系统按如下流程工作：由系统控制全站仪实时测定盾构机上两个微型棱镜的三维坐标(大地坐标)；利用安装在两棱镜之间的倾斜仪测得盾构机倾斜角和滚动角。
通过工业微机上安装的导向软件计算出当前的盾构机刀头、盾尾相对于设计线路的位置并用图形界面显示出来(见图3)。
如此反复进行，指导盾构机向前推进。
PPS的导向工作是如何实现的呢?首先，盾构机在出厂前已经将导向棱镜与刀头、盾尾的关系确定了(即机械坐标、夹角和距离)；其次，盾构机在实际掘进中是会发生滚动和倾斜的，那么就需要通过倾斜仪将这种角度变化精确测量出来，有了滚动和倾斜角后就可以对导向棱镜的盾构机坐标(机械坐标)进行滚动、倾斜改正，改正完后再重新计算出它们与盾构机刀头、盾尾的关系；最后，通过全站仪测得两导向棱镜的大地坐标，利用它们与盾构机刀头、盾尾的关系即可推算出刀头和盾尾的大地坐标，再通过与设计隧道中心轴线的比较就可得出盾构机刀头、盾尾的水平、垂直偏移量以及所对应的线路里程。
盾构(TBM)导向系统
五、导向系统使用注意事项
5、导向系统可能出现的错误
硬件安装错误； 导向系统初始参数、线路设计数据（DTA）错误； 测量数据错误；
激光靶、马达棱镜、倾斜仪位置移动； 管片上浮、沉降、旋转、振动、围岩变形过大——全站仪后视棱镜托架 突然或缓慢位移； ……
五、导向系统使用注意事项
管片震动对全站仪的影响影响
四、管片选型介绍
2、管片选型要素
盾构姿态偏差
B
中线
A 管片计算
C
推进油缸行程
铰接油缸行程
E
D
盾尾间隙
五、导向系统使用注意事项
1、主要职责
导向系统工作状态 测量组 值班工程师
盾构姿态数据 的正确性和精度
调整盾构姿态
主司机
五、导向系统使用注意事项
2、掘进偏差控制
• 偏差<50mm ——正常掘进；
• 偏差≥50mm ，立即停机，通知测量组，检查导向系统的正确性，查 找其他可能的偏差原因。偏差大于预留偏差量时，及时与业主、监理 及设计院联系，确定偏差段调整方案，然后按照工程部技术交底继续 掘进。 • 不可急于回调，从而引起盾构蛇行、机器变形、管片不易安装、错台、 掉块、后配套通过困难、影响测量窗口、以及改线困难的情况。 • 导向系统故障时，通知测量组，修理，人工导向；盲推不得超过1环。
五、导向系统使用注意事项
3、姿态预调整
管片上浮段，盾构姿态适当调低； 盾构或管片下沉时，预先调高； 小半径曲线段，预先偏向曲线内侧； 贯通前，对准贯通面前方的接收洞门； 以上姿意事项
4、测量误差
误差影响因素——盾构结构形式、导向系统类型、激光靶或马达棱镜到 刀盘的距离、两马达棱镜间距、盾构震动、管片位移、管片旋转、导向 系统仪器精度和状态、测量环境（烟尘、温差）、全站仪~激光靶距离等。 误差大小——刀盘、盾尾的平面和高程偏差有跳动现象。盾尾偏差一般 <10~15mm，刀盘数据<20~25mm。 以上误差数据需要根据误差影响因素，由测量组确定该项数据大小。 搬站、导线复测前后，盾构姿态可能有所改变，一般<10~20mm属于正常。 发现姿态数据短时间内异常变化或跳动（>30mm），及时通知测量组。
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盾构机激光导向测量系统原理研究
盾构机激光导向测量系统原理研究
摘要：以我公司在某工程使用的海瑞克S481盾构机为例，介绍该盾构机配套的激光导向测量系统的组成，探讨该激光导向系统的工作过程，从测绘学角度，研究该激光导向系统的工作原理。
关键字：盾构施工盾构机导向测量系统姿态
中图分类号：V556文献标识码： A
引言
目前，盾构法已成为我国隧道施工的一种主要方法，包括地铁隧道，电缆隧道，大的输水隧洞，伴随着激光、计算机及自动控制等技术的发展成熟，激光导向测量系统得到成功运用和发展。
我国盾构施工技术自20世纪50、60年代引进以来，在许多领域有了进步和发展，但在激光导向系统方面，尤其是测绘学原理方面研究不深，在一定程度上影响了盾构施工对隧洞中心轴线控制，而且对我国自行研发也不利。
全面理解激光导向系统的测量原理，有助于工程技术人员在盾构施工中解决问题，保证隧道中心轴线和准确贯通。
1、盾构机激光导向系统组成及其作用
激光导向系统是综合运用测绘技术、激光传感技术、计算机应用技术以及机械电子等技术指导盾构施工的独立运行体系，它主要由：（1）激光全站仪（激光发射和接收源、距离和角度量测设备）和黄盒子（信号传输和供电装置，共2个）；（2）激光接收靶（内置光栅和横、竖向测斜仪）和小棱镜；（3）主控室的中继箱、工业电脑（包括安装的软件）、PLC；（4）油缸伸长量测量装置等。
海瑞克盾构机激光导向系统核心是VMT测量系统软件。
在整个盾构施工过程中，激光导线测量系统起着非常重要的作用，它比作盾构机的“眼睛”，如下图2-1盾构施工基本过程图所示，盾构机激光导向系统贯穿整个盾构施工过程：
在测量系统工业电脑上动态显示盾构机轴线相对于隧道设计轴
线的偏差，指导盾构司机根据显示盾构姿态，调整推进参数，使盾构机沿着隧道设计轴线掘进；
获取各环掘进姿态，输入相应数据，自动科学计算管片封顶块拼装位置，指导管片拼装。
输入设计图纸给定的隧洞轴线设计元素，自动计算隧道的理论设计中心轴线；
导向系统自带远程数据传输功能，和地面监控室电脑相连，对盾构机的掘进姿态和相关推进参数实施远程实时监控，并能储存每个时间段的数据，以利于以后的研究。
2、盾构机激光导向系统原理
2.1盾构机激光导向系统涉及的坐标系
盾构机出厂前各参数在一个参考坐标系统中，而我们实际施工中采用的是地面直角测量坐标系，为了解算还引入其他一些空间辅助坐标系，主要坐标系统如下：
地面直角测量坐标系（o-xyz）：一般为地方坐标系，地面、地下控制网、测站点、后视点及理论隧道中心线坐标均用该系统表示。
盾构机坐标系（F-xyz）：在盾构机出厂设置的，由盾构机制作商给定，以盾构机刀头中心前端切点为远点，以盾构机中心纵轴为X轴，由盾尾指向刀头为正向；以竖向向上方向线为Z轴，Y周沿水平方向与X、Z轴构成左手系。
该系统连同盾构机一起运动的独立直角坐标系，盾体中部、激光靶、前盾、盾构机棱镜等相对盾构机的位置都以此坐标表示。
各坐标系关系如下图2.1-1所示：
图2.1-1各坐标系统关系图
2.2盾构系统运行原理
激光导向测量系统的运行原理是：已知两坐标系之间的平移参数、旋转参数及变形量，求解盾构机自身参考系中的参考点在实际推进过程中的坐标系坐标，通过测得实际坐标与理论坐标比较偏差，拟合修正曲线，指导纠偏，是一个不断测量、计算、纠偏的过程。
盾构机自动导向系统的姿态定位主要是依据地下控制导线点来
精确确定盾构机掘进的方向和位置。
在掘进中盾构机的自动导向系统是主要是根据地下控制导线上一个点的坐标(即X、Y、Z)来确定的,这个点就是带有激光器的全站仪的位置,然后全站仪将依照作为后视方向的另一个地下导线的控制点来定向,这样就确定了北方向,即方位角。
再利用全站仪自动测出的测站与ELS棱镜之间的距离和角度,就可以知道ELS棱镜的三维坐标(即X、Y、Z)。
坡度和旋转直接用安装在ELS内的倾斜仪测量，这个数据大约每秒钟两次传输至工业电脑上。
通过全站仪测出的与ELS之间的距离可以提供沿着DTA掘进的盾构机的里程长度。
所有测得的数据由通信电缆传输至电脑,通过软件组合起来用于计算盾构机轴线上前后两个参考点的精确的空间位置,并与隧道设计轴线比较,得出的偏差值显示在屏幕上,这就是盾构机的姿态。
2.3 盾构机姿态位置的检测和计算
在隧道推进的过程中,必须独立于SLS-T系统定期对盾构机的姿态和位置进行检查。
间隔时间取决于隧道的具体情况,在有严重的光折射效应的隧道中,检查频率要高些。
我们采用棱镜法来对盾构机的姿态进行检查。
在盾构机内有15个参考点(M8螺母),这些点在盾构机构建完成之前就已经定好位了,它们相对于盾构机的轴线有一定的参数关系(见表2.3-1),即它们与盾构机的轴线构成局部坐标系。
在进行测量时,需要将特制的螺栓旋到M8螺母内,再装上棱镜。
利用已知的坐标和测得的坐标经过三维转换,与设计坐标比较,就可以计算出盾构机的姿态和位置参数等。
表2.3-1TBM参考系统各点坐标
点号盾构轴线局部坐标系
X（m） Y（m） Z（m）
1 -2.2115 -3.4045 1.1037
2 -1.7756 -3.6767 1.8745
3 -1.263
4 -3.6773 2.2465
4 0.2770 -3.6742 2.5997
5 1.3467 -3.6657 2.1168
6 2.0391 -3.6679 1.5439
7 2.3519 -3.4547 0.7580
8 2.6713 -3.6672 0.3026
9 1.4187 -3.4484 -1.7412
10 1.1234 -3.6697 -1.9407
11 0.3306 -3.4563 -2.4493
12 -0.5635 -3.4650 -2.2615
13 -0.6785 -3.3458 -1.8555
14 -1.4078 -3.6709 -2.0676
15 -1.7147 -3.4531 -1.7840
用棱镜法来计算盾构机的姿态和位置方法如下：
我们利用洞内地下导线控制点,只要测出15个参考点中的任意
三个点(最好取左、中、右三个点)的实际三维坐标,就可以计算盾构机的姿态。
对于以盾构机轴线为坐标系的局部坐标来说,无论盾构机如何旋转和倾斜,这些参考点与盾构机的盾首中心和盾尾中心的空间距离是不会变的,他们始终保持一定的值,这些值我们可以从它的局
部坐标计算出来。
假设我们已经测出左,中,右(2,8,11号)三个参考点的实际三维坐标,分别为(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x3,y3,z3),并设未知量为盾
首中心的实际三维坐标(X首,Y首,Z首)和盾尾中心的实际三维坐标(X尾,Y尾,Z尾),在以盾构机轴线构成局部坐标系中,盾首中心为坐标原点,坐标为(0,0,0),盾尾中心坐标为(0,-4.2483,0)。
从表2.3-1中也可以看出各参考点在局部坐标系的坐标值。
根据以上数据就可以列出两组三元二次方程组，来解出盾首中心和盾尾中心的实际三维坐标。
方程组如下：
第一组（计算盾首中心三维坐标）：
（x1-x首）2+（y1-y首）2+（z1-z首）2=（-1.7756）2+（-3.6767）2+（1.8745）2
（x2-x首）2+（y2-y首）2+（z2-z首）2=（2.6713）2+（-3.6672）2+（0.3026）2
（x3-x首）2+（y3-y首）2+（z3-z首）2=（0.3306）2+（-3.4563）2+（-2.4493）2
第二组（计算盾尾中心三维坐标）：
（x1-x首）2+（y1-y首）2+（z1-z首）2=（-1.7756）2+
（-3.6767+4.2483）2+（1.8745）2
（x2-x首）2+（y2-y首）2+（z2-z首）2=（2.6713）2+
（-3.6672+4.2483）2+（0.3026）2
（x3-x首）2+（y3-y首）2+（z3-z首）2=（0.3306）2+
（-3.4563+4.2483）2+（-2.4493）2
三个方程三个未知量,采用专业软件解算方程组，算出的数值与设计比较，得出的偏差即显示在工业电脑上。
2.4推进纠偏及拟合修正曲线
人工输入修正曲线的参数，根据输入的参数自动计算并形成曲线，调整各个推进油缸区域分压，辅以相应的转弯管片，不断调整实际轴线至理论轴线上。
3、结束语
激光导向系统是从人工导向系统随着科技发展演变而来，基本理论是不变的，变的如何便捷和提高精度。
盾构施工影响因素太多，对测量系统中的测量设备和通讯设备要求较高，一个系统的运行靠的各个环节运行正常，每个过程的提高都能使得导向系统精度提高或者稳定性能调高，此涉及的专业领域广，自动化程度和科技含量高，是个可研究性很高的课题。
参考文献
[1]VMT GmbH-Bruchsal SLS-T Manual[M].Germany
[2]刘基余，李征航等全球定位系统原理及其应用[M] 北京测绘出版社 1995
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