盾构姿态实时监控原理与方法
盾构姿态实时监控原理与方法
盾构姿态实时监控原理与方法盾构姿态实时监控是指在盾构施工过程中，通过各种传感器、监测仪器等设备对盾构机的姿态参数进行监测和记录，并将数据实时传输和显示，以确保盾构机在施工过程中的稳定性和安全性。
下面是盾构姿态实时监控的原理与方法的详细介绍：一、原理：盾构姿态实时监控主要基于传感器技术和数据传输技术。
通过安装在盾构机各个部位的传感器，收集和测量盾构机的姿态参数数据，并将数据通过数据传输技术传送给数据处理单元，经过数据处理和计算后，将结果实时显示在监控界面。
传感器技术主要包括加速度传感器、陀螺仪传感器、倾角传感器等，数据传输技术主要包括有线传输和无线传输两种。
二、方法：盾构姿态的实时监控主要包括以下几个方面的方法：1.传感器布置：根据盾构机的结构和施工需求，在盾构机的关键部位和重要部位安装各种传感器。
加速度传感器主要用于测量盾构机的加速度参数，包括垂直加速度和水平加速度；陀螺仪传感器主要用于测量盾构机的角速度参数；倾角传感器主要用于测量盾构机的倾角参数。
2.数据采集和处理：通过传感器采集到的姿态参数数据，经过模数转换、滤波处理以及数学计算等步骤，得到准确的姿态数据。
同时，基于数据采集系统还需开发一套数据处理软件，实现对数据的实时处理和分析。
一般情况下，数据采集和处理的过程可以通过相关的数学模型和算法实现。
3.数据传输和显示：通过数据传输技术将处理好的数据传输给监视人员。
传输方式可以采用有线传输或无线传输。
有线传输可以通过电缆等传输介质来实现；无线传输则可以通过无线电波、蓝牙、WIFI等技术来实现。
数据传输可采用本地传输或远程传输方式。
在数据显示方面，可以通过显示屏、计算机界面或移动终端等方式实时显示盾构姿态数据。
4.报警和保护：盾构姿态实时监控旨在保证盾构机的安全和稳定，因此，在姿态超出设定范围时，系统应能及时发出警报并采取相应的保护措施。
报警方式可以通过声音、光源等形式进行，保护措施可以通过停机、调整姿态等方式实现。
盾构工程施工测量和监控量测方案
盾构工程施工测量和监控量测方案1 施工测量1.1 控制测量为确保施工控制点的稳定可靠，测量与相邻标段测量点联测闭合，对地面首级和二级控制网点进行同等精度的复测工作。
（1）复测按照招标文件的要求及《城市轨道交通工程测量规范》GB50308的规定，施工前，测量队对业主在交接桩时提供工程范围测区精密控制网、精密水准点等进行复测。
复测时按照首级控制网点同等精度进行观测，并与邻近标段的平面和高程控制网点进行贯通联测，做好工程测量的相互衔接。
将复测成果书面上报监理单位。
在工程施工期间，每两个月对首级控制网复测一次，并将复测成果上报监理单位。
如监测发现施工场地周围的地面有变形时，及时对首级控制网进行复测，增加复测频率，确认控制点无误后才可以继续使用。
如发现首级控制网测量超出规范允许范围时，立即报告监理单位，重新交桩后才可以使用首级控制网。
（2）控制测量复测工作完成后，在首级控制网点的基础上，根据工程项目的施工需要并结合本标段工程特点城市道路交通建筑物等实际情况定平面和高程控制网方案，现场选点埋设控制网标石后组织施测。
（3）平面控制测量为满足施工需要，严格地按四等导线测量规范增设了导线点，在盾构竖井处适当位置增设了精密导线点和精密水准点。
将新增设的控制点与地面首级控制网进行了联测，确保竖井投点在多方控制中。
盾构始发井投点测量为指导盾构掘进施工，必需把导线数据导入始发井强制对中平台上，施工完成到设计标高时，根据现场的实际情况和现有的仪器设备，采用投点仪投点（投点仪标称精度不低于1/30000）,把井口上测设的为了提高投点精度，在竖井口长边对角适当位置设置投点P1，P2点，如图10-1-1-1。
然后利用地面上的控制网进行联测，将测量数据进行平差后，计算出P1、P2各点的坐标（或用前方交会法，定出P1、P2各点），将P1、P2点投在井下的投点板上，如图10-1-1-2所示。
为了检核投点精度，在井上作多次投点，投在投点板上的P1′、P2′、P1″、P2″…点。
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。
盾构隧道监测方案
盾构隧道监测方案背景随着城市建设的不断扩张，盾构隧道作为一种高效、安全和经济的地下建筑工法被广泛应用于城市地铁、道路和水利等领域。
在盾构隧道的施工过程中，监测是非常重要的环节，旨在保障盾构隧道施工的质量和安全。
本文将介绍一种盾构隧道监测方案，以提供有效的数据采集和分析方法，确保盾构隧道施工的可控性和安全性。
监测方案的目标盾构隧道的监测方案旨在实现以下目标：1.实时监控施工过程：监测方案应能够实时采集并记录盾构隧道施工过程中的相关数据，包括盾构机的姿态、推进力及控制参数等。
2.检测地下环境变化：监测方案应能够检测地下环境变化，例如地下水位变化、土壤变形以及地震等，以及时预警和采取相应的措施。
3.提供可靠的数据分析：监测方案应提供可靠的数据分析方法，对监测数据进行处理和分析，及时发现问题并提出解决方案。
4.保障施工质量和安全：监测方案应通过数据分析和预警功能，提供有效的施工质量和安全保障手段。
监测方案的主要内容监测方案的主要内容包括以下几个方面：1. 盾构机数据采集系统盾构机数据采集系统是监测方案的核心部分，主要用于实时监测盾构机的各项参数。
该系统应包括传感器和数据采集设备，能够实时采集盾构机的姿态、推进力、转速、刀盘扭矩等数据，并将其传输至数据处理中心进行分析和存储。
2. 地下环境监测系统地下环境监测系统用于检测地下环境变化，包括地下水位变化、土壤变形以及地震等。
该系统应配备传感器和监测设备，能够实时采集地下环境数据，并与盾构机数据进行比对分析，发现潜在的问题并及时进行预警。
3. 数据处理和分析监测方案应具备强大的数据处理和分析能力，对监测数据进行及时、准确的处理和分析。
通过统计分析、数据建模和预测算法等方法，识别异常情况并生成报警和预警信息，为施工管理者提供决策依据。
4. 报告和数据共享监测方案应具备生成报告和数据共享的功能。
经过数据处理和分析后，生成监测报告，提供给相关部门和人员，并可通过网络平台进行数据共享，以便及时调取和共享数据，实现信息共享和协同管理。
关于盾构机实时姿态测量和计算方法的研究.docx
关于盾构机实时姿态测量和计算方法的研究随着社会经济的发展和城市建设的加快，城市规模不断扩大，人口不断增多，交通越来越来拥挤。
一些地方的城市建设者为了治理交通拥堵，分散交通压力。
不断寻求解决方式，修建地铁成为了一些城市建设者的主要的选择方式。
但是在修建地铁的过程中，工程量非常大，施工难度相对较高。
在地铁施工过程中，采用盾构技术，与传统的施工技术相比，有着许多优势，逐渐成为地铁修建过程中的主要施工方法。
本文将主要分析盾构姿态的测量的原理和方法，探究盾构姿态的测量的精度分析。
盾构机姿态简介盾构施工过程就像生活中的目标运动，先进行重心平移，然后在运动的过程中偏航，最后进行自身重心的滚动。
因此，在盾构施工过程中，需要监测的数据是盾构机位置和姿态的参数。
主要是三维坐标和滚动角、偏航角和俯仰角。
盾构机姿态的控制对整个工程施工意义重大，它决定着施工的质量和隧道推进方向的精度。
一旦控制不好，容易导致隧道偏差过大和盾尾间隙过小而相碰。
盾构机液压系统液压系统是盾构机的核心部分，盾构机的工作机构主要是由液压系统驱动完成，对盾构机系统的运行起着很大的作用。
盾构机的液压系统主要包括两大系统，一是推进系统，二是主动铰接系统。
2.1.推进系统盾构机的主要工作系统是推进系统，它主要是通过油缸作用于成型观片，以此来实现盾构前进。
推进系统的动力单元是一台80L/min旋转柱塞泵，执行元件是24个油缸，调节和控制部分包括方向的控制、油缸电磁阀的选择、安全阀、节流阀等。
盾构机工作时的最大工作压力是35MPa，液压泵最大推进流量是80L/min，推进油缸是240/180-1950（mm）。
2.1.1.推力计算盾构机共有推进油缸24个，总推力是这24个油缸的推力之和，那么在液压系统的最大推力F最大-24×P×Sn中，P表示油缸的最大压强，S表示活塞面积，因此，F最大-24×35×106Pa ×3.14×0.122㎡≈37981t2.1.2.推进速度计算盾构机的最大推进速度就是油缸的最大伸长速度，S-1/T，T-V/S1,在这个公式中，S表示最大推进速度，T表示伸长1mm所需要的时间，V表示伸长1mm需要的油液体积，S1为推进流量，S为74mm/min。
地铁隧道盾构施工监控量测与顶管沉降变形预测
地铁隧道盾构施工监控量测与顶管沉降变形预测地铁隧道盾构施工是现代城市建设中常见的工程技术之一。
为了确保施工过程的安全可靠以及隧道的稳定性，监控量测和顶管沉降变形预测成为地铁隧道盾构施工的重要环节。
本文将介绍地铁隧道盾构施工监控量测的方法以及顶管沉降变形的预测方法。
1. 地铁隧道盾构施工监控量测的方法地铁隧道盾构施工监控量测是通过使用各种现代监测设备和技术手段来实现的。
下面是常用的监控量测方法：1.1 激光扫描监测激光扫描监测是一种高精度的测量手段，它通过激光扫描仪来获取地铁隧道盾构施工过程中的数据。
这种方法可以实时监测盾构机的位移、管片质量等参数，并通过数据分析和处理，进一步预测施工过程中可能发生的问题。
1.2 雷达监测雷达监测是利用地下雷达设备对地铁隧道盾构施工区域进行扫描和测量，获取地下隧道结构的各种信息。
通过对雷达监测数据的分析，可以了解盾构施工过程中的地层变化、隧道结构的稳定性等情况，为施工提供准确的参考数据。
1.3 倾斜仪监测倾斜仪监测是一种常用的盾构施工监测手段，它通过安装在盾构机和顶管上的倾斜仪来实时监测隧道施工过程中的倾斜情况。
倾斜仪监测可以提供关键的施工数据，帮助工程师及时调整施工参数，确保隧道的稳定性和安全性。
2. 顶管沉降变形的预测方法顶管的沉降变形是地铁隧道盾构施工过程中常见的问题之一。
为了预测和控制顶管的沉降变形，以下是一些常用的方法：2.1 数值模拟方法数值模拟方法是通过建立地铁隧道盾构施工的有限元模型，利用计算机仿真技术来模拟和预测顶管的沉降变形。
这种方法可以考虑到各种影响因素，如地层情况、盾构机参数、隧道结构等，并通过模型的分析和优化，得出预测结果。
2.2 统计方法统计方法是通过对历史施工数据进行分析和统计，来预测顶管的沉降变形。
通过收集和整理大量的施工数据，包括地层情况、盾构机参数、施工工艺等，建立合适的数学模型，可以得到相对准确的预测结果。
2.3 监测方法监测方法是通过实时监测顶管的沉降和变形情况，及时发现问题并采取相应的措施。
盾构姿态动态控制
片纵缝处的骑缝千斤顶一定要用，以保证在环管片 的环面平整。③ 盾构纠偏是一个缓慢的过程，纠偏 数值不能太大。 2 . 3 正确的选用刀盘的正反转 盾构机的转动偏差多通过改变刀盘的旋转方向、 施加反向的旋转力矩进行修正。实际操作过程中， 必须根据旋转角的测量数据在一定调整范围内正确 选用。 2 . 4 提高管片的拼装质量 在盾构施工过程中，管片与盾构机的相对位置 常常不能保持理想状态，管片的环面与盾构推进方 向存在夹角，盾尾间隙上下、左右产生较大偏差， 甚至产生卡壳现象，影响盾构姿态的正常调整。
6壁后注浆过程的影响随着盾构的推进脱出盾尾的管片与土体间出现建筑空隙该空隙用浆液通过设在盾尾的压浆管予以充填当其充填量和注浆压力分布不均时会使管片发生位移盾尾间隙分布不均匀从而间接造成推进过程中盾构姿态的变化
盾构推进姿态动态控制
盾构施工由于地下施工受水、土压力及地质 变化影响较大，掘进过程中不可预见性多，故推 进过程中盾构姿态管理异常重要，直接关系到隧 道的顺利贯通和建筑产品的质量好坏。
2、盾构姿态的动态管理措施
2 . 1 盾构机进出洞姿态的管理 １）由于反力架和始发架为盾构机提供初始的 推力以及空间姿态，在安装时，盾构中心坡度与 隧道设计轴线坡度应保持一致。考虑隧道后期沉 降因素，盾构中心轴线比设计轴线抬高１０～２ ０ｍｍ，反力架左右偏差控制在 ±１０ｍｍ，高 程偏差控制在 ±５ｍｍ之内。 ２）盾构机出加固区时由于土层差异及自身重 量，容易产生“扎头”现象，通常对盾构姿态造 成严重影响，一般是通过调节上下区千斤顶的油 压差。可以适当的减少上区推进千斤顶数量。
致时。其摩擦力将抵消部分千斤顶推力，使盾构机行 走蛇行。偏离姿态的设计要求。 4）管片拼装质量 管片拼装时环、纵缝不平齐或 者接触面倾斜，致使盾构机各区域内千斤顶推力作用 方向不一致，从而导致盾构姿态发生偏离。 5）盾构机自身的运动特性 盾构机体积大、自 重大，在软土层中受力严重影响，易下沉。并且刀盘 正，反转切削土体时，土体将给盾构机一个反向的摩 擦力，使盾构机产生自转的现象。 6）壁后注浆过程的影响 随着盾构的推进，脱 出盾尾的管片与土体间出现“建筑空隙”，该空隙用 浆液通过设在盾尾的压浆管予以充填，当其充填量和 注浆压力分布不均时，会使管片发生位移，盾尾间隙 分 布不均匀，从而间接造成推进过程中盾构姿态的 变化。
盾构机在线监测技术综述
盾构机在线监测技术综述摘要：随着盾构机制造技术水平的不断提高，以及施工领域的应用越来越多，盾构机行业的竞争也越来越激烈，国内外的盾构机企业都在不断加大资本投入，提高盾构机的安全性、可靠性以及智能化。
盾构机结构复杂，一旦发生故障，施工维修难度较大，为及时发现设备存在的问题甚至能够提前预测到设备可能出现的问题，有必要建设基于PHM的盾构机智能运维服务平台，实时监测盾构机的实际运行状态，对异常状态及时报警，合理安排施工计划，以“智能硬核”装备助力“交通强国”建设。
关键词：盾构机；在线监测技术；综述；工作原理1 盾构机的工作特性分析以中交天和170#盾构机为例，该型盾构机以土压平衡盾构为基础，结合硬岩开挖技术，当盾构机在软土层进行施工时，可按照软土模式进行施工，当遇到硬岩地层施工时，在刀盘上安装不同的硬岩切削刀具，按照硬岩模式进行掘进。
本项目盾构机按照岩层的条件选用刀具，对于含有黏土、肥土或者淤泥的混合土质在刀盘进土槽两侧安装割刀，当遇到硬岩地层施工时，替换为盘式滚刀。
盾构机的基本原理是刀盘旋转切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口被压进土舱，泥土落到土舱底部，通过螺旋输送机运到皮带输送机上。
盾构在推进油缸的推力作用下向前推进，盾壳对挖掘出的未衬砌的隧道起着临时支护作用，承受周围土层的土压、地下水的水压以及将地下水挡在盾壳外面，使得掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。
被管理的盾构机，其主驱动是由7台相同型号和功率的驱动电机，经过一个行星齿轮减速箱，驱动前端的小齿轮转动，然后再带动与小齿轮相啮合的大齿圈，以及与大齿圈固接的盾构机工作头，以3～4r/min的极低转速旋转，进而带动工作头上面的刀具完成掘进任务。
除了主驱动外，盾构机的动态工作零部件还包含数量较多的、担当不同作用的轴向柱塞变量泵和叶片泵构成的液压泵组群。
油液分析是盾构机状态监测的手段之一，能够有效地反映盾构的润滑和运行状态。
油液分析的主要监测参数有评价润滑油性能的理化污染指标（包括运动黏度、水分和总酸值等）和评价设备磨损状态的指标（光谱分析、铁谱分析等）。
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盾构姿态实时监控原理与方法摘要:本文着重介绍盾构姿态自动监测与控制的原理与方法，并对系统软、硬件组成及运行界面进行简略说明。
关键词：盾构姿态自动监控1引言盾构姿态的良好保持是盾构法施工的重要控制目标，它直接关系到隧道质量与施工成败，如何实现高水平的盾构姿态实时监控一直是盾构施工人员关心的工程难题，盾构姿态实时监控技术的重要性不言而喻。
完整的盾构姿态实时监控系统包括盾构姿态偏差自动监测和自动控制两方面内容。
国内使用的盾构姿态监测系统多为国外产品，主要有德国VMT公司的SLS-T系统、英国的ZED系统和日本TOKIMEC的TMG-32B（陀螺仪）系统等，许多地方还在使用人工测量；国内使用的盾构姿态控制系统大多取之于国外盾构生产厂家成套盾构产品中提供的控制功能(注：目前国内也有较成熟的盾构引导控制系统，如我公司使用的上海米度与上海力信两家公司研制生产盾构导向、顶管导向系统、隧道精灵软件等均已较成熟，本人现在使用中，欢迎探讨交流)。
由于盾构控制系统富含PLC可编程控制器控制代码及上位控制计算机控制程序，又与具体的控制器件和动力设备的关系极为密切，因而具有一定的技术含量和非标准性。
国外有全自动盾构的研究，但少有成功应用的实例。
在科学技术突飞猛进的今天，研究先进、自主的盾构姿态实时监控技术，建立盾构姿态实时监控理论、方法，对改善盾构施工水平有着深刻的现实意义。
介绍盾构姿态自动监测与控制的原理与方法。
2盾构姿态监测系统原理根据公路、轨道交通设计规范，公路、轨道交通的设计路线由平曲线和竖曲线组成，平曲线一般包括直线、缓曲线、圆曲线三种，竖曲线一般包括直线、圆曲线（凸曲线、凹曲线）两种。
盾构根据公路、地铁隧道设计路线向前推进，盾构姿态通过盾构机轴线和设计路线的偏差比较而求得。
实现盾构姿态自动监测仍基于传统的连续支导线测量方法(洞内洞外,洞内主要就是管片的封顶块上吊篮和…此方法已于2008年9月被上海某公司申请注册专利成功…)。
在盾构推进之前必须对盾构机进行初始测量，取得盾构机的初始参数。
具体方法为：工程测量人员在盾构机体内预设定三个固定目标点P1、P2、P3，此三点必须保证稳固（建议多增设1、2个点备用），同时，在同一坐标系中，确定盾构机特征点坐标，一般取盾构切口中心P01和盾尾中心P02，对上述五点进行初始测量，必须高度精确并保留测量结果。
O 1盾构姿态测量示意图（X，Y，Z）（X，Y，Z）O 固定的螺杆坐标圆点（前参考点）BC A 盾尾后参考点（X，Y，Z）需要说明的是，由于盾构机切口中心和盾尾中心是刚性物体上的虚点，要测定其坐标，可先对盾构机切口和盾尾圆环设点测量，然后运用专用软件（……）计算，求得盾构机切口中心和盾尾中心在初始姿态的坐标值。
当盾构初始测量完毕进入推进后，运用程控测量技术，在工程坐标系中对三个预设定固定目标点进行连续、跟踪测量，取得三个固定目标点坐标的实时测量值。
根据实时测量值，采用刚性空间特征点定位计算技术，求得盾构机盾构切口中心和盾尾中心的实际坐标，并采用设计线型空间微分直线变换的计算方法，得出盾构推进过程中的姿态偏差数据结果。
（此过程盾构姿态控制系统大多取之于国外盾构生产厂家成套盾构产品中提供的控制功能）3盾构姿态控制系统原理实现盾构姿态实时控制采用经典的负反馈控制系统，其机理是根据盾构的实时姿态偏差数据和相关参数，求解盾构姿态控制方程，得出盾构推进油缸的编组和控制数据，实施纠偏推进，并根据监测所得新的姿态偏差数据计算下一次推进油缸的编组和控制数据，如此循环，最终实现盾构姿态的实时控制。
4盾构姿态偏差参数的求解4．1刚性空间特征点定位计算技术4．1．1问题的提出已知刚性空间任意三点P1、P2、P3的坐标（条件：不重叠，不在同一直线上）和任一特征点P0的坐标，当P1、P2、P3三点保持刚性不变的条件下，转换到对应三点PP1、PP2、PP3的新坐标后，如何确定PP0的新坐标？4．1．2计算原理与数值分析刚性空间任意三点P1、P2、P3（条件：三点不重叠，不在同一直线上）构成的向量空间可以充分确定该刚性空间中的任一特征点P0。
P1、P2、P3三点及特征点P0在保持刚性不变条件下，转换到对应点PP1、PP2、PP3和PP0的新坐标，由于前提确保空间刚性，PP1、PP2、PP3三点构成的向量空间完全等同于P1、P2、P3三点构成的向量空间。
在P1、P2、P3三点保持刚性不变的情况下求解PP0的计算结果完全准确；在刚性失效的情况下，PP0的坐标中将包含一定的刚性变异量，其变异程度跟刚性失效程度呈正比。
在刚性轻微失效的条件下，同样能高精度提供PP0坐标的特性满足了工程施工测量中的实际要求。
在实际测量中，当刚性基本不变但测点有偏差的情况下，例如，当测得PP1点正好沿PP2-PP3线有旋转时，PP1点坐标值有误差，但刚性没有变异，此时测点偏差会传递到特征点PP0，其偏差放大程度与PP0点到平面PP1-PP2-PP3的距离有关，距离越大偏差放大越大，距离越小偏差放大越小。
4．2盾构姿态偏差参数计算方法4．2．1切口中心水平偏差及垂直偏差、盾尾中心水平偏差和垂直偏差、切口中心里程的计算根据设计路线提供的线型函数，按里程进行微分取值，生成设计线型微分直线线段的端点坐标和里程集，应用数据库技术，不难可以生成微分线段数据库。
需要说明的是，通过调节微分参数，可以确保函数微分变换后的计算精度，在一般情况下，隧道工程管片宽度大于1米，微分线段取0.5米足够保证精度需要。
基于微分直线段的盾构切口中心姿态偏差计算方法：由盾构头尾中心的实际坐标值，不难得出盾构机切口平面方程，对微分直线段库进行检索计算，可求得穿过盾构切口平面的直线段及交点坐标，该交点与盾构切口中心的水平和垂直距离即为切口中心水平偏差及垂直偏差，该交点至微分线段起点距离加上微分线段起点里程即为盾构切口中心里程。
盾构盾尾中心姿态偏差计算方法与盾构切口中心相同。
由于设计线型空间微分直线变换，可以改变原隧道设计路线由平曲线和竖曲线结合表达的单一办法，也可以改变设计线型函数局限于公路、轨道交通路线设计规定曲线类型的弊端。
通过采用统一的空间微分直线段表达，将大大方便盾构姿态的空间解析并满足不同设计线型的要求。
4．2．2盾构水平方向偏差角、纵向坡度偏差、横向自转角的计算。
盾构水平方向偏差角、纵向坡度偏差根据盾构头尾中心水平、垂直偏差值和盾构长度参数可直接求得。
横向自转角计算需要设置辅助向量。
在盾构机初始设定P1、P2、P3三点时，取盾尾中心点P02垂直线上部某点为参考点，从P02指向该点即得一初始向量。
在盾构推进时，此向量一直变化并得到新的当前向量，盾构坡度同时也一直在变化。
对初始向量在纵面作坡度调整，求解当前向量与此向量的夹角即为盾构横向自转角。
5盾构姿态控制方程的求解5．1求解原则和策略盾构姿态的控制方程是一个多变量的复杂计算系统。
求解原则是最大程度保证盾构姿态控制有效性和计算简单化；采取的求解策略是首先建立主要相关变量的核心函数关系，其它变量按相关性影响大小对核心函数进行修正，最后形成完整的求解结果。
对实践中取得的可靠经验数据以数据表的形式直接表达函数关系。
5．2核心函数关系的确立盾构姿态是系统控制的最终目标，因而盾构姿态的实时偏差数据是主要相关变量。
5．2．1纠偏力轴的计算盾构偏差平面分成四个象限，参考纠偏力轴示意图（图略）。
系统将盾构切口中心和盾尾中心的偏差等级分成五等，分别为正常区、微偏区、中偏区、强偏区和报警区。
当头尾偏差同时在正常区时，说明推进良好，不作纠偏力轴计算；当头尾偏差中任一处在报警区时，说明推进出现施工事故，系统报警，亦不作纠偏力轴计算；其余根据头尾偏差所处的不同象限和偏差等级，分别确定其纠偏力轴的计算方法。
下面举例给出盾构切口中心偏差在第一象限中偏区、盾尾中心偏差在第三象限中偏区的计算公式：（此略）其中：X01为盾构切口中心水平偏差，Y01为盾构切口中心垂直偏差，X02为盾尾中心水平偏差，Y02为盾尾中心垂直偏差，为纠偏力轴与X轴的夹角。
需要说明的是，盾构切口中心和盾尾中心偏差所处不同象限和偏差等级，其纠偏力轴的计算方法不尽相同。
5．2．2油缸的编组和控制数据在油缸的编组前，首先对油缸进行编号，取正X轴上油缸为0号油缸，其余按逆时针排序。
一般认为油缸分布按坐标轴上下、左右对称。
根据上述角，可求得位于纠偏力轴上的主顶油缸。
其它油缸在纠偏力轴两侧对称分布。
根据不同纠偏力矩的需要，系统设定默认的编组类型，包括：强纠偏编组、中纠偏编组、微纠偏编组三种。
由于盾构在实际推进中存在旋转情况，上述编组计算中须对旋转作出相应修正。
控制数据主要指编组的有效时间、运行状态（正常或故障）等控制参数。
5．3修正函数5．3．1基于隧道管片拼装制约参数的修正在实际纠偏推进过程中，盾构姿态的极限偏差是保证隧道管片能正常拼装，拼装状况直接控制纠偏力矩，危险编组被直接限制并报警。
5．3．2基于环境参数的修正由于土的工程性质变化复杂，盾构推进的纠偏力矩需要反复修正。
根据环境参数提供的土层及土性数据，系统提供默认经验的纠偏力矩。
随着盾构纠偏推进，对盾构姿态实时监测结果进行统计，不难归算出满足土性要求的适用纠偏力矩。
但当盾构处于硬质密实地层时，盾构提供的纠偏力矩可能达不到纠偏效力，在此情况下，编组自动报警。
5．3．3基于设计线形的修正纠偏推进在不同的设计线形条件下，采取的策略是不一样的，在上下坡和急曲线段时，施工复杂度加大，一般通过调整控制数据、缩短编组的有效时间达到控制精度。
5．3．4基于历史姿态特征的修正系统提供全过程、完整的盾构姿态监测数据和统计规律，通过这些数据可方便发现盾构在纠偏推进中具备的特征。
譬如，在特殊情况下，盾构推进方向会与盾构机轴线保持一定夹角，或者大口径盾构机因浮力作用出现上飘情况，在这些情况下，需作出专门的纠偏策略。
5．3．5基于时间参数的修正在工程施工过程中，对于快慢的要求可直接调整编组的有效时间参数。
5．3．6基于推进总力的修正盾构推进总力大小对盾构姿态的调整效率影响很大。
随着盾构推进总力的加大，纠偏难度会逐渐加大，一般通过调整头部刀盘挖土予以解决。
系统设置推进总力警戒线，推进总力达到警戒线时，编组报警。
6系统软、硬件组成6．1系统软件组成6．1．1上位主控部分主要包括：程控测量模块、刚性空间特征点定位计算模块、盾构姿态偏差计算模块、智能编组模块、PLC控制模块、运行主框架和界面模块等。
6．1．2下位控制部分主要为油缸编组控制模块。
6．2系统控制硬件6．2．1测量部分测量系统采用徕卡Leica TCA1200全站仪及配套棱镜和反射片。
6．2．2上位控制部分为适应防震、抗潮、耐温（超过450C）等隧道施工要求，选用工业控制计算机。