本發(fā)明涉及隧道施工
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其是一種用于隧道施工的盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)復(fù)核方法。
背景技術(shù)：
：盾構(gòu)法是暗挖法輸隧道施工中的一種全機(jī)械化施工方法，它是將盾構(gòu)機(jī)械在地下推進(jìn)，通過盾構(gòu)外殼和管片支承四周圍巖防止發(fā)生往隧道內(nèi)的坍塌，同時在開挖面前方用切削裝置進(jìn)行土體開挖，再通過出土機(jī)械運(yùn)出洞外，靠千斤頂在后部加壓頂進(jìn)，并拼裝預(yù)制混凝土管片，形成隧道結(jié)構(gòu)的一種機(jī)械化施工方法，具有速度快，安全性高，施工質(zhì)量好，對周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，并且越來越多地應(yīng)用于城市地鐵隧道施工中。在利用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行隧道掘進(jìn)施工過程中，為了將掘進(jìn)線路與隧道設(shè)計(jì)曲線之間的誤差控制在一定范圍內(nèi)，需要及時測量盾構(gòu)機(jī)的位置和掘進(jìn)的方位角。盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)和位置測量方法可分為人工測量和自動測量兩類，目前自動導(dǎo)向測量系統(tǒng)主要有英國的ZED、德國的VMT和日本的GYRO等系統(tǒng)，前兩者為激光導(dǎo)向，后者為陀螺儀導(dǎo)向。依靠國外的自動導(dǎo)向測量系統(tǒng)進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)復(fù)核，費(fèi)用高昂，成本高，現(xiàn)有的人工測量方法存在精度低、測量計(jì)算占用時間長等缺點(diǎn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對上述問題，本發(fā)明提供一種用于隧道施工的盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)復(fù)核方法。一種用于隧道施工的盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)復(fù)核方法，基于空間三角形的穩(wěn)定性，借助制圖軟件AutoCAD；首先，將盾構(gòu)機(jī)盾尾環(huán)切面和盾構(gòu)機(jī)縱軸切面繪制到AutoCAD中，并制作成塊；其次，將現(xiàn)場測繪的對應(yīng)于盾構(gòu)機(jī)盾尾環(huán)切面的特征點(diǎn)坐標(biāo)繪制到AutoCAD中；再次，通過三維對齊的方式將盾構(gòu)機(jī)所在坐標(biāo)系切換到隧道曲線所在的城市三維坐標(biāo)系中；最后，通過對比盾構(gòu)機(jī)軸線和隧道軸線的偏差得出盾構(gòu)機(jī)復(fù)核后的姿態(tài)。進(jìn)一步的，包括如下步驟，步驟1：以盾構(gòu)機(jī)盾頭中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，盾構(gòu)機(jī)環(huán)切面方向?yàn)閄軸，盾構(gòu)機(jī)軸線方向?yàn)閅軸，盾構(gòu)機(jī)豎直方向?yàn)閆軸，構(gòu)建盾構(gòu)機(jī)參考坐標(biāo)系，盾構(gòu)機(jī)長L，盾構(gòu)機(jī)盾頭中心坐標(biāo)(0，0，0)，盾頭頂部坐標(biāo)(0，0，2)盾尾中心坐標(biāo)(0，-L，0)，盾尾頂部坐標(biāo)(0，-L，2)，四點(diǎn)構(gòu)成盾構(gòu)機(jī)縱軸平面；實(shí)際運(yùn)用中，盾頭頂部和盾尾頂部在Z軸上的坐標(biāo)值可以取任意正值，此處以取值2為例；步驟2：將步驟1中的構(gòu)成盾構(gòu)機(jī)縱軸平面的四點(diǎn)繪制到AutoCAD中，并連接成面；步驟3：選取三個盾構(gòu)機(jī)盾尾環(huán)切面特征點(diǎn)，構(gòu)成盾構(gòu)機(jī)盾尾環(huán)切面；步驟4：將步驟3中的構(gòu)成盾構(gòu)機(jī)盾尾環(huán)切面的三點(diǎn)繪制到AutoCAD中，并連接成面；步驟5：將步驟2與步驟4繪制的圖形制作成塊；步驟6：現(xiàn)場測量當(dāng)前里程的隧道對應(yīng)于步驟3中的三個特征點(diǎn)的坐標(biāo)值；步驟7：將步驟6中的三個特征點(diǎn)坐標(biāo)值繪制到AutoCAD中，并連接成面；步驟8：將步驟5中制作成塊的圖形通過三維對齊轉(zhuǎn)換到步驟7中的城市三維坐標(biāo)系中，盾構(gòu)機(jī)盾尾環(huán)切面上三個特征點(diǎn)構(gòu)成的三角形與現(xiàn)場測量所得的三個對應(yīng)特征點(diǎn)的測量值構(gòu)成的三角形形狀近似，選取兩個近似三角形中的任意兩個角進(jìn)行對齊，同時將隧道軸線三維坐標(biāo)繪制到一起。步驟9：盾頭中心點(diǎn)記為點(diǎn)O，盾尾中心點(diǎn)記為點(diǎn)O1、盾尾頂點(diǎn)記為點(diǎn)O2，盾頭頂點(diǎn)記為點(diǎn)O3，獲取轉(zhuǎn)換后點(diǎn)O、點(diǎn)O1、點(diǎn)O2、點(diǎn)O3的坐標(biāo)；步驟10：點(diǎn)O到隧道軸線做垂線，獲取第一垂點(diǎn)M，點(diǎn)M到點(diǎn)O的水平距離R即為盾頭的水平姿態(tài)，面向掘進(jìn)方向，點(diǎn)O在隧道軸線左側(cè)R值為負(fù)，相反為正，在城市三維坐標(biāo)系Z軸方向上的差值S即為盾頭的垂直姿態(tài)，點(diǎn)O的高程比點(diǎn)M的高程高則S值為正，相反為負(fù)；將點(diǎn)0的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成施工坐標(biāo)里程和偏距的格式(KO，JO，ZO)待用，KO為盾頭里程；步驟11：點(diǎn)O1到隧道軸線做垂線，獲取第二垂點(diǎn)N，點(diǎn)N點(diǎn)到點(diǎn)O1的水平距離R'即為盾尾的水平姿態(tài)，面向掘進(jìn)方向，點(diǎn)O1在隧道軸線左側(cè)R'值為負(fù)，相反為正，在城市三維坐標(biāo)系Z軸方向上的差值S'即為盾尾的垂直姿態(tài)，點(diǎn)O1的高程比點(diǎn)N的高程高則S'值為正，相反為負(fù)；將點(diǎn)01的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成施工坐標(biāo)里程和偏距的格式(KO1，JO1，ZO1)待用，KO1為盾尾里程；步驟12：盾頭中心點(diǎn)O和盾尾中心點(diǎn)O1在城市三維坐標(biāo)系Z軸方向上的差值，除以盾構(gòu)機(jī)長L，即(ZO-ZO1)*1000/L得出盾構(gòu)機(jī)俯仰角，1000為米與毫米之間的單位轉(zhuǎn)換比例；步驟13：將點(diǎn)O2的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成施工坐標(biāo)里程和偏距的格式(KO2，JO2，ZO2)，然后通過公式(JO2-JO1)*1000/(ZO2-ZO1)計(jì)算得出盾構(gòu)機(jī)滾動角；或者，從點(diǎn)O1做Z軸上的直線，長度為盾構(gòu)機(jī)半高h(yuǎn)/2或所述步驟1中給定的任意值，另一端點(diǎn)記為點(diǎn)O4，從點(diǎn)O4向點(diǎn)O2到點(diǎn)O3連線做垂線，該垂線的長度D除以所做直線的長度即得盾構(gòu)機(jī)滾動角；其中，第二種方法更加簡便易行；步驟14：盾頭的水平姿態(tài)與盾尾的水平姿態(tài)的差值，除以盾構(gòu)機(jī)長L，(R-R')/L，即可得盾構(gòu)機(jī)的水平趨向；步驟15：盾頭的垂直姿態(tài)與盾尾的垂直姿態(tài)的差值，除以盾構(gòu)機(jī)長L，(S-S')/L，即可得盾構(gòu)機(jī)的垂直趨向。進(jìn)一步的，所述步驟3中三個盾構(gòu)機(jī)盾尾環(huán)切面特征點(diǎn)，選取連線最接近等邊三角形的三個特征點(diǎn)。本發(fā)明的有益效果：提供了一種能夠快速進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)復(fù)核的方法，對導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行校核，為調(diào)試導(dǎo)向系統(tǒng)提供基礎(chǔ)參數(shù)包括盾構(gòu)始發(fā)導(dǎo)向參數(shù)，便于隨時隨地掌控盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)且大大節(jié)約了成本。附圖說明圖1為盾構(gòu)機(jī)縱軸平面和盾構(gòu)機(jī)盾尾環(huán)切面的AutoCAD繪圖；圖2為現(xiàn)場對應(yīng)特征點(diǎn)的測量值的AutoCAD繪圖；圖3為盾構(gòu)機(jī)縱軸平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到城市三維坐標(biāo)系中的AutoCAD示意圖；圖4為求解盾構(gòu)機(jī)滾動角的示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明的實(shí)施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發(fā)明限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。選擇和描述實(shí)施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計(jì)適于特定用途的帶有各種修改的各種實(shí)施例。實(shí)施例1隧道軸線是設(shè)計(jì)院在城市三維坐標(biāo)系(絕對坐標(biāo)系)中設(shè)計(jì)的，要得到盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中的誤差，就必須通過測量計(jì)算得到盾構(gòu)機(jī)在絕對坐標(biāo)系中的坐標(biāo)位置和方位角。具體來說，就是要得到盾構(gòu)機(jī)切口中心以及切口中心在隧道三維坐標(biāo)系中的坐標(biāo)位置以及盾構(gòu)機(jī)軸線的方位角，通過與隧道設(shè)計(jì)曲線上的對應(yīng)點(diǎn)坐標(biāo)以及對應(yīng)點(diǎn)所在位置的曲線方向相比較，得到位置偏差值以及角度偏差值。本發(fā)明就是基于空間三角形的穩(wěn)定性，以及AutoCAD制圖及空間變換功能，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系的切換，并進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)復(fù)核，以下以一組實(shí)際數(shù)據(jù)為例，進(jìn)行闡述。盾構(gòu)機(jī)出廠后，其原始各項(xiàng)參數(shù)就已既定，本實(shí)施例中盾構(gòu)機(jī)墩盾頭到盾尾的距離4.7081m，高6.45m，以盾構(gòu)機(jī)盾頭中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，盾構(gòu)機(jī)軸線方向?yàn)閅軸，盾構(gòu)機(jī)豎直方向?yàn)閆軸，構(gòu)建盾構(gòu)機(jī)參考坐標(biāo)系，盾構(gòu)機(jī)盾頭中心坐標(biāo)(0，0，0)，盾尾中心坐標(biāo)(0，-4.7081，0)，盾尾頂部坐標(biāo)(0，-4.7081，2),盾頭頂點(diǎn)坐標(biāo)(0，0，2)，四點(diǎn)構(gòu)成盾構(gòu)機(jī)縱軸平面。一般盾構(gòu)機(jī)盾尾環(huán)切面有25個特征點(diǎn)，選取3號、13號、22號三個盾構(gòu)機(jī)盾尾環(huán)切面特征點(diǎn)，構(gòu)成盾構(gòu)機(jī)盾尾環(huán)切面，其中盾尾環(huán)切面3號特征點(diǎn)坐標(biāo)(-1.4271，-4.1773，2.2919)，盾尾環(huán)切面13號特征點(diǎn)坐標(biāo)(1.9506，-3.9167，1.0904)，盾尾環(huán)切面22號特征點(diǎn)坐標(biāo)(-0.6457，-4.0425，-2.0113)。將構(gòu)成盾構(gòu)機(jī)縱軸平面的三點(diǎn)繪制到AutoCAD中，并連接成面；將構(gòu)成盾構(gòu)機(jī)盾尾環(huán)切面的三點(diǎn)繪制到AutoCAD中，并連接成面；并將繪制的圖形制作成塊，如圖1所示。使用全站儀現(xiàn)場測量當(dāng)前里程的隧道對應(yīng)3號、13號、22號特征點(diǎn)的測量值，隧道3號測量值(552710.5887，374718.6276，19.9271)，隧道13號測量值(552710.5629，374715.2322，18.7472)，隧道22號測量值(552710.6733，374717.8087，15.6252)，并將三個測量值繪制到AutoCAD中，并連接成面，如圖2所示。將制作成塊的盾構(gòu)機(jī)坐標(biāo)系圖形通過三維對齊轉(zhuǎn)換到隧道曲線的城市三維坐標(biāo)系中，盾構(gòu)機(jī)盾尾環(huán)切面上三個特征點(diǎn)構(gòu)成的三角形與現(xiàn)場測量所得的三個對應(yīng)特征點(diǎn)的測量值構(gòu)成的三角形形狀近似，稍微有些許偏差，選取兩個近似三角形中的任意兩個角進(jìn)行對齊，從而將盾構(gòu)機(jī)縱軸平面變換到隧道曲線的城市三維坐標(biāo)系中，便于與隧道軸線進(jìn)行偏差比對。盾頭中心點(diǎn)記為點(diǎn)O，盾尾中心點(diǎn)記為點(diǎn)O1、盾尾頂點(diǎn)記為點(diǎn)O2，如圖3所示，獲取轉(zhuǎn)換后點(diǎn)O、點(diǎn)O1、點(diǎn)O2的坐標(biāo)，其中點(diǎn)O坐標(biāo)(552714.6371，374716.8322，17.6630)，點(diǎn)O1坐標(biāo)(552709.9465，374717.2367，17.6415),點(diǎn)O2的坐標(biāo)(552709.9384，374717.2495，19.6414)。隧道軸線坐標(biāo)從藍(lán)圖信息中獲取如下表1。點(diǎn)O和點(diǎn)O1分別轉(zhuǎn)化為施工里程為DK52+935.317和DK52+930.608。點(diǎn)O到隧道軸線做垂線，獲取第一垂點(diǎn)M(552714.6338,374716.7961,17.6609)，O點(diǎn)到M點(diǎn)的水平距離36mm，即為盾頭的水平姿態(tài)，面向掘進(jìn)方向，點(diǎn)O在隧道軸線左側(cè)R值為負(fù)，相反為正，在城市三維坐標(biāo)系O點(diǎn)的高程減去M點(diǎn)的高程值，即17.6630-17.6609，得盾頭的垂直姿態(tài)為2.1mm，點(diǎn)O的高程比點(diǎn)M的高程高則S值為正，相反為負(fù)。點(diǎn)O1到隧道軸線做垂線，獲取第二垂點(diǎn)N(552709.9443，374717.2115，17.6397)，O1點(diǎn)到N點(diǎn)的水平距離25mm，即為盾尾的水平姿態(tài)，面向掘進(jìn)方向，點(diǎn)O1在隧道軸線左側(cè)R'值為負(fù)，相反為正，在城市三維坐標(biāo)系Z軸方向上的差值，即17.6415-17.6397，得盾尾的垂直姿態(tài)為1.8mm，點(diǎn)O1的高程比點(diǎn)N的高程高則S'值為正，相反為負(fù)。盾頭中心點(diǎn)O和盾尾中心點(diǎn)O1在城市三維坐標(biāo)系Z軸方向上的差值21.6mm(17.6630-17.6415)，除以盾構(gòu)機(jī)長4.7081m，即可得出盾構(gòu)機(jī)俯仰角+4.6mm/m。從點(diǎn)O1做Z軸上的直線，直線長2m，另一端點(diǎn)記為點(diǎn)O4(552709.9465,374717.2367,19.6415)，從點(diǎn)O4向點(diǎn)O2到點(diǎn)O3連線做垂線，如圖4所示，垂足Q坐標(biāo)為(552709.9475,374717.2487，19.6415)，點(diǎn)O4到垂點(diǎn)的平面距離D＝12mm，除以取值2m＝-6mm/m(左側(cè)取負(fù)值)，即為盾構(gòu)機(jī)的滾動角。盾頭的水平姿態(tài)與盾尾的水平姿態(tài)的差值-11mm(-36+25)，除以盾構(gòu)機(jī)長4.7081m，即可得盾構(gòu)機(jī)的水平趨向-2.3mm/m；盾頭的垂直姿態(tài)與盾尾的垂直姿態(tài)的差值0.3mm(2.1-1.8)，除以盾構(gòu)機(jī)長4.7081m，即可得盾構(gòu)機(jī)的垂直趨向+0.1mm/m，自此得出復(fù)核后的盾構(gòu)機(jī)全部姿態(tài)，匯總于下表2中。盾頭盾尾水平趨向mm/m垂直趨向mm/m水平姿態(tài)(mm)-36-25-2.3+0.1垂直姿態(tài)(mm)2.11.8滾動角mm/m俯仰角mm/m里程DK52+935.317DK52+930.608-6+4.6顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域及相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3