长距离曲线顶管自动导向系统技术方案

本发明专利技术公开了一种长距离曲线顶管自动导向系统，包括：顶管机，其设于隧道中，所述顶管机机头上设有激光靶；初始全站仪，其上设有第一棱镜，所述初始全站仪设置于隧道始发井口内的支架上；多个次全站仪，每个次全站仪上均设有第二棱镜，多个次全站仪依次安装在激光靶与初始全站仪之间的随顶管机一同前进的且无法通视的隧道管片上；后视棱镜，其安装在隧道始发井口的墙壁上；其中，所述初始全站仪、多个次全站仪均与一计算机通讯连接。本发明专利技术的长距离曲线顶管自动导向系统，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。

【技术实现步骤摘要】
长距离曲线顶管自动导向系统
本专利技术涉及顶管导向
，更具体地说，本专利技术涉及一种长距离曲线顶管自动导向系统。
技术介绍
顶管隧道掘进技术是地下暗挖的一种工程建设技术，是随着现代地下工程、交通运输、市政建设以及电气通讯设施的发展而发展起来的在水利输水、给水及灌溉工程中管路铺设的新技术，运用顶管技术能在管路穿越道路、河流时不用明挖，在施工过程中对道路交通、河流泄流不造成任何影响，具有自动化程度高、节省人力、施工速度快的优势，并且在开挖时可以控制地面沉降，同时可以减少对地面建筑物的影响，另外在水下开挖时不会影响水面交通。一般地，在隧道轴线较长、埋深较大的情况下，采用顶管技术更为经济合理。顶管施工是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术，就是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走，一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进，其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推进到接收井内吊起，管道紧随工具管或掘进机后，埋设在两坑之间。顶管施工涉及的是利用少开挖，即工作井与接收井要开挖，以及不开挖，即管道不开挖技术来进行地下管线的铺设或更换，顶管直径DN800—4500。通过工作井把要埋设的管子顶入土内，一个工作井内的管子可在地下穿行1500米以上，并且还能曲线穿行，以绕开一些地下管线或障碍物，顶管施工在我国沿海经济发达地区广泛用于城市地下给排水管道、天然气石油管道、通讯电缆等各种管道的非开挖铺设。它能穿越公路、铁路、桥梁、高山、河流、海峡和地面任何建筑物。采用该技术施工，能节约一大笔征地拆迁费用、减少对环境污染和道路的堵塞，具有显著的经济效益和社会效益。目前顶管技术已经发展到了十分成熟的阶段，其通风系统、注浆减摩技术、排渣技术、刀盘切削系统、推进系统、出土输送系统、供电液压系统等都得到了充分的发展和完善，中继间技术的突破解决了长距离曲线顶管的推力问题，已经能实现距离大于2500米的长距离顶管施工。尽管顶管的这些技术已经非常成熟，但是其顶管测量导向没有新技术的应用，长距离的顶管施工中，测量工作占据大量的时间，严重影响顶管施工的进度及其经济效益，目前顶管施工的测量导向技术包括以下几种：1、传统的测量方法：在顶管机上安装棱镜，每一次从头到尾(即从始发井内)进行测量，计算出顶管机上棱镜坐标，再根据棱镜坐标换算出机头中心坐标。但当随着施工的不断进行，隧道越来越长，进行测量的时间也越来越长，不能满足施工的要求。利用传统的测量方法的另一个不利之处是测量工作只能在停止掘进的情况下进行，在掘进的过程中机器处于“失明”状态。因此在机器掘进的过程中发生的任何偏差只能等过后进行人工测量，并确定机器的位置以后才能被纠正，不能进行即时的补救措施。2、人工测量：在管节顶进前，通过常规的测量手段测量顶管机的位置和姿态，人工计算偏差，顶管机操作工程师根据测量工程师给定的偏差掘进下一环。整环掘进的过程中操作工程师无法得知当前顶管机的位置姿态，仅根据经验和感觉进行判断，无法实现顶管施工测量导向实时性的要求，另外当顶进一定距离后，测量工程师测量顶管机需要从工作井将坐标基准引测至顶管机的位置，测量顶管机位置和姿态需要大量的时间，无法满足顶管施工要求测量准确高效的要求。3、激光经纬仪导向：在顶管机上安装标靶，在工作井安装激光经纬仪，激光经纬仪发射激光束，在标靶上形成红色的光斑，事先已将激光束与设计轴线调整至平行，标靶上激光斑的位置变化即为顶管机的位置变化，该技术能够直观的给操作工程师顶管机的位置变化，也具备数据的实时性，但是存在如下的缺陷：①测量数据不能保存；②只能用于顶进距离小于400米的直线顶管工程；③不能测量顶管机的姿态角；由于存在以上的问题，不能满足目前发展的长距离曲线顶管工程的测量需求。4、测量机器人导向：在井口安装测量机器人，在顶管机上安装反射棱镜，编制工程软件控制测量机器人测量顶管机上的反射棱镜的坐标，计算顶管机的位置和偏差并实时的显示，该种方法亦可在工作井与顶管机之间增加测量机器人，到达坐标基准传递的目的，以便应用于长距离的曲线顶管工程。该技术具备数据实时性，但是经现场应用存在如下的问题：①由于顶管隧道内存在严重的大气折光，当测量机器人与顶管机的距离超过100米时，测量高程误差太大，数据准确度不能满足要求；②若在工作井与顶管机之间增加测量机器人，以便减小大气折光的影响，此时平面坐标(X，Y)的传递误差太大，并且数据的一致性较差，不能达到测量导向的目标，另外增加测量机器人，增加的成本太大。以上各种测量导向技术均存在不少问题，不适合长距离曲线顶管隧道的测量。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是提供一种长距离曲线顶管自动导向系统，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。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种长距离曲线顶管自动导向系统，包括：顶管机，其设于隧道中，所述顶管机机头上设有激光靶；初始全站仪，其上设有第一棱镜，所述初始全站仪设置于隧道始发井口内的支架上；多个次全站仪，每个次全站仪上均设有第二棱镜，多个次全站仪依次安装在激光靶与初始全站仪之间的随顶管机一同前进的且无法通视的隧道管片上；后视棱镜，其安装在隧道始发井口的墙壁上；其中，所述初始全站仪、多个次全站仪均与一计算机通讯连接；其中，所述支架包括：套筒，其竖直设置，所述套筒内套设有滑杆，所述滑杆可沿套筒轴线方向滑动，所述滑杆沿其长度方向设有多个凹槽，所述套筒外周设有多个通孔，所述通孔与所述凹槽一一对应，每个凹槽内均设有弹簧，一定位柱其一端穿过通孔、凹槽并与弹簧固连，当弹簧压缩至最低点时，定位柱的一端位于凹槽内，当弹簧处于自然状态时，定位柱的另一端位于通孔外，所述初始全站仪安装于滑杆顶端。优选的是，所述的长距离曲线顶管自动导向系统，所述滑杆顶端水平设有一固定板，所述固定板上端面沿长度方向设有一倒T形滑槽，一滑块其下端设有一与所述T形滑槽相适配的凸起，所述滑块通过凸起滑动连接所述滑槽，所述初始全站仪安装于滑块上端。优选的是，所述的长距离曲线顶管自动导向系统，所述滑块上端设有一转轴，一基座其下端面对应转轴处设有一安装孔，所述转轴伸入安装孔内，所述基座可绕转轴转动，所述初始全站仪安装于基座上端。优选的是，所述的长距离曲线顶管自动导向系统，每个次全站仪所对应的隧道管壁前方沿周向设有多个反射棱镜。优选的是，所述的长距离曲线顶管自动导向系统，反射棱镜位于次全站仪所对应的隧道管壁前方20～50m，所述反射棱镜的数量不少于3个。优选的是，所述的长距离曲线顶管自动导向系统，所述套筒的下端连接一液压气缸的活塞杆。优选的是，所述的长距离曲线顶管自动导向系统，所述基座为圆柱形，所述基座外周设有一固定块，所述固定块上设有定位孔，所述滑块上端面位于转轴之外周向设有多个定位槽，一定位杆可穿过定位孔并伸入定位槽中，以使基座固定。本专利技术至少包括以下有益效果：1、本专利技术的长距离曲线顶管自动导向系统，可以实现在长距离曲线顶管隧道中对顶管机姿态的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.长距离曲线顶管自动导向系统，其特征在于，包括：顶管机，其设于隧道中，所述顶管机机头上设有激光靶；初始全站仪，其上设有第一棱镜，所述初始全站仪设置于隧道始发井口内的支架上；多个次全站仪，每个次全站仪上均设有第二棱镜，多个次全站仪依次安装在激光靶与初始全站仪之间的随顶管机一同前进的且无法通视的隧道管片上；后视棱镜，其安装在隧道始发井口的墙壁上；其中，所述初始全站仪、多个次全站仪均与一计算机通讯连接；其中，所述支架包括：套筒，其竖直设置，所述套筒内套设有滑杆，所述滑杆可沿套筒轴线方向滑动，所述滑杆沿其长度方向设有多个凹槽，所述套筒外周设有多个通孔，所述通孔与所述凹槽一一对应，每个凹槽内均设有弹簧，一定位柱其一端穿过通孔、凹槽并与弹簧固连，当弹簧压缩至最低点时，定位柱的一端位于凹槽内，当弹簧处于自然状态时，定位柱的另一端位于通孔外，所述初始全站仪安装于滑杆顶端。

【技术特征摘要】
1.长距离曲线顶管自动导向系统，其特征在于，包括：顶管机，其设于隧道中，所述顶管机机头上设有激光靶；初始全站仪，其上设有第一棱镜，所述初始全站仪设置于隧道始发井口内的支架上；多个次全站仪，每个次全站仪上均设有第二棱镜，多个次全站仪依次安装在激光靶与初始全站仪之间的随顶管机一同前进的且无法通视的隧道管片上；后视棱镜，其安装在隧道始发井口的墙壁上；其中，所述初始全站仪、多个次全站仪均与一计算机通讯连接；其中，所述支架包括：套筒，其竖直设置，所述套筒内套设有滑杆，所述滑杆可沿套筒轴线方向滑动，所述滑杆沿其长度方向设有多个凹槽，所述套筒外周设有多个通孔，所述通孔与所述凹槽一一对应，每个凹槽内均设有弹簧，一定位柱其一端穿过通孔、凹槽并与弹簧固连，当弹簧压缩至最低点时，定位柱的一端位于凹槽内，当弹簧处于自然状态时，定位柱的另一端位于通孔外，所述初始全站仪安装于滑杆顶端。2.如权利要求1所述的长距离曲线顶管自动导向系统，其特征在于，所述滑杆顶端水平设有一固定板，所述固定板上端面沿长度方向设有一倒T形滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑庆坂，焦义，覃永杰，张玉龙，冯金勇，李毅，王科，杨龙斐，张晨，李金水，王鹏飞，
申请(专利权)人：中铁隧道集团四处有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45