一种盾构管片姿态的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种盾构管片姿态的计算方法，该计算方法包括如下步骤：在隧道三维轴线上等间距布设有若干坐标已知的特征点1、2、3…n…；然后根据采集点坐标进行计算，根据距离比对，求出采集点所对应的里程，进而利用余弦定理求出采集点的横向偏差和高程偏差，横向偏差和高程偏差即为盾构管片的姿态。本发明专利技术的优点是，可根据利用检测尺采集的坐标，快速反算出采集点的里程、横向偏差、高程偏差，节约了时间和劳动强度；计算速度快，计算精度高，避免了以往利用CAD量出偏差的工作模式。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构管片姿态的计算方法
本专利技术属于盾构隧道施工
，具体涉及一种盾构管片姿态的计算方法。
技术介绍
随着城市的不断发展，城市地下空间利用率不断提高。为满足城市的发展速度，提高人员出行效率，各大城市均在大力发展地铁公共交通。盾构法是使用盾构机在地面以下建造隧道的一种施工方法。盾构机在与隧道形状一致的盾构外壳内，装备着推进机构、挡土机构、出土运输机构、安装衬砌管片机构等部件，是隧道开挖施工专用机械。采用此法建造隧道，其埋设深度可以很深，而且不受地面建筑物和交通的限制。地铁盾构的精密定向技术是盾构施工进程中的一项重要内容，在盾构机掘进过程中，对其实现实时高精度姿态定位测量，对于地铁施工来说具有十分重要的意义。所谓的盾构机掘进过程中的姿态定位测量是指盾构轴线的测量，盾构的姿态和轴线的位置关系是否是一致，包括上下、左右偏差值的测量。而盾构管片姿态的定位测量则是指管片轴线和隧道轴线的位置关系是否一致，同样包括横向偏差和高程偏差。目前，盾构管片姿态的检测一般都是利用检测尺测出坐标，然后根据坐标，再利用CAD求出管片的姿态，这种方法工作量较大，不适合大规模开展。
技术实现思路
本专利技术的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种盾构管片姿态的计算方法，该计算方法根据采集点坐标进行计算，根据距离比，求出采集点所对应的里程，进而利用余弦定理求出采集点的横向偏差和高程偏差。本专利技术目的实现由以下技术方案完成：一种盾构管片姿态的计算方法，其特征在于所述计算方法包括如下步骤：（1）隧道三维轴线上等间距布设有若干坐标已知的特征点1、2、3…n…；在所述隧道中利用检测尺测出若干采集点的坐标；（2）计算第一个采集点到所述三维轴线上特征点1的距离D1以及到特征点2的距离D2；（3）若D1＜D2，则特征点1为到所述第一个采集点距离最短的特征点；若D1＞D2，则计算所述第一个采集点到特征点3的距离D3，依次进行，直至Dn≤Dn+1，则特征点n为到所述第一个采集点距离最短的特征点；（4）计算所述第一个采集点到特征点n+1的距离Dn+1；若Dn+1＞Dn-1，则所述第一个采集点对应于特征点n与特征点n-1之间的所述三维轴线上，根据所述三维轴线上特征点n的里程，并根据余弦定理Dn-12+Dn2-2×Dn-1×Dn×COSα=(Xn-1-Xn)2+(Yn-1-Yn)2+(Zn-1-Zn)2反算出所述第一个采集点的里程、横向偏差、高程偏差，其中α为所述第一个采集点与特征点n连线以及与特征点n-1连线之间的夹角；若Dn+1＜Dn-1，则所述第一个采集点对应于特征点n与特征点n+1之间的所述三维轴线上，根据所述三维轴线上特征点n的里程，并根据余弦定理Dn+12+Dn2-2×Dn+1×Dn×COSα=(Xn+1-Xn)2+(Yn+1-Yn)2+(Zn+1-Zn)2反算出所述第一个采集点的里程、横向偏差、高程偏差，其中α为所述第一个采集点与特征点n+1连线以及与特征点n连线之间的夹角；（5）重复步骤（1）～（4），进行下一个采集点的里程、横向偏差、高程偏差的计算。本专利技术的优点是，可根据利用检测尺采集的坐标，快速反算出采集点的里程、横向偏差、高程偏差，节约了时间和劳动强度；计算速度快，计算精度高，避免了以往利用CAD量出偏差的工作模式。附图说明图1为本专利技术中采集点横向及高程偏差示意图；图2为本专利技术中采集点与特征点之间的位置示意图A；图3为本专利技术中采集点与特征点之间的位置示意图B；图4为本专利技术中采集点与特征点之间的位置示意图C；图5为本专利技术中利用检测尺测量采集点坐标的示意图。具体实施方式以下结合附图通过实施例对本专利技术的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：如图1-5，图中标记a-c分别为：气泡a、检测尺b、采集点c。实施例：本实施例具体涉及一种盾构施工过程中的盾构管片姿态的计算方法，该计算方法可利用检测尺采集的坐标，快速反算出采集点的里程、横向偏差、高程偏差，以检核管片姿态。本实施例中盾构管片姿态的计算方法具体包括如下步骤：（1）如图2-4所示，图中曲线为隧道的三维轴线、圆点为三维轴线上的特征点、三角形点则为第一个采集点；在隧道三维轴线上等间距分布有若干坐标已知的特征点1、2、3…n…，各特征点的坐标分别为（x1,y1,z1）、（x2,y2,z2）、（x3,y3,z3）…（xn,yn,zn）…；如图5所示，在盾构施工过程中，施工人员在隧道中利用全站仪和检测尺b测量若干采集点c的坐标,检测时利用检测尺b上的气泡a使检测尺b处于水平位置，用全站仪测量出检测尺b中心点的坐标（X测1,Y测1,Z测1）、（X测2,Y测2,Z测2）…，检测尺中心点的Z测坐标加上中心点距隧道圆心的距离h后，即为各采集点c计算时所用的坐标（X1,Y1,Z1）、（X2,Y2,Z2）…，也就是说采集点c计算时所用坐标中Z1=Z测1+h、Z2=Z测2+h…；（2）根据隧道三维轴线，计算第一个采集点到三维轴线上特征点1的距离D1以及到特征点2的距离D2，其中，两点之间的距离计算公式为：；如图2所示，若D1＜D2，则特征点1为到所述第一个采集点距离最短的特征点；如图3、4所示，若D1＞D2，则计算所述第一个采集点到特征点3的距离D3，依次进行，直至Dn≤Dn+1，此时特征点n为到所述第一个采集点距离最短的特征点；（3）同理求出第一个采集点到特征点n+1的距离Dn+1；如图3所示，若Dn+1＞Dn-1，则第一个采集点对应于特征点n与特征点n-1之间的三维轴线上，根据该三维轴线上特征点n的里程，并根据余弦定理Dn-12+Dn2-2×Dn-1×Dn×COSα=(Xn-1-Xn)2+(Yn-1-Yn)2+(Zn-1-Zn)2反算出第一个采集点的里程、横向偏差、高程偏差，其中α为距离连线Dn-1同距离连线Dn之间的夹角；如图4所示，若Dn+1＜Dn-1，则第一个采集点对应于特征点n与特征点n+1之间的三维轴线上，根据该三维轴线上特征点n的里程，并根据余弦定理Dn+12+Dn2-2×Dn+1×Dn×COSα=(Xn+1-Xn)2+(Yn+1-Yn)2+(Zn+1-Zn)2反算出第一个采集点的里程、横向偏差、高程偏差，其中α为距离连线Dn同距离连线Dn+1之间的夹角；需要说明的是，在求解出cosα的值后，进一步解算采集点的横向偏差和高程偏差属于本领域的常规计算方法，故在此不再赘述；如图1所示，图示的十字虚线中心即为隧道三维轴线计划通过点；图示中D为横向偏差，在十字虚线左侧偏差为负，在十字虚线右侧偏差为正；图示中H为高程偏差，在十字虚线上方偏差为负，在十字虚线下方偏差为正；（4）重复步骤（1）～（3），进行下一个采集点的里程、横向偏差、高程偏差的计算；获得的横向偏差和高程偏差即为盾构管片姿态。将上述的计算方法编制为计算程序，在计算盾构管片姿态时，首先读入隧道三维坐标，坐标格式为：里程、北坐标、东坐标、高程；其次输入采集点到隧道中心的垂距，最后读入采集点的坐标，格式为：北坐标、东坐标、高程。单击计算偏差，计算完毕后进行保存。本实施例的有益效果是，计算速度快，计算精度高，避免了以往利用CAD量出偏差的工作模式，使技术人员从繁琐的工作中解脱出来。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种盾构管片姿态的计算方法，其特征在于所述计算方法包括如下步骤：（1）隧道三维轴线上等间距布设有若干坐标已知的特征点1、2、3…n…；在所述隧道中利用检测尺测出若干采集点的坐标；（2）计算第一个采集点到所述三维轴线上特征点1的距离D1以及到特征点2的距离D2；（3）若D1＜D2，则特征点1为到所述第一个采集点距离最短的特征点；若D1＞D2，则计算所述第一个采集点到特征点3的距离D3，依次进行，直至Dn≤Dn‑1，则特征点n为到所述第一个采集点距离最短的特征点；（4）计算所述第一个采集点到特征点n+1的距离Dn+1；若Dn+1＞Dn‑1，则所述第一个采集点对应于特征点n与特征点n‑1之间的所述三维轴线上，根据所述三维轴线上特征点n的里程，并根据余弦定理（Dn‑12+Dn2‑2×Dn‑1×Dn×COSα=(Xn‑1‑Xn)2+(Yn‑1‑Yn)2+(Zn‑1‑Zn)2反算出所述第一个采集点的里程、横向偏差、高程偏差，其中α为所述第一个采集点与特征点n连线以及与特征点n+1连线之间的夹角；若Dn+1＜Dn‑1，则所述第一个采集点对应于特征点n与特征点n+1之间的所述三维轴线上，根据所述三维轴线上特征点n的里程，并根据余弦定理（Dn+12+Dn2‑2×Dn+1×Dn×COSα=(Xn+1‑Xn)2+(Yn+1‑Yn)2+(Zn+1‑Zn)2反算出所述第一个采集点的里程、横向偏差、高程偏差，其中α为所述第一个采集点与特征点n‑1连线以及与特征点n连线之间的夹角；（5）重复步骤（1）～（4），进行下一个采集点的里程、横向偏差、高程偏差的计算。...

【技术特征摘要】
1.一种盾构管片姿态的计算方法，其特征在于所述计算方法包括如下步骤：（1）隧道三维轴线上等间距布设有若干坐标已知的特征点1、2、3…n…；在所述隧道中利用检测尺测出若干采集点的坐标；（2）计算第一个采集点到所述三维轴线上特征点1的距离D1以及到特征点2的距离D2；（3）若D1＜D2，则特征点1为到所述第一个采集点距离最短的特征点；若D1＞D2，则计算所述第一个采集点到特征点3的距离D3，依次进行，直至Dn≤Dn+1，则特征点n为到所述第一个采集点距离最短的特征点；（4）计算所述第一个采集点到特征点n+1的距离Dn+1；若Dn+1＞Dn-1，则所述第一个采集点对应于特征点n与特征点n-1之间的所述三维轴线上，根据所述三维轴线上特征点n的里程，并根据余弦定理Dn-12+D...

【专利技术属性】
技术研发人员：商科军，程文锋，高冰，李林，吴文奇，何邦亮，夏云，
申请(专利权)人：中铁上海工程局集团有限公司，中铁上海工程局集团有限公司城市轨道交通工程分公司，
类型：发明
国别省市：上海;31