一种矩形顶管自动化测量装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及建设工程技术领域，具体来说是一种矩形顶管自动化测量装置及其方法，方法包括如下步骤：A安装在顶管机上的若干个棱镜，若干个棱镜设置在顶管机的前壳体和后壳体上，且至少两个棱镜位于顶管机同一竖向截面上；B采用全站仪分别对若干个棱镜进行测量；C获取位于顶管机同一竖向截面上至少两个棱镜的实测位置数据，获取另外第三个棱镜的实测位置数据，根据所述竖向截面形心O与所述棱镜的设定空间位置关系计算出O点的实测位置数据，再根据O点与机头的设定空间位置关系计算出机头的实测位置数据，与同里程的设计坐标对比分析左右偏差；保证了顶管精准的控制，为顶管的顺利接收提供了较好的条件。

【技术实现步骤摘要】
一种矩形顶管自动化测量装置及其方法
本专利技术涉及建设工程
，具体来说是一种矩形顶管自动化测量装置及其方法。
技术介绍
随着顶管技术的发展，考虑到矩形顶管施工占地面积小、噪音低、无扬尘，施工过程中不开挖路面、不封闭交通、不改迁管线对周围构筑物的扰动小，能有效的控制地面和管线沉降，在同等截面下矩形隧道比圆形隧道能更有效的利用地下空间等特点，矩形顶管在城市隧道中应用越发的广泛，在地铁的出入口、过街地下通道、地下综合管廊以及穿越铁路河流的涵管施工中都有应用。在矩形顶管施工中，监测纠偏是保证贯通质量的关键，轴线控制是矩形顶管顶进的一大难题。在每节管节顶进结束后，必须进行机头的姿态测量，并做到随偏随纠，且纠偏量不宜过大，以避免土体出现较大的扰动及管节间出现张角。现有的顶管姿态的常规测量方法通过采用激光经纬仪配合顶管机自带的倾角仪推算顶管的姿态；这种方法操作简单，直观易懂，实时反馈测量结果，对操作人员技能要求不高。缺点是无法测量顶进里程和绝对坐标值，测量精度低，倾角仪由于长期处在震动、潮湿的环境而失灵。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术的不足，提供一种能对矩形顶管掘进姿态和位置进行自动测量的装置及方法。为了实现上述目的，设计一种矩形顶管自动化测量方法，其特征在于：方法包括如下步骤A安装在顶管机上的若干个棱镜，若干个棱镜设置在顶管机的前壳体和后壳体上，且至少两个棱镜位于顶管机同一竖向截面上；B采用全站仪分别对若干个棱镜进行测量；C获取位于顶管机同一竖向截面上至少两个棱镜的实测位置数据，获取另外第三个棱镜的实测位置数据，根据所述竖向截面形心O与所述棱镜的设定空间位置关系计算出O点的实测位置数据，再根据O点与机头的设定空间位置关系计算出机头的实测位置数据，与同里程的设计坐标对比分析左右偏差；D获取前壳体和后壳体上棱镜的实测位置数据，计算出掘进机的前壳体的三姿态倾斜角、俯仰角和滚转角，计算出后壳体的两姿态倾斜角和俯仰角，用来判断掘进机的掘进趋势。所述顶管机上设有五个棱镜，第一、第二和第三棱镜位于前壳体，第一和第二棱镜位于顶管机同一竖向截面上，第四和第五棱镜位于后壳体且同高程。所述的顶管机前壳体的姿态偏差的计算方法具体如下：根据第一、第二和第三棱镜实测位置数据可以计算出竖向截面的法向量n，然后根据起始点和终点位置数据形成新的向量m，根据空间两个向量夹角分别在竖直截面和水平面上的投影，可获得俯仰角和旋转角，根据第一棱镜实测位置数据与形心O的位置数据构成的向量将其投影到竖向截面内得到三个不同时间段的二维向量i，计算出滚转角。所述的顶管机后壳体的姿态偏差的计算方法具体如下：根据第四和第五棱镜实测位置数据在平面位置上的坐标差可以计算出旋转角，根据第四和第五棱镜的高程在横向距离上的变化可以计算出俯仰角。一种用于矩形顶管自动化测量方法的装置，包括顶管机的前壳体、后壳体、棱镜开关控制箱、固定测墩、电脑端和无线通讯装置，其特征在于：所述前壳体上截面内布置全站仪可通视的第一棱镜和第二棱镜，前壳体上还设有安装第三棱镜，后壳体上安装第四棱镜和第五棱镜，电脑端经过无线通讯设备传输给自动全站仪信号，控制全站仪实现对棱镜的依次测量。本专利技术同现有技术相比，其优点在于：采用五位一体测量方法，通过五个棱镜不同位置布置，利用无限电台通讯，实现电脑端自动控制全站仪对五个棱镜的测量，从而得到掘进机的三个姿态和位置信息，以提高矩形顶管设备姿态和机头位置测量的精度，保证了顶管精准的控制，为顶管的顺利接收提供了较好的条件。附图说明图1是本专利技术矩形顶管自动化测装置的基本布置图；图2是本专利技术棱镜的布置图；图中：1.顶管机的前壳体前端第一和第二棱镜所在的截面位置2.顶管机的前壳体后端第三棱镜的位置3.顶管机的后壳体前端的第四棱镜的位置4.顶管机的后壳体后端的第五棱镜的位置5.开关棱镜的控制盒6.观测墩7.自动全站仪8.数据显示客户端9.无线传输电台10.第一棱镜11.第二棱镜12.第三棱镜13.第四棱镜。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。参见图1和图2，具体步骤如下：1、在工作井处设置一个固定观测墩用于放置全站仪，观测墩与顶管机掘进动力结构保持分离；2、安装在顶管机上五个棱镜，五个棱镜同用一个控制开关盒(内置无线电台)，电脑端软件操作全站仪分别对五个棱镜进行测量；3、利用设计的软件程序计算出掘进机机头的位置数据，来判断靶点的位置是向左偏还是向右偏；4、同时计算出掘进机的前壳体的三姿态倾斜角、俯仰角和滚转角，计算出后壳体的两姿态倾斜角和俯仰角，用来判断掘进机的掘进趋势；5、最后将数据呈现给顶管机操作人员以及远程传输给管理人员，以便及时准确的掌握现场的状态。棱镜的布置要求：五个棱镜分别位于前壳体的前端为第一和第二棱镜，前壳体的后端为第三棱镜，后壳体的前端为第四棱镜，后壳体的后端为第五棱镜，要求第一和第二棱镜共平面，第四和第五棱镜共高程。软件的算法原理：根据五个棱镜的坐标，最终需要得到6个参数，分别为机头的位置坐标、前壳体的偏转角、滚动角和俯仰角、后壳体的偏转角和俯仰角。根据顶管机的刚性结构相对位置关系固定距离，初始参数录入同状态下截面中心O点坐标(x0，y0，z0),第一棱镜的坐标(x1，y1，z1)，第二棱镜的坐标(x2，y2，z2)，第三棱镜的坐标(x3，y3，z3)，依次计算出O1,O2,O3距离d1、d2和d3，以及O点到第一、第二和第三棱镜平面的方向和距离，作为初始化参数；掘进过程中某一状态五个棱镜的读数如下：第一棱镜的坐标(x11，y11，z11)，第二棱镜的坐标(x22，y22，z22)，第三棱镜的坐标(x33，y33，z33)，第四棱镜的坐标(x44，y44，z44)，第五棱镜的坐标(x55，y55，z55)；由当前状态下的第一、第二和第三棱镜坐标以及相对位置关系d1、d2、d3可以得到O点坐标，由当前状态下的第一、第二和第三棱镜以及O点坐标可以得到第一和第二棱镜所在截面的法向量法向量与设计轴线起始和终点坐标形成的设计轴线向量向量与向量的夹角在竖向和水平面上的投影即可得到前壳体的俯仰角α和偏转角β，取本次和上次测量第一棱镜和O点的y轴与z轴坐标形成两个向量与两个向量的夹角在竖向投影即可得到前壳体的滚动角γ，由当前状态下的第四和第五棱镜的坐标可以计算出后壳体的俯仰角和偏转角。第四棱镜点的前后Z轴方向变化：△z4＝z44-z4，第五棱镜点的前后Z轴方向变化：△z5＝z55-z5；倾斜后，第四和第五棱镜点x轴上距离为△l2＝|x44，-x55|，后壳体的倾斜角ζ＝arctng((△z5-△z4)/△l1)，如果△z5-△z4>0,后壳体前倾，如果△z5-△z4<0,后壳体上仰。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矩形顶管自动化测量方法，其特征在于：方法包括如下步骤/nA安装在顶管机上的若干个棱镜，若干个棱镜设置在顶管机的前壳体和后壳体上，且至少两个棱镜位于顶管机同一竖向截面上；/nB采用全站仪分别对若干个棱镜进行测量；/nC获取位于顶管机同一竖向截面上至少两个棱镜的实测位置数据，获取另外第三个棱镜的实测位置数据，根据所述竖向截面形心O与所述棱镜的设定空间位置关系计算出O点的实测位置数据，再根据O点与机头的设定空间位置关系计算出机头的实测位置数据，与同里程的设计坐标对比分析左右偏差；/nD获取前壳体和后壳体上棱镜的实测位置数据，计算出掘进机的前壳体的三姿态倾斜角、俯仰角和滚转角，计算出后壳体的两姿态倾斜角和俯仰角，用来判断掘进机的掘进趋势。/n

【技术特征摘要】
1.一种矩形顶管自动化测量方法，其特征在于：方法包括如下步骤
A安装在顶管机上的若干个棱镜，若干个棱镜设置在顶管机的前壳体和后壳体上，且至少两个棱镜位于顶管机同一竖向截面上；
B采用全站仪分别对若干个棱镜进行测量；
C获取位于顶管机同一竖向截面上至少两个棱镜的实测位置数据，获取另外第三个棱镜的实测位置数据，根据所述竖向截面形心O与所述棱镜的设定空间位置关系计算出O点的实测位置数据，再根据O点与机头的设定空间位置关系计算出机头的实测位置数据，与同里程的设计坐标对比分析左右偏差；
D获取前壳体和后壳体上棱镜的实测位置数据，计算出掘进机的前壳体的三姿态倾斜角、俯仰角和滚转角，计算出后壳体的两姿态倾斜角和俯仰角，用来判断掘进机的掘进趋势。


2.如权利要求1所述的一种矩形顶管自动化测量方法，其特征在于：所述顶管机上设有五个棱镜，第一、第二和第三棱镜位于前壳体，第一和第二棱镜位于顶管机同一竖向截面上，第四和第五棱镜位于后壳体且同高程。


3.如权利要求1所述的一种矩形顶管自动化测量方法，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：元鑫，李增红，沈军礼，邓永驰，刘克亮，孙焕斌，陈哲红，
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市政工程有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31