基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统及监测方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统及监测方法，包括：安装于车架头部的顶面的全站仪，与盾构的工控机控制连接；安装于全站仪后方的管片环上内环面的顶部的第一棱镜和第二棱镜，第一棱镜和第二棱镜分别位于两环管片环上且错开设置，在盾构掘进过程中，通过全站仪分别观测第一棱镜和第二棱镜以获取全站仪的当前位置坐标，全站仪在当前位置分别观测当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个管片环的检测点，以获取当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个检测点的实际坐标，随着盾构掘进并获取若干组实际坐标以计算获得检测点对应的管片环的沉降信息，无需人力逐环对管片环进行检测，节省了人力和时间，提高了监测效率。了监测效率。了监测效率。

【技术实现步骤摘要】
基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统及监测方法


[0001]本专利技术涉及盾构施工
，特指一种基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统及监测方法。

技术介绍

[0002]随着城市的开发和建设，盾构法施工已经成为了市政工程建设中常用的一种施工工法，施工期盾构机管片沉降监测作为盾构施工的关键技术之一，参见图1，常见管片沉降监测方法为人工精密水准测量，所需作业人员两人，水准仪11操作人员一人，水准尺12操作人员一人。作业时，两人沿固定水准路线将隧道内稳定区域的水准点高程引测至作业面附近的临时水准点13上，使水准仪11视线高程短暂接入工程高程系统，水准尺12操作人员将水准尺12逐环放置于管片底部前沿中心供水准仪11操作人员观测并记录视线高，观测结束后水准仪11操作员将观测记录整理并计算，与前次观测记录对比获得管片沉降量。但是该方法耗费人力与时间，监测效率低。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统及监测方法，以解决现有人工精密水准测量的方式耗费人力和时间，监测效率低的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统，所监测系统安装于盾构盾尾的车架上，所述监测系统包括：
[0005]安装于所述车架头部的顶面的全站仪，与所述盾构的工控机控制连接；以及
[0006]安装于所述全站仪后方的管片环上内环面的顶部的第一棱镜和第二棱镜，所述第一棱镜和所述第二棱镜分别位于两环管片环上且错开设置，在盾构掘进过程中，通过所述全站仪分别观测所述第一棱镜和第二棱镜以获取所述全站仪的当前位置坐标，所述全站仪在当前位置分别观测当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个管片环的检测点，以获取当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个所述检测点的实际坐标，随着盾构掘进并获取若干组实际坐标以计算获得所述检测点对应的管片环的沉降信息。
[0007]本专利技术在盾构盾尾的车架上安装全站仪，并在管片环上设置第一棱镜和第二棱镜以供全站仪观测，从而能够在盾构的掘进过程中获取全站仪的当前位置坐标，盾构停止掘进，以使全站仪停留在当前位置并分别观测待照准的若干个管片环的检测点，以获取若干个检测点的实际坐标，随着盾构掘进能够获取管片环上检测点在若干个时间点的实际坐标，进而计算获取检测点对应的管片环的沉降信息，在盾构的掘进过程中能够自动地获取管片环的沉降情况，无需人力逐环对管片环进行检测，大大地节省了人力和时间，提高了监测效率。
[0008]本专利技术基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的进一步改进在于，还包括安装于所述车架头部的顶面的自动安平基座，所述全站仪安装于所述自动安平基座之上。
[0009]本专利技术还提供了一种利用如上述的基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法，包括如下步骤：
[0010]在盾构的掘进过程中，所述全站仪分别观测所述第一棱镜和第二棱镜以获取所述全站仪的当前位置坐标，所述盾构停止向前掘进，所述全站仪在当前位置分别观测当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个管片环的检测点，以获取当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个所述检测点的实际坐标，所述盾构继续向前掘进，重复该步骤直至完成所有的管片环的拼装施工并获取若干组实际坐标，以计算获得所述检测点对应的管片环的沉降信息；
[0011]在所述全站仪观测不到所述第一棱镜和所述第二棱镜之前，所述盾构停止向前掘进，在所述全站仪观测范围内的管片环上安装新的第一棱镜和第二棱镜。
[0012]本专利技术基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法的进一步改进在于，在获取所述全站仪的当前位置坐标时，判断当前所述盾构位置相对于上一次所述全站仪观测时是否发生位置移动；
[0013]若所述盾构发生位置移动，所述全站仪观测所述第一棱镜以测得所述全站仪至所述第一棱镜的本次检测间距，并结合上一次盾构静止时所述全站仪的位置坐标和所述全站仪至所述第一棱镜的上一静止间距，以及本次检测时和上一次盾构静止时千斤顶的伸长量的差值，计算出所述全站仪的当前位置坐标；
[0014]若所述盾构未发生位置移动，所述全站仪分别观测所述第一棱镜和第二棱镜以测得所述全站仪的当前位置坐标。
[0015]本专利技术基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法的进一步改进在于，以盾构隧道的施工推进方向的设计轴线为x轴，以垂直于x轴并位于水平面内的线为y轴，以垂直于y轴并位于铅垂面内的线为z轴，建立盾构隧道的三维坐标系；
[0016]坐标A(X
A
，Y
A
，Z
A
)为所述第一棱镜的位置坐标，坐标B(X
B
，Y
B
，Z
B
)为所述第二棱镜的位置坐标，坐标C(X
C
，Y
C
，Z
C
)为上一次盾构静止时所述全站仪的位置坐标，坐标E(X
E
，Y
E
，Z
E
)为本次检测时所述全站仪的位置坐标，作AB、AC、BC、AE、CE连线，根据如下公式计算出所述全站仪的当前位置坐标E(X
E
，Y
E
，Z
E
)：
[0017]AC＝D1，AE＝D2，CE＝
△
L；
[0018]D
12
+
△
L2－D
22
＝2D1△
L*∠ACE；
[0019]α
AC
＝arctan[(Y
C
－Y
A
)/(X
C
－X
A
)]；
[0020]α
CE
＝α
AC
+∠ACE－180
°
；
[0021]X
E
＝X
C
+
△
X
CE
＝X
C
+
△
L*cos(α
CE
)；
[0022]Y
E
＝Y
C
+
△
Y
CE
＝Y
C
+
△
L*sin(α
CE
)；
[0023]其中，D1为上一次盾构静止时所述全站仪至所述第一棱镜的上一静止间距，D2为所述全站仪至所述第一棱镜的本次检测间距，
△
L为本次检测时和上一次盾构静止时千斤顶的伸长量的差值，α
AC
为AC的方位角，α
CE
为CE的方位角，
△
X
CE
为坐标C至坐标E在水平方向的水平位移量，
△
Y
CE
为坐标C至坐标E在垂直方向的垂直位移量。
[0024]本专利技术基于全站仪的盾本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统，其特征在于，所监测系统安装于盾构盾尾的车架上，所述监测系统包括：安装于所述车架头部的顶面的全站仪，与所述盾构的工控机控制连接；以及安装于所述全站仪后方的管片环上内环面的顶部的第一棱镜和第二棱镜，所述第一棱镜和所述第二棱镜分别位于两环管片环上且错开设置，在盾构掘进过程中，通过所述全站仪分别观测所述第一棱镜和第二棱镜以获取所述全站仪的当前位置坐标，所述全站仪在当前位置分别观测当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个管片环的检测点，以获取当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个所述检测点的实际坐标，随着盾构掘进并获取若干组实际坐标以计算获得所述检测点对应的管片环的沉降信息。2.如权利要求1所述的基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统，其特征在于，还包括安装于所述车架头部的顶面的自动安平基座，所述全站仪安装于所述自动安平基座之上。3.一种利用如权利要求1
‑
2中任一项所述的基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：在盾构的掘进过程中，所述全站仪分别观测所述第一棱镜和第二棱镜以获取所述全站仪的当前位置坐标，所述盾构停止向前掘进，所述全站仪在当前位置分别观测当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个管片环的检测点，以获取当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个所述检测点的实际坐标，所述盾构继续向前掘进，重复该步骤直至完成所有的管片环的拼装施工并获取若干组实际坐标，以计算获得所述检测点对应的管片环的沉降信息；在所述全站仪观测不到所述第一棱镜和所述第二棱镜之前，所述盾构停止向前掘进，在所述全站仪观测范围内的管片环上安装新的第一棱镜和第二棱镜。4.如权利要求3所述的基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法，其特征在于，在获取所述全站仪的当前位置坐标时，判断当前所述盾构位置相对于上一次所述全站仪观测时是否发生位置移动；若所述盾构发生位置移动，所述全站仪观测所述第一棱镜以测得所述全站仪至所述第一棱镜的本次检测间距，并结合上一次盾构静止时所述全站仪的位置坐标和所述全站仪至所述第一棱镜的上一静止间距，以及本次检测时和上一次盾构静止时千斤顶的伸长量的差值，计算出所述全站仪的当前位置坐标；若所述盾构未发生位置移动，所述全站仪分别观测所述第一棱镜和第二棱镜以测得所述全站仪的当前位置坐标。5.如权利要求4所述的基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法，其特征在于，以盾构隧道的施工推进方向的设计轴线为x轴，以垂直于x轴并位于水平面内的线为y轴，以垂直于y轴并位于铅垂面内的线为z轴，建立盾构隧道的三维坐标系；坐标A(X
A
，Y
A
，Z
A
)为所述第一棱镜的位置坐标，坐标B(X
B
，Y
B
，Z
B
)为所述第二棱镜的位置坐标，坐标C(X
C
，Y
C
，Z
C
)为上一次盾构静止时所述全站仪的位置坐标，坐标E(X
E
，Y
E
，Z
E
)为本次检测时所述全站仪的位置坐标，作AB、AC、BC、AE、CE连线，根据如下公式计算出所述全站仪的当前位置坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，李程，麻逸山，费寅，陈刚，王延年，李章林，何国军，宋兴宝，范杰，陈培新，寇晓勇，
申请(专利权)人：上海隧道盾构工程有限公司，
类型：发明
国别省市：