【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道掘进施工测量，具体涉及一种kdg实时盾构间隙辅助测算方法及系统。
技术介绍
1、盾构在掘进时，开挖轮廓与盾壳外轮廓、尾盾内轮廓与管片外轮廓之间有一定的设计间隙。盾体本身为直线钢性结构，由于边刀磨损、曲线掘进、盾构姿态异常、姿态调整、管片间隙不同、管片选型不合理等原因，易造成上述两种间隙超出合理范围内，进而出现卡机、掘进困难、管片裂缝掉块等情况。通过对刀盘开挖轮廓(k)与盾壳外轮廓(d1)、尾盾内轮廓(d2)与管片外轮廓(g)之间的相对位置关系进行测算，有利于现场人员及时了解k-d-g三者位置信息，进而更好地保证掘进与管片拼装质量。
2、目前，盾构施工过程中主要是根据掘进姿态和人工量取的盾尾间隙数据，由现场技术人员对盾构间隙进行一个大致的判断，该方法不能实时提供任意位置处的间隙数据，并分析出最小间隙的位置。所以，在盾构机经过小半径曲线或急剧调向时，容易造成卡机或管片拼装后破损严重等的情况。
3、公开于该
技术介绍
部分的信息仅用于加深对本公开的
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
1、专利技术人通过研究发现：现有获取盾构间隙的方式多为常规测量方式，其测量方法步骤繁琐、对设备要求较高且无法获取精确的间隙信息，使得盾尾间隙的测量成本较高。通过对盾构的基础数据进行读取并根据具体的测算方法对盾构间隙进行获取可以有效地提高间隙的精准度并降低测算成本。
2、鉴于以上技术问题中的
3、根据本公开的一个方面，提供一种kdg实时盾构间隙辅助测算方法，应用于盾构开挖轮廓与盾壳之间的间隙测算和尾盾内轮廓与管片外轮廓之间的间隙测算，包括如下步骤：
4、(1)获取任意时刻盾构姿态的刀盘磨损量和边刀设计半径，所述边刀设计半径减去刀盘磨损量即为实际开挖轮廓线半径，读取施工坐标系下盾构轴线上刀盘中心点a(xa，ya，za)和盾尾中心点b(xb，yb，zb)的坐标；
5、(2)选取盾构轴线ab上任一距离处的一点c，c至a的距离为sca，则计算出c点的坐标为(xc,yc,zc)；
6、(3)将c点所在的施工坐标系坐标转换为盾构坐标系坐标；
7、(4)盾构开挖轮廓与盾壳间隙测算中，取开挖轴线上任意点p，计算点p的坐标(xp,yp,zp)，并将p点坐标转化为步骤(3)中盾构坐标系中的坐标；
8、尾盾内轮廓与管片外轮廓间隙测算中，步骤(3)中平面坐标系的任意点c断面内，分别量取以c点为圆心至少八个方向上的管片外径与盾尾内径之间的距离，根据此距离拟合管片圆心o的平面坐标；
9、(5)断面内任意方向θ处盾壳与开挖轮廓的间隙为直线tanθx-y＝0分别与点c为圆心的盾构外壁和点p为圆心的开挖轮廓线两个交点间的距离；
10、断面内任意方向θ处，尾盾内壁与管片外壁的间隙为直线tanθx-y＝0分别与点c为圆心的尾盾内壁和点o为圆心的拟合圆两个交点间的距离。
11、在本公开的一些实施例中，在所述步骤(2)中，c点坐标经由以下步骤计算：
12、1)由刀盘中心点(xa，ya，za)和盾尾中心点b(xb，yb，zb)反算出a至b之间的距离sab、a至b的方位角α0、a至b的坡度β0：
13、
14、
15、
16、2)由于c为盾构轴线ab上的任意点，已知sca、sab、α0、β0，计算出(xc,yc,zc)：
17、xc＝xa+s×cosα0×cosβ0
18、yc＝ya+s×sinα0×cosβ0
19、zc＝za+s×sinβ0。
20、在本公开的一些实施例中，在所述步骤(4)中，p点坐标的计算步骤为：
21、1)基于最小值函数min判断开挖轴线上各点距离c点最短的点pi(xpi，ypi，zpi)；
22、2)根据small函数判断出距离c点第二短的点
23、3)根据pi(xpi，ypi，zpi)和由c、pi、pi+1三点坐标值，可以通过坐标正、反算及三角函数计算得出p点坐标p(xp,yp,zp)。
24、在本公开的一些实施例中，在所述步骤(4)中，具体的计算步骤为：
25、1)任意点c断面内，分别在角度α等于0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°的八个方向上量取管片外径与盾尾内径之间的距离di；
26、2)由盾尾内壁半径rw和di，可得出c在八个方向上至管片外径的距离di＝rw-di；
27、3)由坐标正算公式可以得出c在八个方向上与管片外径交点的坐标：
28、xi＝xc+di×cosα
29、yi＝yc+di×sinα
30、4)根据八个坐标拟合管片圆心o的平面坐标。
31、在本公开的一些实施例中，在所述步骤(5)中，任意方向上开挖轮廓与盾壳间隙及尾盾内轮廓与管片外轮廓间隙的具体计算步骤为：
32、1)根据如下公式计算直线与盾构外壁交点坐标：
33、
34、2)根据如下公式计算直线与开挖壁交点的坐标：
35、
36、3)根据两交点坐标反算距离即为该点处盾构外壁与开挖轮廓的间隙为：((xb-xa)^2+(yb-yxa)^2+(zb-za)^2)，同理计算出盾构任意位置时盾构外壁与开挖轮廓之间的间隙。
37、根据本公开的另一个方面，提供一种盾构开挖轮廓间隙测算系统，数据读取单元，用于读取上述kdg实时盾构间隙辅助测算方法中所需的数据；
38、计算单元，用于上述kdg实时盾构间隙辅助测算方法中出现的公式计算；
39、控制单元，用于控制所述数据读取单元进行数据读取并控制所述计算单元根据所述数据读取单元所读取的数据进行相应的计算；
40、储存单元，用于储存盾构间隙相关的数据。
41、本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下任一技术效果或优点：
42、本申请通过获取盾构轴线上刀盘中心点a和盾尾中心点b的位置参数，并取盾构轴线ab上的任意点c，量取c点至a点的距离为sca，并计算点c的坐标再取开挖轴线上任意点p，计算点p的坐标；最后以刀盘中心a点为原点建立三维坐标系，断面内任意方向θ处盾壳与开挖轮廓的间隙为直线tanθx-y＝0分别与盾构外壁和开挖轮廓线两个交点间的距离。这种方法通过对盾构的基础数据进行读取及测算方法对盾构间隙进行获取可以有效地提高间隙的精准度并降低测算成本(现有盾构间隙的获取方法是多采用仪器进行测本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种KDG实时盾构间隙辅助测算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的KDG实时盾构间隙辅助测算方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，C点坐标经由以下步骤计算：
3.根据权利要求2所述的KDG实时盾构间隙辅助测算方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，P点坐标的计算步骤为：
4.根据权利要求1所述的KDG实时盾构间隙辅助测算方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，具体的计算步骤为：
5.根据权利要求1所述的KDG实时盾构间隙辅助测算方法，其特征在于，在所述步骤(5)中，任意方向上开挖轮廓与盾壳间隙及尾盾内轮廓与管片外轮廓间隙的具体计算步骤为：
6.一种KDG实时盾构间隙辅助测算系统，其特征在于，包括：
【技术特征摘要】
1.一种kdg实时盾构间隙辅助测算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的kdg实时盾构间隙辅助测算方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，c点坐标经由以下步骤计算：
3.根据权利要求2所述的kdg实时盾构间隙辅助测算方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，p点坐标的计算步骤为：
4.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈慧超，王建林，陈文明，秦小鹏，刘创，许斌斌，任宗清，
申请(专利权)人：中铁隧道局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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