盾構姿態實時自動糾偏方法和它的裝置的製作方法

2023-07-15 02:06:11

專利名稱：盾構姿態實時自動糾偏方法和它的裝置的製作方法
技術領域：
屬盾構掘進技術領域，確切地說是一種對盾構機操作姿態的自動糾偏技術。
背景技術：
盾構姿態實時自動糾偏方法是指在不需人工幹預的情況下，自動完成盾構的實時姿態的測量、數據採集，進行與隧道設計軸線的實際偏差的比較，通過預先設定的糾偏程式，使盾構推進千斤頂在推進過程中自動產生與盾構姿態偏離方向相反的力矩，來實現盾構姿態的自動糾偏。
要實現自動糾偏，首先必須以盾構姿態自動精密測量技術為基礎。對於盾構機姿態自動測量及其引導這一系列技術產品設備來說，國內主要是依靠引進。國外也只有為數不多的幾種產品。如英國ZED公司生產的ZED 261盾構姿態測試儀，德國VMT公司的SLS-T隧道引導系統，日本TOKIMEC的TMG-32B方向檢測裝置等，而其應用的效果各有不同、相差很大。英國和德國的隧道引導系統在原理上都是採用雷射指向的方式，精度高，但系統構成複雜；日本則採用陀螺儀、水準管水平計、傾斜計、偏轉計和推進千斤頂行程儀等組成的方向檢測系統，系統構成簡單，但精度低，累計誤差大，對於盾構推進過程中發生的水平滑動無法檢測，需要人工測量進行校對。
對於盾構機的方向控制，即自動糾偏，還基本處於理論研究階段，日本的菊地正俊等人曾做過一次試驗，但因陀螺儀測量系統的缺陷、採用的自動搜索力矩平衡點方法大部分試驗時間不符合實際情況，所以通用性不強，自動和手動狀態切換頻繁，試驗結果並不令人滿意，沒有繼續推廣應用。

發明內容
本發明是提供一種構成簡單、精度高和通用性強的盾構姿態實時自動糾偏方法和它的裝置。
本發明所採取的技術方案利用包含全站儀中裝有能自動獲得盾構姿態參數的空間向量法計算程式的模塊，本發明要有一個工控機，內裝有一個有實時控制盾構姿態和回放歷史紀錄兩大功能模塊的盾構姿態自動糾偏軟體模塊，實現盾構姿態自動糾偏，具體採取如下的實施的步驟1)獲取盾構姿態實時數據；2)判斷數據有效性；3)確定盾構切口中心所處的編組位置，並顯示；4)選定編組模式軟體默認的編組模式；自定義的編組模式；5)在軟體默認的編組模式下，獲取相應的千斤頂的編組代碼信息，並傳遞給盾構PLC模塊；6)在自定義模式下(1)可以採用儲存在資料庫中的自定義編組模式；獲取相應的千斤頂的編組代碼信息，並傳遞給盾構PLC模塊；(2)也可以用戶編輯新的編組模式存入資料庫，然後獲取相應的千斤頂的編組代碼信息，並傳遞給盾構PLC模塊；7)由逆向數據傳遞，讀取當前編組的實施情況，並在軟體的圖形界面上同步反映出來；8)將編組實施情況錄存入資料庫，以供程序調用；9)以上第1-8步的重複循環，實現盾構姿態的連續自動糾偏。並有盾構姿態實時自動糾偏裝置提供實施，這個裝置包含有全站儀，工控計算機、盾構推進系統的控制模塊、液壓系統的壓力控制閥、方向換向閥和千斤頂組，用於本發明的盾構機內還安裝有用於自動測定空間位置的三個目標物-三個金屬反射片；並有分別與全站儀和工控計算機相連的信號控制箱通過兩個電臺由無線傳送工控計算機處理，PLC接口模塊分別與工控計算機和盾構控制模塊相連接，控制模塊與千斤頂控制模式裝置相關聯；盾構機上分布著由千斤頂控制模式裝置控制其動作的千斤頂組。
其中千斤頂控制模式裝置，可以是千斤頂壓力分區控制模式；這個模式是用於推進盾構上與壓力控制閥相連接的千斤頂組。
千斤頂控制模式裝置，還可以是千斤頂編組控制模式；這個模式是用於推進盾構上與編組信號相關聯的與方向控制閥相連接的千斤頂組。
實施本發明後的積極效果是避免了人工糾偏的軸線波動大的缺點，提高了盾構隧道的施工質量，縮短了施工周期，減少了盾構操作人員的數量，降低了施工強度，有利於現場施工管理。


圖1、千斤頂壓力分區控制模式的盾構姿態實時自動糾偏系統示意2、千斤頂動作編組控制模式的盾構姿態實時自動糾偏系統示意3、千斤頂壓力分區控制示意4、千斤頂動作編組控制示意5、盾構姿態自動糾偏流程6、盾構姿態自動回放歷史紀錄流程圖
具體實施例方式現結合附圖對本發明作進一步說明具有遙控全自動功能的測量機器人Leica TCA 1800(即全站儀2)安裝在已建隧道內，自動測定預先安裝在盾構機8內的三個目標——金屬反射片5、金屬反射片6和金屬反射片7的空間位置，根據剛體空間解算理論和向量解算法，由全站儀2預編的程序計算出盾構的姿態參數，並經全站儀信號控制箱1和電臺13無線傳送給工控計算機12，全站儀2測定盾構姿態參數的循環周期可以根據需要設定，其中金屬反射片5、金屬反射片6和金屬反射片7可以安裝在盾構後部的任意位置，以調整到全站儀2測量方便、且調整到不被盾構後部設備擋住視線為最佳，其反射鏡面必須面向全站儀2。應該說明的是，上述這部分內容作為一個獨立的發明專利，已與2004年5月申請並被受理，專利名稱是「盾構三維姿態精密監測系統」，申請號是200410024705.3。
安裝在工控計算機12內的盾構姿態自動糾偏軟體在運行狀態下，會自動接收通過無線傳來的盾構姿態參數數據，根據選定的糾偏模式，將計算結果和控制指令通過PLC接口模塊4，傳遞給盾構推進系統的控制模塊3，執行盾構姿態糾偏控制指令。
在千斤頂壓力分區控制模式下，如圖示，盾構推進千斤頂9被分成若干區域，每個區域的壓力由該區域對應的安裝在盾構機8內的一個盾構推進液壓系統的壓力控制閥11控制，該區域的工作壓力通過安裝在盾構機8內的壓力傳感器10及時反饋並紀錄到盾構姿態自動糾偏軟體，各區域壓力控制閥11的控制壓力是根據盾構姿態自動糾偏軟體的運算結果和控制指令隨時自動調整的。
在千斤頂動作編組控制模式下，如圖示，根據盾構的實際位置和計劃路線該點位置的相對關係，以計劃路線該點的位置為中心點，設定一些環形格柵區域，盾構姿態自動糾偏軟體將自動計算出盾構實際位置處於某一環形格柵區域，通過PLC接口模塊4和盾構控制模塊3，發出相應的千斤頂動作編組指令，每個盾構推進千斤頂9對應的推進液壓系統方向控制閥14，將根據該編組指令動作。在盾構姿態自動糾偏軟體中，千斤頂動作編組指令可以預設，也可以根據盾構穿越的不同地質進行自定義設定並保存。
盾構姿態自動糾偏軟體具有實時控制盾構姿態和回放歷史紀錄兩大功能模塊，如圖示。盾構姿態自動糾偏軟體在實現實時控制盾構姿態功能時的控制步驟如下1、獲取全站儀測得的盾構姿態實時數據，該數據以數據文件的形式通過數據線或電臺無線傳送；2、打開數據文件，讀取文件的最後一條紀錄，對該數據紀錄進行有效性判斷，判斷正確後將該條數據信息存入資料庫中；3、根據紀錄的盾構姿態信息計算盾構切口中心所處的編組位置，同時在軟體的圖形化界面上顯示盾構目前所處的編組位置；4、根據施工的情況，在軟體操作界面上切換是採用軟體默認的編組模式，還是採用用戶根據需要自定義的編組模式；5、如果採用軟體默認的編組模式，程序將直接開始運行以下第7步；6、如果採用自定義模式，軟體將提示操作用戶是否採用儲存在資料庫中的自定義編組模式，如果用戶選擇了其中某一個自定義編組模式，則程序將開始運行以下第7步；如果用戶認為已有的自定義編組都不合適，則軟體提供了用戶編輯新的編組模式的操作界面，用戶可將當前自定義的編組模式作為當前千斤頂的控制模式，並以自定的名稱存入資料庫，然後程序將開始運行以下第7步；7、程序自動從當前確定使用的編組模式獲取相應的千斤頂的編組代碼信息，並將該信息通過通訊控制項傳遞給盾構PLC模塊；8、通過通訊模塊的逆向數據傳遞，讀取當前編組的實施情況，並在軟體的圖形界面上同步反映出來；9、將當前的編組實施情況作為一條歷史紀錄存入資料庫，以供回放程序調用；
10、以上第1-9步的重複循環工作，可實現盾構姿態的連續自動糾偏。
盾構姿態自動糾偏軟體在實現回放歷史紀錄功能時，其步驟比較單一，只是根據用戶需要，調用某一時段或已建隧道某一區域的已存儲在資料庫中的數據，通過軟體的回放圖形界面，直觀地顯示出來，以供研究和參考。
權利要求
1.盾構姿態實時自動糾偏方法，包含全站儀(2)中裝有能自動獲得盾構姿態參數的空間向量法計算程式的模塊，其特徵是還有一個工控機(12)，內裝有一個有實時控制盾構姿態和回放歷史紀錄兩大功能模塊的盾構姿態自動糾偏軟體模塊，實現盾構姿態自動糾偏，具體實施的步驟如下1)獲取盾構姿態實時數據；2)判斷數據有效性；3)確定盾構切口中心所處的編組位置，並顯示；4)選定編組模式軟體默認的編組模式；自定義的編組模式；5)在軟體默認的編組模式下，獲取相應的千斤頂的編組代碼信息，並傳遞給盾構PLC模塊；6)在自定義模式下(1)可以採用儲存在資料庫中的自定義編組模式；獲取相應的千斤頂的編組代碼信息，並傳遞給盾構PLC模塊；(2)也可以用戶編輯新的編組模式存入資料庫，然後獲取相應的千斤頂的編組代碼信息，並傳遞給盾構PLC模塊；7)由逆向數據傳遞，讀取當前編組的實施情況，並在軟體的圖形界面上同步反映出來；8)將編組實施情況錄存入資料庫，以供程序調用；9)以上第1-8步的重複循環，實現盾構姿態的連續自動糾偏。
2.盾構姿態實時自動糾偏裝置，包含全站儀(2)，工控計算機(12)、盾構推進系統的控制模塊(3)、液壓系統的壓力控制閥(11)、方向換向閥(14)和推進千斤頂組(9)，其特徵是盾構機(8)內還安裝有用於自動測定空間位置的三個目標物-三個金屬反射片(5)、(6)、(7)；並有分別與全站儀(2)和工控計算機(12)相連的信號控制箱(1)通過兩個電臺(13)由無線傳送工控計算機(12)處理，PLC接口模塊(4)分別與工控計算機(12)和盾構控制模塊(3)相連接，控制模塊(3)與千斤頂控制模式裝置相關聯；盾構機(8)上分布著按千斤頂控制模式裝置分配的千斤頂組(9)。
3.根據權利要求2所述的盾構姿態實時自動糾偏裝置，其特徵是所述的千斤頂控制模式裝置，可以是千斤頂壓力分區控制模式；這個模式是用於推進盾構上與壓力控制閥(11)相連接的千斤頂組(9)。
4.根據權利要求2所述的盾構姿態實時自動糾偏裝置，其特徵是所述的千斤頂控制模式裝置，還可以是千斤頂編組控制模式；這個模式是用於推進盾構上與編組信號相關聯的與方向控制閥(14)相連接的千斤頂組(9)。
全文摘要
盾構姿態實時自動糾偏方法和它的裝置，屬盾構掘進技術領域。其特點是盾構姿態參數通過安裝在隧道的全站儀自動測定安裝在盾構內三個目標的空間位置後，利用建立在空間向量理論基礎上的程序自動計算獲得。針對不同的盾構規格有兩種盾構自動糾偏模式壓力分區控制模式和千斤頂編組控制模式，採用一套專門開發的盾構姿態自動糾偏軟體控制來控制盾構的姿態。實施本發明後，避免了人工糾偏的軸線波動大的缺點，提高了盾構隧道的施工質量，縮短了施工周期，減少了操作人員的數量，降低了施工強度，有利於現場施工管理，是一項相當實用的發明。
文檔編號E21D9/06GK1800583SQ20051011112
公開日2006年7月12日 申請日期2005年12月5日 優先權日2005年12月5日
發明者周松, 彭少傑, 嶽秀平, 沈君華, 王肖雲 申請人:上海市第二市政工程有限公司