[发明专利]盾构机自动纠偏方法

说明书

技术领域

本发明属于隧道掘进技术，尤其涉及一种盾构机自动纠偏方法。

背景技术

盾构机，全称为“盾构隧道掘进机”，是一种用于隧道掘进的工程机械。盾构机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多种技术。盾构机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。

采用盾构机进行隧道施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧道较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工较为经济合理。

在地下作业的过程中，盾构机的运动轨迹将基本形成地下隧道的实际轴线，要求实际轴线尽量接近或吻合隧道设计轴线(DTA)，以保证隧道工程的质量。因此，盾构机的姿态准确与否将直接影响到这个隧道工程的质量以及隧道的最后贯通，必须严格按照隧道设计轴线准确控制盾构机的实时姿态。如果盾构机的姿态与隧道设计轴线出现偏差，则需要及时对盾构机的姿态进行纠偏。

目前实际施工用的盾构机都是由操作人员根据测量结果，采用手工方式进行纠偏操作。为了提高施工效率和实现恶劣环境下无人值守施工操作，需要一种盾构机自动纠偏方法。

发明内容

本发明的目的在于提高施工效率和实现恶劣环境下无人值守施工操作，提供一种盾构机自动纠偏方法。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明公开了一种盾构机自动纠偏方法，包括以下步骤：

A、激光全站仪测量盾构机前节部分、铰接部分和后节部分的实时位置和姿态参数；

B、计算前节部分、铰接部分和后节部分相对于隧道设计轴线的垂直面偏差和水平面偏差；计算盾构机整体在垂直面和水平面内的相对偏差和相对偏差变化量；

C、计算前节部分、后节部分和盾构机整体的相对垂直偏角和水平偏角，并检测与相应的设计值之间的偏差，当所述偏差大于预定阈值时，进入步骤D；当所述偏差小于预定阈值时，返回步骤A；

D、控制器通过压力传感器采集区压千斤顶的主推力和盾构机的主推油缸压力，依据区压千斤顶的主推力或者盾构机的主推油缸压力确定纠偏方式；

E、控制器依据纠偏方式确定执行纠偏的千斤顶的位置，并依据步骤B中计算得到的数据控制执行纠偏的千斤顶的伸缩量，调整前节部分与后节部分的偏转姿态。

所述步骤A中，激光全站仪将激光发射到隧道中的后视激光标靶以及盾构机内部的两个目标激光标靶，测量目标激光标靶相对于基准点的距离和方位角，并根据盾构机角度传感器和铰接行程传感器的测量数据，计算盾构机的前节部分、铰接部分和后节部分的实时位置和姿态。

所述步骤D中，所述纠偏方式包括顶进区压控制纠偏方式、铰接控制纠偏方式和区压铰接组合纠偏方式。

当区压千斤顶的主推力大于土质阻力并且超过第一预设值时，采用所述顶进区压控制纠偏方式；

当区压千斤顶的主推力大于土质阻力并且未超过第一预设值时，采用所述铰接控制纠偏方式。

当盾构机的主推油缸压力大于第二预设值时，采用所述铰接控制纠偏方式；

当盾构机的主推油缸压力小于或者等于第二预设值时，在隧道曲线段采用所述区压铰接组合纠偏方式，在隧道直线段采用所述顶进区压控制纠偏方式。

在顶进区压控制纠偏方式下，纠偏操作行程对应于输出顶进区压力值的大小；在铰接控制纠偏方式下，纠偏操作行程对应于纠偏油缸压力值的大小。

所述步骤E中，为步骤B计算得到的数据设置6个纠偏阈值，根据步骤B计算结果所处的数值范围，执行相应的纠偏控制逻辑算法。

采用本发明的技术方案，能够提高施工效率和实现恶劣环境下无人值守施工操作，可实时检测盾构机的前节部分和后节部分的位置和姿态，通过控制区压千斤顶和/或铰接千斤顶的伸缩量，可调整前节部分与后节部分的偏转姿态，以使盾构机的顶进路线接近或吻合隧道设计轴线，从而实现盾构机顶进路线的准确施工控制。

附图说明

下面根据附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明具体实施方式提供的盾构机自动纠偏方法的流程示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。