[发明专利]一种矩形顶管自动化测量装置及其方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。