[发明专利]一种用于隧道施工的盾构机姿态复核方法

摘要

本发明公开了一种用于隧道施工的盾构机姿态复核方法，涉及隧道施工技术领域，基于空间三角形的稳定性，借助制图软件AutoCAD；首先，将盾构机盾尾环切面和盾构机纵轴切面绘制到AutoCAD中，并制作成块；其次，将现场测绘的对应于盾构机盾尾环切面的特征点坐标绘制到AutoCAD中；再次，通过三维对齐的方式将盾构机所在坐标系切换到隧道曲线所在的城市三维坐标系中；最后，通过对比盾构机轴线和隧道轴线的偏差得出盾构机复核后的姿态。本发明提供了一种能够快速进行盾构机姿态复核的方法，对导向系统进行校核，为调试导向系统提供基础参数包括盾构始发导向参数，便于随时随地掌控盾构机的姿态且大大节约了成本。

主权项

1.一种用于隧道施工的盾构机姿态复核方法，其特征在于：基于空间三角形的稳定性，借助制图软件AutoCAD；首先，将盾构机盾尾环切面和盾构机纵轴切面绘制到AutoCAD中，并制作成块；其次，将现场测绘的对应于盾构机盾尾环切面的特征点坐标绘制到AutoCAD中；再次，通过三维对齐的方式将盾构机所在坐标系切换到隧道曲线所在的城市三维坐标系中；最后，通过对比盾构机轴线和隧道轴线的偏差得出盾构机复核后的姿态；具体包括如下步骤，步骤1：以盾构机盾头中心点为坐标原点，盾构机环切面方向为X轴，盾构机轴线方向为Y轴，盾构机竖直方向为Z轴，构建盾构机参考坐标系，盾构机长L，高h，盾构机盾头中心坐标(0，0，0)，盾头顶部坐标(0，0，h/2),盾尾中心坐标(0，‑L，0)，盾尾顶部坐标(0，‑L，h/2)，四点构成盾构机纵轴平面；实际运用中，盾头顶部和盾尾顶部在Z轴上的坐标值可以取任意正值，不限定于h/2；步骤2：将步骤1中的构成盾构机纵轴平面的四点绘制到AutoCAD中，并连接成面；步骤3：选取三个盾构机盾尾环切面特征点，构成盾构机盾尾环切面；步骤4：将步骤3中的构成盾构机盾尾环切面的三点绘制到AutoCAD中，并连接成面；步骤5：将步骤2与步骤4绘制的图形制作成块；步骤6：现场测量当前里程的隧道对应于步骤3中的三个特征点的测量值；步骤7：将步骤6中的三个特征点测量值绘制到AutoCAD中，并连接成面；步骤8：将步骤5中制作成块的图形通过三维对齐转换到步骤7中的城市三维坐标系中，盾构机盾尾环切面上三个特征点构成的三角形与现场测量所得的三个对应特征点的测量值构成的三角形形状近似，选取两个近似三角形中的任意两个角进行对齐，同时将隧道轴线绘入；步骤9：盾头中心点记为点O，盾尾中心点记为点O1、盾尾顶点记为点O2，盾头顶点记为点O3，获取转换后点O、点O1、点O2、点O3的坐标；步骤10：点O到隧道轴线做垂线，获取第一垂点M，点M到点O的水平距离R即为盾头的水平姿态，面向掘进方向，点O在隧道轴线左侧R值为负，相反为正，在城市三维坐标系Z轴方向上的差值S即为盾头的垂直姿态，点O的高程比点M的高程高则S值为正，相反为负；将点0的坐标转换成施工坐标里程和偏距的格式(KO，JO，ZO)待用，KO为盾头里程；步骤11：点O1到隧道轴线做垂线，获取第二垂点N，点N点到点O1的水平距离R'即为盾尾的水平姿态，面向掘进方向，点O1在隧道轴线左侧R'值为负，相反为正，在城市三维坐标系Z轴方向上的差值S'即为盾尾的垂直姿态，点O1的高程比点N的高程高则S'值为正，相反为负；将点01的坐标转换成施工坐标里程和偏距的格式(KO1，JO1，ZO1)待用，KO1为盾尾里程；步骤12：盾头中心点O和盾尾中心点O1在城市三维坐标系Z轴方向上的差值，除以盾构机长L，即可得出盾构机俯仰角；步骤13：将点O2的坐标转换成施工坐标里程和偏距的格式(KO2，JO2，ZO2)，然后通过公式(JO2‑JO1)*1000/(ZO2‑ZO1)计算得出盾构机滚动角；或者，从点O1做Z轴上的直线，长度为盾构机半高h/2或所述步骤1中给定的任意值，另一端点记为点O4，从点O4向点O2到点O3连线做垂线，该垂线的长度D除以所做直线的长度即得盾构机滚动角；步骤14：盾头的水平姿态与盾尾的水平姿态的差值，除以盾构机长L，(R‑R')/L，即可得盾构机的水平趋向；步骤15：盾头的垂直姿态与盾尾的垂直姿态的差值，除以盾构机长L，(S‑S')/L，即可得盾构机的垂直趋向。