盾构掘进自动测量导向系统

记录隧道施工过程中和盾构位置姿态有关的数据盾构掘进自动测量导向系统可以在盾构掘进过程中实时给出盾构机的位置和姿态，实时显示盾构机和设计轴线（DTA）的偏差，系统稳定性自动检查及报警，辅助测站维护和移站，记录隧道施工过程中和盾构位置姿态有关的数据，以及进行历史数据查询等功能。 系统的主要使用对象有两类人员，一类为盾构司机，能进行实时测量、历史数据查询等功能。另外一类为施工测量人员，系统除了能进行实时测量等操作外，还能进行辅助测站维护等工作。两类人员在登陆时由系统确定。 2100433B

本系统选用徕卡公司生产的TCA1203 型全站仪，带自动目标识别的全站仪也称为测量机器人，该设备是实现自动测量系统的基础硬件之一。TPS1200 ATR（自动目标识别）功能能够自动搜索棱镜并使望远镜十字丝精确照准目标。并且所有全站仪的功能都可以通过online 的通讯方式，发送ASCII 码指令。

20世纪90年代末，日本 MAC 公司研制了以陀螺惯量原理为主的盾构掘进导向系统，英国 ZED 公司研制了 ZED 盾构导向系统。由于陀螺仪不适应于盾构慢速运动状态; ZED 产品换站过程中需用人工计算，也不适应现场需求。所以，两个系统相继被市场淘汰。之后，德国 VMT 公司研制了以激光电子检测技术为主的VMT盾构掘进导向系统; 日本演算工房研制了以光学棱镜测量技术为主的 Robtec盾构掘进自动导向系统。前者是将激光束照射在置于盾构内专用的电子目标靶上，测出激光光束和标靶的位置关系，再推算出盾构机姿态; 后者是通过测量设置在盾构机中固定位置上的若干个棱镜的绝对坐标，根据棱镜与盾构机切口和盾尾的相对位置关系，推算出盾构机的位置和姿态。两者的共同特点是: 充分运用现代计算机、信息、测量技术，结合盾构施工技术，使所研制的系统测量精度符合盾构姿态连续检测的要求。两者的差异是: VMT系统的激光始终落在定制的目标靶上，目标测量和数据处理的周期为1s左右; Robtec 系统循环检测盾构内不同位置的标准棱镜，巡回检测周期为40s以上。

自动导向系统设计依据

采用光学棱镜测量技术为主的技术方案。在盾构内部正上方布置3个光学棱镜，全站仪检测盾构内3个棱镜的位置，由计算机根据空间测量计算得出盾构的运动姿态，包括盾构掘进施工需要掌握的切口平面、切口高程、盾尾平面、盾尾高程等偏差，以及盾构倾斜角和盾构转角数据。如果盾构内某棱镜受到施工环境干扰，只要测出 2个目标棱镜，结合安装在盾构内的电子倾斜仪数据也可以计算出盾构姿态。后视棱镜作为地面绝对坐标引入的参考基准，以动态校验全站仪的空间位置。盾构掘进过程中，需要及时掌握盾构的姿态变化数据，以提供纠偏依据。根据盾构掘进的速度和盾构姿态数据尚未参与盾构掘进自动控制的现状。一般认为1min的采样周期就能满足工程应用要求。

自动导向系统自动导向系统的组成

1) 系统由全站仪、目标棱镜、倾斜仪、计算机组成 。

(1) 该系统选用TPS1200全站仪，利用ATR功能，可自动搜索棱镜，并使望远镜十字丝精确照准目标。该全站仪可实现与其他设备的通信。

(2) 采用徕卡小棱镜或 360°小棱镜，目标棱镜固定在盾构机内，为系统自动跟踪测量提供目标。

(3)采用NS-15/P2SAMS-A型高精度双轴传感器，检测盾构机的坡度与滚角。该传感器精度为0. 01°，为数字量输出的倾角传感器，量程范围为± 15°，输出的是 RS232 信号。

(4) 选用无线收发转换器( SAMS-C和SAMS-B) ，建立盾构内计算机和置于隧道内测量平台上的全站仪的通信链路。

(5) 计算机实现测控运算和系统集成功能。

线外自动测量是指测量结果的信息不直接用于控制加工的测量，例如用自动分选机、自动检验机和多尺寸检验装置测量已加工完毕的工件。自动分选机用于测量配合精度高、需要把公差带（见公差）分成若干尺寸组进行选配的工件。自动分选机的基本工序(见图)都是自动的。料斗中的工件由送进机构送入测量位置后，由长度传感器将被测尺寸转换为电信号，经分组线路处理后控制执行机构进行分选和剔除废品。自动检验机用于检验成品工件的尺寸、形状和位置误差等。它能将被测工件分为合格品、可修品和废品 3组。多尺寸检验装置和自动检验机的用途基本相同，但前者的装、卸工件是手动的，结构也较简单；而后者的基本工序一般都是自动的。