SLS-RV 顶管导向系统

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SLS-RV顶管导向系统SLS-RV导向系统利用安装在移动的管道壁上的激光发射器发出的激光对顶管机提供足够精确的稳定的基准,使顶管机能够适应进行长距离及曲线掘进。

系统特点

机器趋向显示图

对顶管机提供导向到从设在顶进井中的基准点不能看到机器的时候,仍然能够对机器进行导向连续提供机器的姿态和趋向角信息利用数字及图像两种方式显示显示机器的趋向,并在此基础上来调整机器的姿态在复杂的线路中,能简化测量工作将跟掘进有关的数据保存在系统的数据库中可编程机动激光全站仪为使基准激光精密及控制测量采用了自动整平平台活动激光靶“移动管道”上的移动激光基准?阶段2及3)安装在机器操作人员附近的系统电脑 (位于控制室中或机器上)在主控制测量之间进行的由软件控制的“测量循环”基准线编辑器软件消除由于激光靶、激光站、后视靶及基准棱镜的滚动而带来的位置的变化基准激光和激光靶之间的最佳距离(阶段2及3)位于管道中而非始发井中的硬件设备(阶段2及3)简单适用，利用轮盘测量掘进距离ELS靶棱镜隧道掘进机

TBM位置显示图

激光站

棱镜

倾斜计棱镜基准线编辑器倾斜计隧道 03/2004

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SLS-RV顶管导向系统为长距离及曲线顶管隧道的掘进提供导向

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概述

隧道掘进机 ( T B M )的司机需要连续地得到机器轴线相对于隧道设计轴线 (DTA)位置及方向关的系,而且在机器保持每分钟几厘米的掘进速度的情况下,为了保持机器尽量跟DTA走,机器的司机也必须即时得到他所进行的操作所带来的结果反馈。 SLS-RV就是为此目的而设计开发的。SLS-RV导向系统能够为顶管掘进连续地提供最新的有关机器空间位置及方向的数据信息,TBM司机通过对TBM进行合适的控制操作以使 TBM在允许的误差范围内尽量沿DTA向前掘进。 SLS-RV系统的主要的基准是由初始安装在始发井中相对稳定的地方的激光全站仪发出的一束可见激光。一般来说根据激光的功率的不同,激光需要能够发射100-200米的距离,同时激光发射距离的长短还受外部大气环境和激光束本身所受的反射有关。激光束穿过机器中的净空区域及后配套设备 (激光窗),击到安装在机器前部的电子激光靶上。激光发射起点和激光靶之间的有效距离也取决于激光窗的尺寸和隧道的曲率。当激光束击到电子激光靶时,激光束的精确中心相对于ELS靶的中心的

位置关系就会被自动测量,同时激光束击到电子激光靶上的水平方向角也被记录下来。在电子激光靶内部是一个双轴倾斜仪,用这

个倾斜仪来测量ELS靶的仰俯角和滚动角。在电子激光靶的前方安装有一个反射倰镜,激光基准点和电子激光靶之间的距离通过全站仪中的内置EDM来测定。通过知道激光站和基准点的绝对位置,就能得到电子激光靶的绝对位置及方位,从而得到机器的位置和方位。把以上得到的信息同掘进的设计轴线结合起来就能给司机提供一个简单直观的机器当前位置和其所应当所处的位置的关系。 SLS-RV导向系统不仅能为随时(特别是在掘进的过程中)精确测量TBM的位置提供了一种途径,而且它还通过简单明了的方式把得到的结果呈现在司机面前,以便司机及时采取必要的纠偏措施。采用SLSRV系统除了能节省大量的时间以外,同时也为机器紧密沿DTA掘进施工均匀平滑的隧道提供了条件。在顶管施工中,非常重要的是应避免方向的突然变动及避免管道的外边缘局部受力,以免局部的密封受损不能保持掘进过程

中产生很好的水的密封。方向的改变还能造成机器及后续管道向前移动过程中的阻力太大,这需要更大的液压动力才能够克服增加的阻力。为顶管司机提供导向信息的导向系统有一个基本的区别,这就是指开始激光站放置在始发井内的一个稳定的地方,但随着机器的向前推进,电子激光靶最终会到达一点,在这一点上从始发井内发射出来的激光不能激活电子激光靶,则必须在此时将激光站移到移动的管道中,一旦激光站进入移动的管道之中,此后激光站也会处于移动状态,因此我们有必要设法解决这方面的问题。为了解决这个问题我们需要做一下假设及需要一些其它的信息。我们做最基本的假设就是”顶管沿机器打出的轨。这在有时候迹向前走”是不正确的,需要在接下来的计算中进行调整,但有了这个假设我们就有了解决问题的基础。

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SLS-RV顶管导向系统工作原理在推进的过程中每隔一定的时间机器的位置就被记录下来,当有必要将激光移到移动的管道中时,放置激光站的管道的中心的位置就可以从以前的记录中得知,管道中心的位置也就是指在同一里程的机器的位置,但是我们也知道管道的走向和机器的走向在绝大部分情况下是不相符合的。如果激光站的位置不是处于管道的中心,发生在管道上面的任何旋转都有可能造成激光站位置的改变,因此我们采用了一个倾斜计来测量管道的旋转量,计算激光站的位置的时候把管道的旋转量也考虑进去。为了使激光的方位保持固定的标高以来消除计算时管道的前后起伏的影响,我们将激光站安放在一个自动整平台上,这就解决了由于管道前后起伏及整

体滚动带来的影响,并使全站仪器的补偿器在其设定的工作范围内工作。激光的方位角通过一个后视靶来得到。当后视靶被安放在稳定的地方的时候(即始发井内)则很容易测定激光的方位角。当将后视靶移到移动的管道中的时候我们就会利用在同一里程机器的位置来确定此管道此时所处的位置，从而确定后视靶的位置，得出激光的方位角。同时我们也采用一个倾斜仪测出装有后视靶的管道的转动量，以消除在计算后视靶的位置时由于管道的转动所带来的影响。利用以上得到的数值就能够精确地计算出激光站的即时位置和方位,从而测出机器的位置,最后在电脑显示屏上提供给司机的是机器同隧道设计轴线的关系。然而在现实操作中,仅仅通过以上提到的理论方面的假想而进行施工的精确度由于一些外在的因素的影响如碰到管道形状的不规则,极度超挖或非常急的曲线时而打折扣。因此有必要定期进行控制测量,用人工测得的数据来来更新经记录的机器的位置数据。控制测量应不超过100米做一次。而且在掘进的过程中由于地质条件的不均匀或由于液压力的改变造成的管道的动态行为会使得测量结果与在机器处于静止状态的时候有很大的不同,因此必须进行人工的控制测量,要对线路的在掘进状态下测得的已记录的数据进行重新测量更新。在掘进的过程中 SLSRV系统本身通过一个叫“测量循环”的操作进行测量并更新数据，机动激光全站仪的出现使得可以在控制测量之间的过程中实现更加快捷地，更加频测量循环”的操繁地进行“作。“测量循环”操作不仅对激光站的位置和方位进行测量更新,而且对位于激光站前一小段距离的基准管道的位置也进行测量更新。基准管道的位置被记

2录并被储存前来做为基准线,系统会利用这条基准线作为管道线路位置运行轨迹的记录。用户可以考虑在进行精确的”测时出现的异常情量循环”况,对基准线进行修改(使平缓)以便产生一条更符合实际的基准线来指导下一步的推进。整套系统安装在管线的前部,一般来说激光不会受到反射的影响而造成错误。

系统组件我们的硬件已经在世界范围内的具有恶劣的施工条件众多顶管项目中得到了全面严格的测试。硬件设述如下： ELS靶 (电子激光靶)激光靶用来接受激光束,决定激光束的水平及竖向入射点。此外激光靶的滚动角和仰俯角也通过集成于激光靶内部的倾斜计来测得。偏航角通过击到激光靶上的激光的入射角来决定。激光靶固定在机器上,在安装激光靶时,激光靶的确切位置以被

确定。在激光靶的下面安装有一个小的棱镜以供进行距离的电子测量。 控制单元控制单元为全站仪,AD12,倾斜计，后视靶倾斜计及距离测量系统提供电源供应。控制单元从倾斜计，后视靶倾斜计，距离测量系统及激光全站仪中采集数据，并同控制电脑进行数据通讯。 VMT设计开发的机动伺服全站仪 03/2004

VMT设计开发的激光全站仪

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SLS-RV顶管导向系统(LeicaTCA1103/ATR/GUS74)此机器的司机会对机器的姿态位置一目了然。具有电脑控制及自动目电脑同时也用来评估及，标识别功能 (ATR2)以存储所有的尺寸测量数便精确锁定目标棱镜。据。此全站仪是一种精密的大地测量仪器，能够精 后视靶用圆形标准反射棱镜作水平及竖确地测量角度(为后视靶，在自动模式向)及并能发射一束可见下作为方向基准，被的基准激光。 ATR2识别及测量。 AD-12型自动整平台能够在±10gon范围内 后视靶上的倾斜计的倾斜计被固定在靶的基将仪器自动整平。整平座上面，用来决定后视被连续地进行，精确度靶当前的滚动量并将数为±1mgon。据传向控制单元。 激光站上的倾斜计倾斜计安装在全站仪的 左右基准棱镜这是两个圆形标准反射基座上面，用来确定激棱镜，被称为基准靶。光站的滚动角，并把数位于基准管道内激光站据通过控制单元传向控的前方约 12m的地方。制电脑。利用这两个基准靶的目 SLS-RV工业电脑的是尽量实现对激光站电脑安装在机器司机的前方的移动的隧道的即附近。电脑收集所有经时位置的测量，因此在确定了的数据，并自同一位置的任何测得机动将数据整合，评估计器的数据和理论上的机算。得到的数据通过数器的数据的不同都能被字和图像的形式在电脑随时确定。的屏幕上显示出来。因工业电脑远程操作调置解调器 SPS(TBM PLC )

3 距离测量系统轮式距离测量系统被安装在处于始发井内的管线上。当机器的顶进系统将管线向前推进时，由系统的轮子产生的脉冲会传输入电脑以被计算。 一整套的连接电缆将系统所有的硬件设备连接在一起。 TBM位置软件模组此模组构成了SLS-RV导向系统的核心。它从以上提到的各个组件中收集数据。 TBM的位置通过其中的隧道推进软件进行计算。信息利用数字及图像显示。 WINDOWS 操作环境，因此操作简单。 基准线编辑器图像模组利用此模组可以对产生的基准点进行检查，如果必要则对基准线进行修改，平缓基准线，在进行控制测量以后形成一条新的基准线。

通过触摸屏对导向系统进行操作

硬

件配置

控制室

LMS*

*距离测量系统

基准靶倾斜计配电箱全站仪

基准靶TBM基准管道

控制单元激光站

倾斜计后视靶

后视靶

始发井03/2004

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