激光法盾构自动导向系统测量数学模型分析.pdf

大直径隧道与城市轨道交通工程技术 激光法盾构自动导向系统测量数学模型分析 王 浩 (上海隧道工程股份有限公司 上海 200082) 摘 要 国际上成功的盾构自动导向系统分为激光法和棱镜法两种，通过采用自动导线系 统，不但可以实现盾构测量的自动化，而且可以提高测量的精度并提高盾构报表时效性。本 文就激光法盾构自动化导向系统的测量原理及模型进行了分析。 关键词 激光法盾构自动化导向；空间坐标旋转公式；ELS标靶 AbstractTherearetwosuccessfulmethods。laser oninthe guided。andopticallens，going ofautomatic cannot realiseautomationofshield way guidancesystem，oneonly globe．By also andhence ofshield surveying，butheightensurveyaccuracy time—specificefficency articlemakesa of oflaser reporting．This systematicdescriptionsurveyingprinciple guided onboardthe its automatic shield，and system modelling． laser automatic onboardthe formulafora Keywordsguided guidance shield；rotational spatialcoordinate；ELStarget． 1激光法盾构导向系统的概述 激光法盾构自动导向系统采用基于带隧道激光的全自动全站仪和激光感应器(ELS标 靶)的隧道施工连续测量方案，通过把全站仪自动采集的测量数据及ELS标靶采集的数据 传送到PC，再由PC中软件系统对数据进行处理计算，从而得出盾构机切口及盾尾的三维坐 标，再结合DTA数据库就能生成相应的盾构偏差报表，实时地显示盾构切口及盾尾的平面 图1 激光法导向系统硬件结构图 600 隧道监测、控制技术 和高程偏差。该系统具有测量精度高，稳定性和可靠性好等一系列优点；其硬件构成就包含 在图1中。而系统的工作流程如图2所示。 图2工作流程图 2建立DTA数据库 DTA由水平和垂直方向曲线合成。可按照给出的线型和参数分别计算出水平方向和 垂直方向上以里程为自变量的(x，Y，Z)坐标点的一系列数据(里程每增加lm或更短取一 个点)。由此数据构成三维坐标(x，Y，Z)随着里程增加或减少而分布的数据库。 水平方向上，按线型分别为直线、缓和曲线、圆曲线。垂直方向上的线型是直线和圆曲 线。以平曲线为例子，为了方便用计算机编程计算，对于不同的曲线，找出其共性，作为确定 曲线的基本参数。这些基本参数包括： 曲线元长度L，； 曲线元的起点坐标P。(X。，Y。)； 曲线元起点方向角F。； 曲线元起点曲率K，； 曲线元终点曲率K。； 曲线元的类型(直线、圆曲线、缓和曲线)； 曲线转弯方向(右转、左转)。 以上几种基本参数，L，、Po、F0确定了曲线元的长度以及起 点的位置和方向。后几种参数决定了曲线前后相接的线型。 下面在右手平面直角坐标系中，并