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盾构机激光导向系统原理 | [] [] 摘 要 : 以 德 国 VMT 公 司 的 单 圆 盾 构 机 为 例 ，介 绍 盾 构 机 和 激 光 导 向 系 统 的 组 成 ， 探 讨 激 光 导 向 系 统 的 工 作 原 理 。 重 点 揭 示 激 光 导 向 系 统 的 测 绘 学 原 理 。 总 结 提 高 激 光 导 向 系 统 测 量 精 度 应 采 取 的 措 施 。 关 键 词 : 隧 道 施 工 ；盾 构 机 ；地 铁 ；控 制 测 量 ；导 向 系 统 ；姿 态 解 算 ；修 正 曲 线 0 引 言 ： 20 世 纪 70 年 代 以来 ， 盾 构 掘 进 机 施 工 技 术 有 了 新 的 飞 跃 。 伴 随 着 激 光 、 计 算 机 以 及 自 动 控 制 等 技 术 的 发 展 成 熟 ， 激 光 导 向 系 统 在 盾 构 机 中 逐 渐 得 到 成 功 运 用 、 发 展 和 完 善 。 激 光 导 向系 统 ， 使 得 盾 构 法 施 工 极 大 地 提 高 了 准 确 性 、 可 靠 性 和 自动 化 程 度 ， 从 而 被 广 泛 应 用 于 铁 路 、 公 路 、 市 政 、 油 气 等 专 业 领 域 。 全 面 理 解 激 光 导 向 系 统 的 原 理 ，有 助 于 工 程 技 术 人 员 在 地 铁 的 盾 构 施 工 中 及 时 发 现 问题 ， 解 决 问 题 ， 保 证 隧道 的 正 确 掘 进 和 最 后 贯 通 ； 有 助 于 国 产 盾 构 机 研 制 工 作 的 开 展 。 1 盾 构 机 和 激 光 导 向 系 统 的 组 成 1.1 盾 构 机 的 组 成 盾 构 机 按 推 力 方 式 可 分 为 网 格 式 、 压 气 式 、插 板 式 以及 土 压 式 和 水 压 式 ； 按 形 状 划 分 ， 除 典 型 的 矩 形 、 单 圆筒 形 外 ， 近 年 来 又 出 现 了 双 圆 、 三 圆 及 多 圆 等 异 构 形 。 它 们 的 组 成 有 一 定 差 异 。 其 中 ， 土 压 式 单 圆 盾 构 机 在 我 国 应 用 比较 普 遍 。 它 主 要 由盾 体 （含 刀 盘 等 ） 、 管 片 拼 装 机 、 排 土 机 构 、 后 配 套 设 备 、 电气 设 备 、 数 据 采 集 系 统 、 SLS-T 激 光 导 向 系 统 及 其 他 辅 助 设 备 组 成 。 1.2 激 光 导 向 系 统 的 组 成 激 光 导 向 系 统 是 综 合 运 用 测 绘 技 术 、 激 光 传 感 技 术 、 计 算 机 技 术 以 及 机 械 电子 等 技 术 指 导 盾 构 隧 道 施 工 的 有 机 体 系 。其 组 成 ( 见 图 1 ：激 光 全 站 仪 （激 光 发 射 源 和 角 度 、 距 离 及 坐 标 量 测 设 备 ） 和 黄 盒 子 （信 号 传 输 和 供 电装 置 ） ； 激 光 接 收 靶 （ELS Target ， 内置 光 栅 和 两 把 竖 向 测 角 仪 ） 、 棱 镜 （EL S Prism ）和 定 向 点（ Reference Target ）；盾 构 机 主 控 室（ TBM Control C abin ） ： 由程 控 计 算 机 （预 装 隧 道 掘 进 软 件 ，具 有 显 示 和 操 作 面 板 ） 、 控 制 盒 、网 络 传 输 Modem和 可 编 程 逻 辑 控 制 器（ PLC）四 部 分 组 成 ；油 缸 杆 伸 长 量 测 量 （Extension Measurement ） 装 置 等 。 其 中 ， 隧 道 掘 进 软 件 是 盾 构 机 激 光 导 向 系 统 的 核 心 。 2 激 光 导 向 系 统 和 盾 构 机 控 制 测 量 在 盾 构 施 工 中 的 地 位 和 作 用 地 铁 盾 构 法 施 工 过 程 如 图 3 所 示 。 在 隧 道 掘 进 模 式 下 ， 激 光 导 向 系 统 是 实 时 动 态 监 测 和 调 整 盾 构 机 的 掘 进 状 态 ， 保 持 盾 构 机 沿 设