盾构自动导向系统的研发与应用

盾构自动导向系统的研发与应用上海力信测量技术有限公司RAISING1公司概述2研发背景3自动导向系统4施工管理与监控5应用介绍2023/1/15RAISING2目录大纲2023/1/15RAISING31.公司概述

上海力信测量技术有限公司成立于2006年初，总部位于上海市浦东新区—张江高科。现有全职员工30余名，其中技术&研发类员工占80%以上，外聘及合作顾问专家20余名。基于将最先进的计算机技术、无线自动控制技术和工业测量测试技术与TBM/隧道/轨道的工程实践相结合，进行专业测量检测系统的研发和集成，并提供相关技术服务。产品涉及盾构/TBM/顶管/煤机等大型工业设备的自动导向系统、信息化管理平台及工业三维数字化检测系统等。目前设有“上海软件中心、天津硬件中心、长沙应用中心”三大分部。公司已全面通过ISO9001:2008国际质量体系认证，CMMI软件成熟度企业认证。同时还是上海市双软认定企业和高新技术企业、上海市软件协会常务理事单位、中国工程测量学会/掘进机协会/隧道协会的常务理事单位，国家科技部“技术创新基金”免费资助单位。

上海力信是目前唯一提供“隧道/盾构/轨道”全生命周期测量检测和信息化整体解决方案的技术供应商，先后参与了相关国家规范的制定：GB《城市轨道交通工程测量规范》的参编单位GB《盾构法隧道施工及验收规范》的参编单位2023/1/15RAISING42006年公司成立2008年推出第一代自动导向系统（顶管版）2009年推出两棱镜法自动导向（盾构版）2012年推出第一代激光靶及自动导向软件1.0（激光靶法）2014年推出第二代激光靶（拥有核心知识产权）2016年推出自动导向软件2.0（激光靶法）2011年测试三维激光靶，完善盾构配套数据采集系统及监控系统2023/1/15RAISING52.研发背景20世纪70年代以来，盾构掘进机施工技术有了新的飞跃。我国内在盾构施工中普遍还是采用人工测量来控制盾构方向。人工测量完成一次至少需要15分钟的时间，测量精度依赖于测量人员的作业素质，出错率高、工作效率比较低下。伴随着测绘技术、激光传感技术、计算机技术、机械电子与自动控制等技术的发展成熟，自动导向系统在盾构机中逐渐得到成功运用、发展和完善。2006年上海力信测量技术有限公司全力开展技术攻关，自主研发的“第一代RMS-D自动导向系统”打破长期由国外导向系统垄断的局面。随着激光传感技术发展，力信公司最新研发的“RMS-D激光靶自动导向系统”已达到世界领先水平与国外进口产品技术同步。在扎根盾构自动导向系统领域10年的同时，力信公司自主开发的盾构机数据采集系统、管片管理系统、盾尾间隙测量系统也保持着国际领先水平。从而使盾构掘进工艺变得更机械化、智能化、高精度化。2023/1/15RAISING62.研发背景---产品延伸自动导向软件开发系统集成盾尾间隙管片选型风险预报测量设备与工业检测三维激光靶远程监控系统TBM/盾构/顶管自动导向数据采集系统2023/1/15RAISING73.自动导向系统---TBM/盾构/顶管自动导向自动导向系统的发展：三点法两点法激光靶法2023/1/15RAISING83.自动导向系统---TBM/盾构/顶管自动导向系统结构图2023/1/15RAISING93.自动导向系统---TBM/盾构/顶管自动导向

EPB姿态定位的基础是两个已知的大地坐标，一个作为全站仪的站点，另一个作为后视棱镜坐标点。全站仪通过这两个点确定北方向，在通过测量激光靶确定EPB掘进的实际方位。EPB自身的旋转角（或“滚动角”）和俯仰角是通过靶内高精度倾斜仪获得。所有测量的数据都会传输到工业一体机内，通过自动导向软件计算出EPB准确的姿态。EPB的姿态通过轴线上的基准点（盾首、中、尾）来体现。利用基准点与轴线之间的距离，软件通过进一步的换算得出这些基准点坐标。并以图像和数字双形式显示在工业一体机屏幕上。2023/1/15RAISING103.自动导向系统---TBM/盾构/顶管自动导向激光靶原理介绍2023/1/15RAISING113.自动导向系统---TBM/盾构/顶管自动导向（△X，△Y，△Z）（△α，△β，△γ）

两个不同的三维空间直角坐标系之间转换时，通常使用七参数模型，即：三个坐标平移量（△X，△Y，△Z）；三个坐标轴的旋转角度（△α，△β，△γ）；尺度因子K；以上七个参数通常称为七参数。计算原理2023/1/15RAISING123.自动导向系统---TBM/盾构/顶管自动导向品牌名称：瑞士徕卡全站仪型号：TS15AR30（自动加强型）精度：2″，1mm+1.5PPm激光等级：Ⅲ级，人眼无害防护等级：IP55/95%，防冷凝品牌名称：上海力信三维激光靶型号：RT102工作电源：9-36VDC、0.5A通讯方式：TCP/IP测量量程：±45°方位精度：0.01°工作距离：10m-300m硬件介绍2023/1/15RAISING133.自动导向系统---TBM/盾构/顶管自动导向品牌名称：瑞士徕卡无线电台型号：TCPS29防护等级：IP67通讯距离：≤350m核心技术：采用超级蓝牙技术，信号稳定品牌名称：深圳研祥工控机型号：PPC-1561V面板尺寸：可定制类型：电阻式触控屏贮存温度：-20℃～60℃硬件介绍2023/1/15RAISING143.自动导向系统---TBM/盾构/顶管自动导向软件界面2023/1/15RAISING153.自动导向系统---TBM/盾构/顶管自动导向主界面：首页面硬件状态测量信息换站检核管片管理管片数据环号修改用户管理关键退出其他趋势时时图危险源预报系统配置：基本配置盾构参数PLC读写工程配置：计划线管片设置危险源设置数据查询：日志查询定向查询测量查询功能模块2023/1/15RAISING163.自动导向系统---TBM/盾构/顶管自动导向管片选型2023/1/15RAISING173.自动导向系统---TBM/盾构/顶管自动导向风险预报2023/1/15RAISING184.施工管理与监控---数据采集系统2023/1/15RAISING194.施工管理与监控---监控系统2023/1/15RAISING204.施工管理与监控---监控系统功能介绍：（1）显示工程平面图，且平面图具有缩放和测距功能；（2）在平面图实时形象地显示工程进度，清晰地显示盾构区间各风险工程及周边地理信息，实现风险预告、风险提醒，方便用户掌控区间整体风险分布状况，明确管控重点；（3）形象地显示盾构生产过程中的各项参数，远程对盾构施工过程进行实时监控；（4）盾构生产过程中的全部数据进行各种条件下的查找、统计和分析并给出相应的可视化图形；（5）以时间段的形式对盾构生产过程中的材料消耗、功效、推进环数和里程等参数数据进行统计和查询，并以报表的形式输出。（6）对地表和建构筑物等监测数据进行管理，显示其变形曲线，并能够与盾构施工进度进行相关性分析。2023/1/15RAISING215.应用介绍RMS-D自动导向系统应用于新疆玛纳斯涝坝湾煤矿副平硐项目，隧道全长5.8km是目前该系统配套“最长施工隧道”，应用于中国铁建重工盾构机施工现已贯通。在南京市洪武路污水主干管工程SG2标盾构段，配套江苏锐成机械生产的小直径泥浓式盾构，全长约700m呈S型连续转弯，最小转弯半径80m目前是该系统配套“最小转弯半径的施工隧道”。此外，盾构始发井内径8m、接收井内径6m，属于较小尺寸工作井，对测量空间利用率要求极高。盾构已于2015年底分体始发，预计于2016年7月实现贯通。目前为止RMS-D自动导向系统现已成功应用土压平衡盾构、泥水盾构、小半径盾构、敞开式TBM（三一重工生产）、双护盾TBM（青岛中船重工生产）、顶管机等多种类型隧道掘进机上。与国内中铁装备、中国铁建重工、北方重工、青岛中船重工、广州中船重装、江苏锐成机械、上海力行、北京三一重工、秦皇岛天业通联、湖北天地重工等大型盾构生产厂家建立长期合作，应用于国内30多个城市轨道交通建设项目中，据不完全统计RMS-D自动导向系统成功应用的地