VMT导向系统测量技术成都项目部

成都地铁4号线土建5标VMT导向系统测量技术中铁十一局集团有限公司成都地铁4号线土建5标二零一三年八月第一章

SLS-T系统工作原理第二章盾构机的导向系统第三章盾构机的硬件系统第四章盾构姿态人工复测第五章在盾构施工中应注意事项第六章VMT导向系统中遇到的几个问题及解决方法目录第一部分SLS-T系统工作原理第一部分SLS-T系统工作原理1、SLS-T采用了3种不同的坐标系统。分别为：大地坐标系统、TBM坐标系统，DTA坐标系统。2、VMT导向系统（SLS-T）的坐标系（1）大地坐标系统主要包括DTA数据、以及输入到系统里面的TCA，BT坐标。（2）TBM坐标系统以TBM前点为坐标原点；中心轴线为X轴，掘进方向为正；X轴顺时针旋转90度为Y轴；垂直X轴、Y轴平面为Z轴。参考点的坐标采用TBM坐标系，由VMT公司在工厂里面测定。我们根据参考点在大地坐标系统中的坐标及其TBM坐标确定TBM的实际位置。TBM实际位置可以通过三维坐标转化，CAD拟合求得。（3）DTA坐标系统

这个系统用于确定TBM的位置，也就是TBM的前后参考点。坐标是以水平、垂直偏差和TBM的里程来体现的。下图为几种坐标系之间的转化关系：第一部分SLS-T系统工作原理第二部分SLS－T导向系统第二部分SLS－T导向系统SLS－T导向系统是在Windows操作系统下运行的，为运行SLS－T而必须安装的文件将由VMT工程师完成，系统软件包含了很多文件，将在下面予以描述。其中任何一个文件被错误的删除都将使软件不能正常的运行，用电脑时必须万分小心。1、目录及主要文件目录“\SLS-T”这个文件夹中包含了SLS－T程序文件。用户可以选择不同的安装路径安装在电脑上。目录“\SLS-T\Anim”包含不同的动态文件(例如激光站前移等)。目录“\SLS-T\DTA”包含所有DTA文件，但是要对其进行编辑必通过SLS－T软件中的DTA编辑器，绝不能直接对其编辑！目录“\SLS-T\Tables”包含管片定义文件。目录“\SLS-T\Log”包括各种日志文件文件夹“\SLS-T\Log\DirCheck”:方位检查文件夹“\SLS-T\Log\LU”:激光站前移文件夹“\SLS-T\Log\Orientation”:定向文件夹“\SLS-T\Log\RB”:管片拼装文件夹“\SLS-T\Log\System”:系统第二部分SLS－T导向系统2、几个定义（偏差值、滚动角、趋向、仰俯角）

偏差值是盾构机前后点相对于DTA或者纠偏曲线的垂直距离。水平方向为正表示在轴线的右方，为负在轴线的左方。在垂直方向上，正表示在轴线的上方，负表示在轴线的下方。

滚动角是表示盾构机相对水平面滚动的大小，正表示向右滚动，负表示向左滚动(面向掘进方向)。

趋向是表示盾构机轴线相对于DTA的偏转程度，在水平方向上，趋向为正表示TBM相对于DTA向右转，负表示向左转。垂直趋向为正表示TBM前面向上，为负表示向下。

仰俯角表示盾构机轴线与水平方向的偏离程度。第二部分SLS－T导向系统

3、软件界面

第二部分SLS－T导向系统1.水平和垂直偏差[mm]2.水平和垂直趋向[mm/m]3.前参考点（切口）里程[m]4.当前推进环号5.图示TBM状态。默认比例是垂直方向上60mm，水平方向上100mm，如果偏差值超出这个范围则比例自动调整但是表示TBM的图标大小不改变。6.滚动角[mm/m].正值=向右滚动,负值=向左滚动7.绝对仰俯角[mm/m].正值=TBM向上前进,负值=TBM向下进8.目标靶信号强度，表示激光打在激光靶上的强度，这个值应该总是介于250和1000之间。如果不是，则激光或者激光靶需要擦干净。浑浊的空气(如柴油机、焊接所产生的烟等等)也有可能减弱激光强度。9.激光强度表示当前激光的发射强度，激光靶接收强度和激光强有直接的联系。第二部分SLS－T导向系统10.电脑上显示的日期及时间

11通讯状态显示。绿色表示正常工作，黄色表示在等待状态，红色则表示有问题。点击此符号则

会弹出一个包含当前工作状态信息的窗口。

12.项目名称

13.显示当前程序运行模式（推进，管片拼装）。

14.预留的显示其他特殊项目信息的地方。

15.可以通过鼠标或键盘操作这些功能键，详情见后。

16.“对话窗口”–信息窗口。下拉滚动条可以使信息上下移动，以便浏览（右侧）。

17.信息“上一次姿态确定至今的时间间隔”表示最后一次确定TBM姿态是在什么时候。第二部分SLS－T导向系统（1）主屏幕—级别1F1,掘进

从管片拼装状态切换到推进状态。在推进状态下所有硬件设备都和软件之间有通讯，并连续显示当前TBM姿态（激光是打开的)F2,停止测量

从推进状态切换到管片拼装状态。在管片拼装状态下时，软件和所有的硬件设备都没有通讯，软件处于冻结状态(激光也是关闭的)F3F4,管环拼装

启动管片选型、拼装程序。

F5,F6,方位检查

激活全站仪的方位检查。全站仪转向后视点，然后将实测的方位同计算的方位值进行比较。

F7,工地现场图

可以实时的显示盾构机当前所处的位置，包括平面和高程。F8,相对CC偏差

显示相对于纠偏曲线TBM的姿态，在20秒后切换回正常的显示（相对于DTA的姿态）

F9,打印

将当前实际的屏幕打印到Windows默认打机。

F10,下一步

进入下一级菜单。当前被激活级别显示在下方的右侧。第二部分SLS－T导向系统（2）主屏幕—级别2第二部分SLS－T导向系统F1,TBM历史记录显示被存储在数据库里面的TBM姿态录。F2,TBM图表图示每一环TBM的趋向，图中的点表示前参考点。F3

F4,打印报告F5,管环位置显示被拼装的最后一环管片（如果在软件中包含v有管片拼装程序的话），它也可以切换到其他管片。F6,F7,F8,删除掘进此操作有密码保护，可以从数据库中删除一环推进。F9,打印将当前实际的屏幕打印到Windows默认打印机。F10,下一步进入下一级菜单。当前被激活级别显示在屏幕下方的右侧。第二部分SLS－T导向系统（3）主屏幕—级别3第二部分SLS－T导向系统F1,参数编辑器

打开编辑器，通过它可以改变SLS－T的参数。F2,液压油缸编辑器F3,点管理器

打开点管理器并输入或编辑将要在SLS－T软件中用到的TCA站、BT靶的坐标。

F4,DTA

开始DTA计算程序，或用于输入新的DTA数据。

F5

F6

F7,定位

设置全站仪的定向，它只在管片拼装状态下有效。

F8,激光站前移

通过对话形式将激光站移到一个新的点上。F9,结束

询问是否关闭软件。F10,下一步

进入下一级菜单。第三部分盾构机的硬件系统第三部分盾构机的硬件系统VMT导向系统硬件主要由以下几个主要部分组成：1、激光站（全站仪）2、黄盒子3、中央控制箱4、中央电脑5、激光靶6、电缆各硬件的关系图第三部分盾构机的硬件系统1、全站仪全站仪装配有马达和同轴测距仪，能由电脑完全操控。伺服系统可以保证全站仪精确转动水平和垂直方向，自动识别ATR可以精确瞄准所有常见棱镜。而且，全站仪还装配有GUS74激光发射装置，发出的激光被调整到跟全站仪视准轴平行，此装置用来激活激光靶。使用全站仪要注意的几个问题：（1）全站仪要注意激光是否偏移，定期不定期的对激光进行检查，校准。（2）全站仪的接口为Geocom，协议为RS232Geocom,波特率：9600，奇偶：无，数据位：8，停止位1，否则仪器不能进行通讯。第三部分盾构机的硬件系统2、黄盒子

黄盒子成对使用，分为局部黄盒子和远程黄盒子，他们的主要功能是进行数据传输及对全站仪供电。

局部黄盒子安装在盾构机上，通过一根十芯电缆将数据传输给中央控制箱，并且发送、接收远程黄盒子传输的数据。

远程黄盒子安装在全站仪旁，通过一根四芯电缆将数据传输给全站仪，并对全站仪供电。使用黄盒子要注意的几个问题：

（1）在移动黄盒子过程中不要提黄盒子的天线，天线断了会影响黄盒子的数据传输功能。

（2）防止雨水和灰层进入插头、插座。否则将不能工作或者严重损坏。第三部分盾构机的硬件系统3、中央控制箱

中央控制箱主要起联系作用,它向外给局部黄盒子提供电源,也给激光靶提供电源。同时它还负责将从激光靶及激光全站仪传来的数据转化为电脑能够处理的数据。同样电脑给全站仪发出的控制数据也在中央控制箱被转化为适当的数据形式。

使用中央控制箱要注意的几个问题：

（1）中央控制箱的位置要在隐蔽的地方，防止人为的破坏及电瓶车溜车可能带来的台车撞击中央控制箱。

（2）中央控制箱的接口较多，要留意并牢记每个接口的功能。第三部分盾构机的硬件系统4、中央电脑

中央电脑通过网线与中央控制箱连接，接收、处理中央控制箱传来的数据。我们通过对电脑的操作来完成对导线系统的控制。最终的结果会在导向系统的界面上显示出来。

使用中央电脑要注意的几个问题：

（1）中央电脑除了盾构机操作手及测量队可以操作外，其他人员严禁使用。

（2）插在电脑上的U盘在插入之前确定无毒，防止电脑中毒使导线系统不能正常工作。

（3）VMT人员给的系统还原U盘要保存好，它能还原系统，恢复数据。第三部分盾构机的硬件系统5、激光靶

激光靶用来确定偏航角、滚动角及俯仰角。入射激光点的X坐标及Y坐标也由激光来测定。通过电缆连接在中央控制箱。偏航角通过CCD照相机和特殊镜头系统测定。在激光靶内置双轴倾斜仪。一个为纵向放置，一个为横向放置。这个倾斜计最终测出TBM的绝对滚动角和绝对俯仰角。通过CCD照相机可以测定入射激光束的光斑。光斑相对于激光靶纵轴的X坐标和Y坐标由CCD测定。激光靶与全站仪之间的距离由全站仪测定，激光靶上需装一棱镜。位于前屏幕后面的二极管根据激光靶不工作时发出不同颜色的光：蓝色=电源充足，深绿色=测斜仪错误，黄色=lead测定错误，浅绿色=XY测定错误。工作时只有蓝色灯亮。

使用激光靶要注意的几个问题：

（1）对激光靶设置保护罩，防止浆液喷射在屏幕和小棱镜上。

（2）激光靶周围不能有强光，会给激光带来干扰。第三部分盾构机的硬件系统6、电缆电缆主要作用就是传输数据、供电。主要有三根电缆，分别是：局部黄盒子与中央控制箱之间，远程黄盒子与全站仪之间，激光靶与中央控制箱之间。使用电缆要注意的几个问题：（1）插孔要对齐之后能轻松插入，不能使用蛮劲硬来，容易弄断里面的针头。（2）电缆不能长久弯曲，否则容易折断。（3）电缆放置在免受挤压，温度过高的地方。第四部分盾构姿态人工复测第四部分盾构姿态人工复测1、盾构姿态人工检测在盾构施工的过程中，为了保证导向系统的正确性和可靠性，在盾构机掘进一定的长度或时间之后，应通过隧道内的导线控制点检测盾构机的姿态，进行盾构姿态的人工检测。盾构施工中所用到的坐标系统有两种：城建坐标系统（DTA使用的是城建坐标系）、TBM坐标系。2、盾构机参考点的测量在进行盾构机组装时，VMT公司的测量工程师就已经在盾体上布置了盾构姿态测量的参考点(共16个)，如下图。并精确测定了各参考点在TBM坐标系中的三维坐标。我们在进行盾构姿态的人工检测时，可以直接利用VMT公司提供的相关数据来进行计算。其中盾体前参考点及后参考点是虚拟的两个点，实际盾体上不能给定的。盾构姿态人工检测的测站位置选在盾构机连接桥端头管片上,测量时，根据现场条件尽量选参考点之间连线距离大一些，提高测量计算的精度。第四部分盾构姿态人工复测第四部分盾构姿态人工复测3、盾构姿态的计算

盾构姿态的计算原理，盾构机是圆柱体，在开挖掘进过程中我们不能直接测量其前点和后点的中心三维坐标，只能用间接法来推算出前、后中心的三维坐标。第四部分盾构姿态人工复测

盾构机空间几何关系（A、B、C、D、1…17）在盾构机出厂时已测定。计算简单的说就是三维坐标的转换。在如图O点是盾构机前点中心，A是盾构机中体后点中心，即OA连线为盾构机的中心轴线，由0、1、2、3（123为盾构机出厂时VMT公司测定整个盾构机三维坐标关系点中21个点中任意三点）四点构成一个四面体，测量出1、2、3三个角点的三维坐标（xi,yi,zi）,根据三个点的三维坐标（xi,yi,zi）分别计算出LA1,LA2,LA3,L12,L13,L23,四面体中的六条边长，作为以后计算的初始值。在盾构机掘进过程中，通过对1、2、3三点的三维坐标测量来计算出A、O点的三维坐标。同理可推算出B、C点的三维坐标。由A、O、B、C两点的三维坐标就能计算出盾构机前、后点的水平偏航，垂直偏航，仰俯角和滚动角，从而达到检测盾构机姿态的目的。第四部分盾构姿态人工复测4、通过AutoCAD作图求解盾构姿态

通过几何解算盾构姿态方法的缺点是在内业计算时，如果用人工手算，其工作量相当大，而且难免出错，因此我们在进行解算时，是利用AutoCAD进行作图求解，相对于用几何方法解算，速度要快很多。其操作过程如下：

把隧道中心线（三维坐标DTA）输入CAD图形中建立一个文件，这个工作一个工地只要做一次。然后把盾构机的空间三维坐标DTA输入CAD图形重新建一个文件，把盾构机空间三维图形复制到隧道中心三维图形中。每次实测的盾构机1～17号任意三点实测坐标，通过CAD拟合命令就可把盾构机的姿态直接在图上量出差值算出盾构机姿态。于是通过前点到后点的距离是4.087米来判断。通过前后点向隧道中线做垂线，通过测量垂线在水平和垂直方向上偏离值来求解盾构机前后点的姿态。盾构机的俯仰角=（H前点-H后点）/。滚动角=(A-C)/(盾构机外径)。前点、后点水平和垂直偏差直接在垂直量距就行。观测时能测点全部测，分组拟合计算，取平均值这样计算的精度就越高。VMT导向系统盾构姿态值和人工检测的盾构姿态值，差值控制在±5mm之内，如超过±5mm需进行盾构机的参数调整。第四部分盾构姿态人工复测第五部分在盾构施工中应注意事项第五部分在盾构施工中应注意事项1、在掘进始发前进行盾构机人工姿态测量,注意观测参考点的均匀分布、足数和有可能含粗差点的判定和剔除,以便精确解算盾构机初始姿态参数,保证激光导向系统正确初始化。2、向系统正确录入隧道中心三维坐标。3、提高地下支导线的精度。4、随隧道掘进、环片拼装进度，及时对激光全站仪进行移站。5、每月进行一次盾构机人工姿态测量，以检核、修正激光导向系统的有关参数。第六部分VMT导向系统中遇到的几个问题及解决方法第六部分VMT导向系统中遇到的几个问题及解决方法1、仪器不照准激光靶(照准BT靶不照准激光靶)

解决方法：（1）、点管理里面的TCA、BT坐标全部删除,特别是属性要删除,然后重新输入。（2）、看一下系统编辑器里面的TBM的里程改变没有。（3）、可以把仪器CF卡格式化2、SLS-S