地铁盾构掘进导向系统

地铁盾构掘进导向系统1系统的构成地铁盾构掘进导向系统是由英国ZED公司生产的ZED261盾构姿态测试仪和自行研究开发的数据采集管理系统组成。集测量、仪器仪表和计算机技术于一体，具有对盾构掘进姿态、与隧道设计轴线偏离进行动态测量的功能，测量所得的数据由后位工业计算机进行数据处理；向施工人员提供实时图控界面、数据查询手段和参数设置等友好的人机交换界面。(1)ZED261盾构姿态测试仪的构成ZED261盾构姿态测试仪是ZED公司生产的、专门用于隧道掘进过程中实时动态测量盾构掘进时的姿态和偏离设计轴线数据的仪器。1986年曾被授于英国技术成果女皇奖，成功地应用在英法海峡隧道的施工中，创掘进隧道80km偏差50mm的纪录。它由目标单元、倾斜单元、控制单元、激光枪、小型终端机和分配箱等六部分组成，见图1。图1ZED261盾构姿态测试仪的构成①目标单元目标单元是个具有透明屏幕的长方形盒子，在一端有用于连接电缆的插座。它用来接收激光信号，能测量激光束照射在其靶面上的位置和入射角度。一般目标单元安装在盾构前部的托架上，可以每50mm间距水平移动，也可以3°的角度转动，因此能覆盖更大的目标区域。其工作原理为：激光束通过前部透明屏幕进入目标单元(部分散射)，部分光击中安装在单元底部和侧面的传感器，传感器可以探测光束进入屏幕时的位置；其余的光束通过透镜到达安装在轴心上的传感器，此传感器装在单元的后部，用来测量光束的倾角。后部的传感器与前部透明屏幕距离较大。因此，如果激光束很弱，就会造成读数不精确。从传感器出来的信号被转换成电子信号，并通过单元后部的电缆输入到控制单元。②倾斜单元倾斜单元内装有两只高稳定性、彼此成90°的传感器。传感器利用钟摆重锤原理，测量重锤相对于重力的角度，然后转换成电子信号(脉冲信号)，送入控制单元进行计算。两只传感器分别测量滚动角(绕盾构主轴的旋转)和俯仰角(在垂直面中的旋转)。移动范围为±30mm/m以上，精度达0.5mm/m以上。长方体的倾斜单元应固定在目标单元附近。③分配箱分配箱是系统中最简单的单元。它有两个功能：连接目标单元与倾斜单元的信号，并使信号输入到控制单元；向目标单元和倾斜单元提供电源。④控制单元控制单元是系统的中央"大脑"和记忆中枢，所有各单元提供的信息，都由控制单元来进行处理、计算和储存，决定系统如何运转的控制软件把各信息计算后的结果显示在屏幕上，数据可通过显示屏幕下面的按钮来选择，各项控制参数和修改参数也可用KEY钥匙钮打开输入口后输入。⑤小型终端小型终端是一种类似于手提计算机的装置，它具有以下功能：输入和储存设计轴线参数(DTA表)、激光枪的坐标参数；对控制单元进行一系列的检测；与下位控制单元和上位工业计算机进行通信；能接收上位工业计算机上编制的设计轴线DTA表参数。(2)数据采集系统的构成骑数据采集系统弓主要由通信接慌口、实时监控草和数据采集管星理三大模块组茧成，主要完成除与偏ZED26终1鸣的数据交换渴。电能①歉通信接口模东块凳掌通信接口模块己是数据采集管杆理系统的前向组通道，采调用广ZED26叶1用系统的通信协刑议和通信规约茂，价经查ZED26妇1冬控制单元的通须信接口进行数贡据交换，实时涂刷新各项所需执数据，并把数凡据放入数据缓叨存区，再搞以味DD芬E完方式向后续模颂块提供各项数域据似。眠阿由傅于望ZED26播1但通信限定跑为驾RS崖-232C妻/960须0思波搬特洽(魔单部工配)思方式，所以数誉据刷新周期损为圆30刷S丝。奔晋②牌实时图控模液块棋垒实时图控模块独把实时测量数五据以图形方式纽显示在计算机目各界面上，有庭实时测量、姿速态测量、系统懂检测等界面。狠其主要功能有绝：盾构的姿态坏显示、系统状办态检测，以及阵完成对其它功么能模块的协调网。疮唇·凉胃实时测量界面爱：柿往实时测量界面警以图形方式表歌示旁ZED26星1幅盾构姿态测试脏仪所测得的实珍时动态数据，稿其中有盾构的拆现在位置和预隆测位置，游标蒙方式显示盾构竞的坡度值以及傲滚动角的当前炸值，同时界面忆上还用实时动古态曲线表示滚颠动角和俯仰角皱连续变化的实歼况陆。廊芬·裳播盾构姿态测试偿界面截：老悉盾构姿态测试渴界面以实时动网态曲线方式显悟示了盾构从前膊段时间直到当龙前对于设计轴巧线的偏离情况骤，从两个方面拥描述了盾构的悔位置实撑况朱(戴水平面和垂直胆面师)禾；另外也以图艳象方式显示了揉盾构的姿态；缘滚动角和俯仰棕角，整个界面骤具有动画效果争，可以让人对邻盾构目前的姿丢态以及推进的屡情况有一个直兵观的了解。蔑·拨产系统检测界面昆：虑挤系统检测界面谈主要用于检艰测京ZED26茧1帮盾构姿态测量士仪本身的性能池，以保证整个取系统工作的可朱靠性。界面显搬示出激光束照踏射在目标单元庙前部透明屏幕财上的位置，同冰时也用游标方却式显示盾构的久滚动角、俯仰泳角及相应参数泉值。界面上还胀用实时图形方励式显示出激光塘枪到目标单元索的一个组合画争面，这样可让苗操作人员了解桂整础个钥ZED26薪1龟盾构姿态测量阔仪的目前状况帆。木捧③翻数据管理模幻块递越数据管理模块询要实现与通信厉模块的数据通钥信；实现数据腾定时采集；对宽所采集的数据断进行建库、查扒找、打印等，柳具有以下功能问：银灭·寸臣测量数据报表索功能青：直迁把测量结果以骨报表形式显示棍并打印输出，嫩可对测量结果通进行查看，也初能输出特定某节一环的测量报疯表栗·泥酷测量数据管理淡功能滴：西层对系统采集的锐各环测量数据灰进行查找，有汁单环数据的查两找和环间数据提的查找，查找每结果可是数据袖报表或是数据艘曲线；在环间诉查找中可选择浪目标的现在位汗置、目标的预偷测位置或目标仍单元屏幕上当译前激光照射位馅置的数据等脉。势大·副鹰测量参数管理再功能侍：袍挺测量参数管理焰功能是完成对宰各项测量参数起包括本地铁工吐程的设计轴线得坐标参数、测氧量实际结果参摘数、测量修正醒参数等的管理放。煮遥·灿生系统通信检测沉功能桃：鲁首从模块界面上脚可以清晰地了筐解茂到柳"升数据采集管理别系挖统再"瓣和凤ZED26吩1已系统之间实时教动态的通信和亿数据交换的情苗况握。赖捡2今卵系统的工作原梁理羞防(1)ZED傍261笋恒盾构姿态测量拴仪工作原绵理墓么奶当盾构在掘进版时处于某一位徒置担(爽N破、透N+蒸1盘之受间四)爆，以掘进距离钓和激光枪的坐抛标点为基点，余计算出目标单响元的目前坐标命点扰M疮，见险图应2晴、漂图顿3甩。街相NM=NA旦+付Δ慕N急鉴Em=EA更+租Δ括E搂馆ZM=ZA挣+民Δ论Z怠鞠其中织：怜Δ扎N=S·co佣s城α艳Δ融E=S·si葛n寺α随Δ梦Z=S·t希g捷α甚α碗=180°谦-揭β朵测量开始前，生系统要求输入役目标单元的坐陈标、激光枪的籍坐标、隧道的叮设计轴线坐标鼓，并调整好起王始参数。充图正2某砍掘进距离和激辩光枪坐标点闭图顶3亚盏计算目前坐标干点幸当盾构掘进开颈始，盾构沿着嘱轴线向前推进挡，由于盾构所递处的地质条件逐不同，盾构推仙进时的姿态将淹发生各种变化萝，这些变化就不会具体地反映残在系统上，引搞起各项参数的悼变化，一是目剑标单元上的激联光点位置将沿母X列轴饰或抄Y肢轴的变化，其戏次是倾斜单元急的参数变化。受(2辟)其数据采集管理涌系统的工作原丈理伶殖数据采集管理锡系统主要的任撕务有三项：实歪现锅与玉ZED26袜1茂系统的数据交索换；实时监控奏界面；数据管顽理系统辅。域扩①居系统软件的结桂构怎智系统数据流是盗从扶ZED26地1跪开始，经通信谎接口，由后位声计算机采集，罩流进实时图控虾模块和数据查赠询模块后，最截后到达结果输持出模块，见依图肃4籍。锁图用4在扰系统数据流程桶②罩系统数据详库问拦系统数据库采兴用推了滚ACCESS北2.其0沃，这是因西为罚"忆数据采集管理拢系搁统谣"爱多数程序是婶用齿V彩B式编制的，睁而连V葛B庙可以直接捆浸绑调ODB夺C脚类型的数据库桌，且具演有暂SQ壶L帖的功能。采架用丘ACCESS脚2.喜0撕后，有利于进烂行数据查找等缠一系列的操作害，由锤于慨ACCES混S邻又企是绞WINDOW啦S西下通用的数据判库，所以易与堵其他软件进行木数据交换。豆3动亮系统的主要技碍术指丛标旦蚀(1)ZED意26赶1法盾构姿态测量职仪兽觉仪器测试精度庆：晒±潜15mm歇规仪器综合测试矮精度尖：州±齐25mm闯涉(2)J悔2仔固体激光经纬鸡仪否皆激光波长霞：束635n递m坐曲有效射程：票200m节寨水平方向标准女偏差孕：贼±哭2慨″自垂直方向标准秤偏差宪：刷±欢2挂″土(3律)偿数据采集管理浑系则统基璃系统硬件：工枝业屠级建58代6挨电太脑运IPC-PT爱/M500S董(PC)WO阵U闯筑基本配置豆：意CP锐U便奔饺腾零166MH掉z疯、硬盘貌3.2G恢、耻880×72饱0坏液晶真彩显示乖器皇(傻带触摸功耐能咱)亮系统软件平台召：对MSWIN德DOWS9重5骂、塔INTOUC傲H5.皮0垫、买MSVC4.杀0刊、挨MSVB4.演0丧、荡ACCESS肝2.铸0今游系统通信模块城技术参至数党拾通信物理连接筐：诸RS寄-232C糖真波特率姐：傍9600部(附单共工史)诱惭通信协议缝：脏INFORM仆ATION的ONMES将SAG阿E够鸭FORMAT陷FORZ肝EDTUN改NE呀L绿掏GUIDAN坚CESYS类TEM露S祖系统测量精度亚：央±喜18mm歌南4牙蕉工程应闹用眼走地铁隧道掘进异导向系统已应斜用