成都地鐵4號線土建5標VMT導向系統測量技術中鐵十一局集團有限公司成都地鐵4號線土建5標二零一三年八月第一章

SLS-T系統工作原理第二章盾構機的導向系統第三章盾構機的硬件系統第四章盾構姿態人工復測第五章在盾構施工中應注意事項第六章VMT導向系統中遇到的幾個問題及解決方法目錄第一部分SLS-T系統工作原理第一部分SLS-T系統工作原理1、SLS-T采用了3種不同的坐標系統。分別為：大地坐標系統、TBM坐標系統，DTA坐標系統。2、VMT導向系統（SLS-T）的坐標系（1）大地坐標系統主要包括DTA數據、以及輸入到系統里面的TCA，BT坐標。（2）TBM坐標系統以TBM前點為坐標原點；中心軸線為X軸，掘進方向為正；X軸順時針旋轉90度為Y軸；垂直X軸、Y軸平面為Z軸。參考點的坐標采用TBM坐標系，由VMT公司在工廠里面測定。我們根據參考點在大地坐標系統中的坐標及其TBM坐標確定TBM的實際位置。TBM實際位置可以通過三維坐標轉化，CAD擬合求得。（3）DTA坐標系統

這個系統用于確定TBM的位置，也就是TBM的前后參考點。坐標是以水平、垂直偏差和TBM的里程來體現的。下圖為幾種坐標系之間的轉化關系：第一部分SLS-T系統工作原理第二部分SLS－T導向系統第二部分SLS－T導向系統SLS－T導向系統是在Windows操作系統下運行的，為運行SLS－T而必須安裝的文件將由VMT工程師完成，系統軟件包含了很多文件，將在下面予以描述。其中任何一個文件被錯誤的刪除都將使軟件不能正常的運行，用電腦時必須萬分小心。1、目錄及主要文件目錄“\SLS-T”這個文件夾中包含了SLS－T程序文件。用戶可以選擇不同的安裝路徑安裝在電腦上。目錄“\SLS-T\Anim”包含不同的動態文件(例如激光站前移等)。目錄“\SLS-T\DTA”包含所有DTA文件，但是要對其進行編輯必通過SLS－T軟件中的DTA編輯器，絕不能直接對其編輯！目錄“\SLS-T\Tables”包含管片定義文件。目錄“\SLS-T\Log”包括各種日志文件文件夾“\SLS-T\Log\DirCheck”:方位檢查文件夾“\SLS-T\Log\LU”:激光站前移文件夾“\SLS-T\Log\Orientation”:定向文件夾“\SLS-T\Log\RB”:管片拼裝文件夾“\SLS-T\Log\System”:系統第二部分SLS－T導向系統2、幾個定義（偏差值、滾動角、趨向、仰俯角）

偏差值是盾構機前后點相對于DTA或者糾偏曲線的垂直距離。水平方向為正表示在軸線的右方，為負在軸線的左方。在垂直方向上，正表示在軸線的上方，負表示在軸線的下方。

滾動角是表示盾構機相對水平面滾動的大小，正表示向右滾動，負表示向左滾動(面向掘進方向)。

趨向是表示盾構機軸線相對于DTA的偏轉程度，在水平方向上，趨向為正表示TBM相對于DTA向右轉，負表示向左轉。垂直趨向為正表示TBM前面向上，為負表示向下。

仰俯角表示盾構機軸線與水平方向的偏離程度。第二部分SLS－T導向系統

3、軟件界面

第二部分SLS－T導向系統1.水平和垂直偏差[mm]2.水平和垂直趨向[mm/m]3.前參考點（切口）里程[m]4.當前推進環號5.圖示TBM狀態。默認比例是垂直方向上60mm，水平方向上100mm，如果偏差值超出這個范圍則比例自動調整但是表示TBM的圖標大小不改變。6.滾動角[mm/m].正值=向右滾動,負值=向左滾動7.絕對仰俯角[mm/m].正值=TBM向上前進,負值=TBM向下進8.目標靶信號強度，表示激光打在激光靶上的強度，這個值應該總是介于250和1000之間。如果不是，則激光或者激光靶需要擦干凈。渾濁的空氣(如柴油機、焊接所產生的煙等等)也有可能減弱激光強度。9.激光強度表示當前激光的發射強度，激光靶接收強度和激光強有直接的聯系。第二部分SLS－T導向系統10.電腦上顯示的日期及時間

11通訊狀態顯示。綠色表示正常工作，黃色表示在等待狀態，紅色則表示有問題。點擊此符號則

會彈出一個包含當前工作狀態信息的窗口。

12.項目名稱

13.顯示當前程序運行模式（推進，管片拼裝）。

14.預留的顯示其他特殊項目信息的地方。

15.可以通過鼠標或鍵盤操作這些功能鍵，詳情見后。

16.“對話窗口”–信息窗口。下拉滾動條可以使信息上下移動，以便瀏覽（右側）。

17.信息“上一次姿態確定至今的時間間隔”表示最后一次確定TBM姿態是在什么時候。第二部分SLS－T導向系統（1）主屏幕—級別1F1,掘進

從管片拼裝狀態切換到推進狀態。在推進狀態下所有硬件設備都和軟件之間有通訊，并連續顯示當前TBM姿態（激光是打開的)F2,停止測量

從推進狀態切換到管片拼裝狀態。在管片拼裝狀態下時，軟件和所有的硬件設備都沒有通訊，軟件處于凍結狀態(激光也是關閉的)F3F4,管環拼裝

啟動管片選型、拼裝程序。

F5,F6,方位檢查

激活全站儀的方位檢查。全站儀轉向后視點，然后將實測的方位同計算的方位值進行比較。

F7,工地現場圖

可以實時的顯示盾構機當前所處的位置，包括平面和高程。F8,相對CC偏差

顯示相對于糾偏曲線TBM的姿態，在20秒后切換回正常的顯示（相對于DTA的姿態）

F9,打印

將當前實際的屏幕打印到Windows默認打機。

F10,下一步

進入下一級菜單。當前被激活級別顯示在下方的右側。第二部分SLS－T導向系統（2）主屏幕—級別2第二部分SLS－T導向系統F1,TBM歷史記錄顯示被存儲在數據庫里面的TBM姿態錄。F2,TBM圖表圖示每一環TBM的趨向，圖中的點表示前參考點。F3

F4,打印報告F5,管環位置顯示被拼裝的最后一環管片（如果在軟件中包含v有管片拼裝程序的話），它也可以切換到其他管片。F6,F7,F8,刪除掘進此操作有密碼保護，可以從數據庫中刪除一環推進。F9,打印將當前實際的屏幕打印到Windows默認打印機。F10,下一步進入下一級菜單。當前被激活級別顯示在屏幕下方的右側。第二部分SLS－T導向系統（3）主屏幕—級別3第二部分SLS－T導向系統F1,參數編輯器

打開編輯器，通過它可以改變SLS－T的參數。F2,液壓油缸編輯器F3,點管理器

打開點管理器并輸入或編輯將要在SLS－T軟件中用到的TCA站、BT靶的坐標。

F4,DTA

開始DTA計算程序，或用于輸入新的DTA數據。

F5

F6

F7,定位

設置全站儀的定向，它只在管片拼裝狀態下有效。

F8,激光站前移

通過對話形式將激光站移到一個新的點上。F9,結束

詢問是否關閉軟件。F10,下一步

進入下一級菜單。第三部分盾構機的硬件系統第三部分盾構機的硬件系統VMT導向系統硬件主要由以下幾個主要部分組成：1、激光站（全站儀）2、黃盒子3、中央控制箱4、中央電腦5、激光靶6、電纜各硬件的關系圖第三部分盾構機的硬件系統1、全站儀全站儀裝配有馬達和同軸測距儀，能由電腦完全操控。伺服系統可以保證全站儀精確轉動水平和垂直方向，自動識別ATR可以精確瞄準所有常見棱鏡。而且，全站儀還裝配有GUS74激光發射裝置，發出的激光被調整到跟全站儀視準軸平行，此裝置用來激活激光靶。使用全站儀要注意的幾個問題：（1）全站儀要注意激光是否偏移，定期不定期的對激光進行檢查，校準。（2）全站儀的接口為Geocom，協議為RS232Geocom,波特率：9600，奇偶：無，數據位：8，停止位1，否則儀器不能進行通訊。第三部分盾構機的硬件系統2、黃盒子

黃盒子成對使用，分為局部黃盒子和遠程黃盒子，他們的主要功能是進行數據傳輸及對全站儀供電。

局部黃盒子安裝在盾構機上，通過一根十芯電纜將數據傳輸給中央控制箱，并且發送、接收遠程黃盒子傳輸的數據。

遠程黃盒子安裝在全站儀旁，通過一根四芯電纜將數據傳輸給全站儀，并對全站儀供電。使用黃盒子要注意的幾個問題：

（1）在移動黃盒子過程中不要提黃盒子的天線，天線斷了會影響黃盒子的數據傳輸功能。

（2）防止雨水和灰層進入插頭、插座。否則將不能工作或者嚴重損壞。第三部分盾構機的硬件系統3、中央控制箱

中央控制箱主要起聯系作用,它向外給局部黃盒子提供電源,也給激光靶提供電源。同時它還負責將從激光靶及激光全站儀傳來的數據轉化為電腦能夠處理的數據。同樣電腦給全站儀發出的控制數據也在中央控制箱被轉化為適當的數據形式。

使用中央控制箱要注意的幾個問題：

（1）中央控制箱的位置要在隱蔽的地方，防止人為的破壞及電瓶車溜車可能帶來的臺車撞擊中央控制箱。

（2）中央控制箱的接口較多，要留意并牢記每個接口的功能。第三部分盾構機的硬件系統4、中央電腦

中央電腦通過網線與中央控制箱連接，接收、處理中央控制箱傳來的數據。我們通過對電腦的操作來完成對導線系統的控制。最終的結果會在導向系統的界面上顯示出來。

使用中央電腦要注意的幾個問題：

（1）中央電腦除了盾構機操作手及測量隊可以操作外，其他人員嚴禁使用。

（2）插在電腦上的U盤在插入之前確定無毒，防止電腦中毒使導線系統不能正常工作。

（3）VMT人員給的系統還原U盤要保存好，它能還原系統，恢復數據。第三部分盾構機的硬件系統5、激光靶

激光靶用來確定偏航角、滾動角及俯仰角。入射激光點的X坐標及Y坐標也由激光來測定。通過電纜連接在中央控制箱。偏航角通過CCD照相機和特殊鏡頭系統測定。在激光靶內置雙軸傾斜儀。一個為縱向放置，一個為橫向放置。這個傾斜計最終測出TBM的絕對滾動角和絕對俯仰角。通過CCD照相機可以測定入射激光束的光斑。光斑相對于激光靶縱軸的X坐標和Y坐標由CCD測定。激光靶與全站儀之間的距離由全站儀測定，激光靶上需裝一棱鏡。位于前屏幕后面的二極管根據激光靶不工作時發出不同顏色的光：藍色=電源充足，深綠色=測斜儀錯誤，黃色=lead測定錯誤，淺綠色=XY測定錯誤。工作時只有藍色燈亮。

使用激光靶要注意的幾個問題：

（1）對激光靶設置保護罩，防止漿液噴射在屏幕和小棱鏡上。

（2）激光靶周圍不能有強光，會給激光帶來干擾。第三部分盾構機的硬件系統6、電纜電纜主要作用就是傳輸數據、供電。主要有三根電纜，分別是：局部黃盒子與中央控制箱之間，遠程黃盒子與全站儀之間，激光靶與中央控制箱之間。使用電纜要注意的幾個問題：（1）插孔要對齊之后能輕松插入，不能使用蠻勁硬來，容易弄斷里面的針頭。（2）電纜不能長久彎曲，否則容易折斷。（3）電纜放置在免受擠壓，溫度過高的地方。第四部分盾構姿態人工復測第四部分盾構姿態人工復測1、盾構姿態人工檢測在盾構施工的過程中，為了保證導向系統的正確性和可靠性，在盾構機掘進一定的長度或時間之后，應通過隧道內的導線控制點檢測盾構機的姿態，進行盾構姿態的人工檢測。盾構施工中所用到的坐標系統有兩種：城建坐標系統（DTA使用的是城建坐標系）、TBM坐標系。2、盾構機參考點的測量在進行盾構機組裝時，VMT公司的測量工程師就已經在盾體上布置了盾構姿態測量的參考點(共16個)，如下圖。并精確測定了各參考點在TBM坐標系中的三維坐標。我們在進行盾構姿態的人工檢測時，可以直接利用VMT公司提供的相關數據來進行計算。其中盾體前參考點及后參考點是虛擬的兩個點，實際盾體上不能給定的。盾構姿態人工檢測的測站位置選在盾構機連接橋端頭管片上,測量時，根據現場條件盡量選參考點之間連線距離大一些，提高測量計算的精度。第四部分盾構姿態人工復測第四部分盾構姿態人工復測3、盾構姿態的計算

盾構姿態的計算原理，盾構機是圓柱體，在開挖掘進過程中我們不能直接測量其前點和后點的中心三維坐標，只能用間接法來推算出前、后中心的三維坐標。第四部分盾構姿態人工復測

盾構機空間幾何關系（A、B、C、D、1…17）在盾構機出廠時已測定。計算簡單的說就是三維坐標的轉換。在如圖O點是盾構機前點中心，A是盾構機中體后點中心，即OA連線為盾構機的中心軸線，由0、1、2、3（123為盾構機出廠時VMT公司測定整個盾構機三維坐標關系點中21個點中任意三點）四點構成一個四面體，測量出1、2、3三個角點的三維坐標（xi,yi,zi）,根據三個點的三維坐標（xi,yi,zi）分別計算出LA1,LA2,LA3,L12,L13,L23,四面體中的六條邊長，作為以后計算的初始值。在盾構機掘進過程中，通過對1、2、3三點的三維坐標測量來計算出A、O點的三維坐標。同理可推算出B、C點的三維坐標。由A、O、B、C兩點的三維坐標就能計算出盾構機前、后點的水平偏航，垂直偏航，仰俯角和滾動角，從而達到檢測盾構機姿態的目的。第四部分盾構姿態人工復測4、通過AutoCAD作圖求解盾構姿態

通過幾何解算盾構姿態方法的缺點是在內業計算時，如果用人工手算，其工作量相當大，而且難免出錯，因此我們在進行解算時，是利用AutoCAD進行作圖求解，相對于用幾何方法解算，速度要快很多。其操作過程如下：

把隧道中心線（三維坐標DTA）輸入CAD圖形中建立一個文件，這個工作一個工地只要做一次。然后把盾構機的空間三維坐標DTA輸入CAD圖形重新建一個文件，把盾構機空間三維圖形復制到隧道中心三維圖形中。每次實測的盾構機1～17號任意三點實測坐標，通過CAD擬合命令就可把盾構機的姿態直接在圖上量出差值算出盾構機姿態。于是通過前點到后點的距離是4.087米來判斷。通過前后點向隧道中線做垂線，通過測量垂線在水平和垂直方向上偏離值來求解盾構機前后點的姿態。盾構機的俯仰角=（H前點-H后點）/。滾動角=(A-C)/(盾構機外徑)。前點、后點水平和垂直偏差直接在垂直量距就行。觀測時能測點全部測，分組擬合計算，取平均值這樣計算的精度就越高。VMT導向系統盾構姿態值和人工檢測的盾構姿態值，差值控制在±5mm之內，如超過±5mm需進行盾構機的參數調整。第四部分盾構姿態人工復測第五部分在盾構施工中應注意事項第五部分在盾構施工中應注意事項1、在掘進始發前進行盾構機人工姿態測量,注意觀測參考點的均勻分布、足數和有可能含粗差點的判定和剔除,以便精確解算盾構機初始姿態參數,保證激光導向系統正確初始化。2、向系統正確錄入隧道中心三維坐標。3、提高地下支導線的精度。4、隨隧道掘進、環片拼裝進度，及時對激光全站儀進行移站。5、每月進行一次盾構機人工姿態測量，以檢核、修正激光導向系統的有關參數。第六部分VMT導向系統中遇到的幾個問題及解決方法第六部分VMT導向系統中遇到的幾個問題及解決方法1、儀器不照準激光靶(照準BT靶不照準激光靶)

解決方法：（1）、點管理里面的TCA、BT坐標全部刪除,特別是屬性要刪除,然后重新輸入。（2）、看一下系統編輯器里面的TBM的里程改變沒有。（3）、可以把儀器CF卡格式化2、SLS-S