[实用新型]盾构自动导向测量目标靶及测量系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种盾构掘进实时导向测量系统，以及该系统所使用的测量目标靶。

背景技术

盾构掘进技术是地下暗挖隧道的一种工程技术，而确定盾构机在掘进施工中的状态是工程技术的关键。盾构导向测量系统利用先进的测量、传感和计算机技术，实时检测盾构机所在的位置、状态和趋势信息，并随时与设计隧道轴线进行比较，以直观的方式向盾构机操作人员提供信息，以便及时进行纠偏处理。目前，公知的盾构导向测量系统所采用的目标靶包括：可控开关的双棱镜、三棱镜系统（其下简称多棱镜系统），也有采用固定单棱镜加指示激光测向模式。不同的目标测量靶所能提供的测量结果的种类不尽相同，其对应的处理方法也不同，最终，系统要对结果进行空间位置变换计算，从而得出盾构掘进设备的实际状态。通过对不同测量结果的处理，系统要计算出两种必要参数，其一是盾构机的轴线方位角，其二是盾构位置距离信息。

现有采用单棱镜加指示激光模式的导向系统需要兼具可发射指示激光的全站仪，而激光处理模块也往往过于复杂，现场人员无法对其结果进行有效的控制，后期的保养维护困难，无端地增加系统成本和出错的概率。

多棱镜法是将两个以上的目标棱镜安置在盾构机内，各棱镜与机器的空间关系已知，当全站仪完成所有目标棱镜的测量后，即可计算得出盾构机的三维位置。一般来说，多棱镜间的间距越大，系统的精度越高，反之越低。如采用此方法，全站仪要不断地在该多个目标棱镜间切换角度以完成测量，由此会加速全站仪轴系的磨损，影响仪器寿命，由于要对每个目标棱镜进进行测量，整体所需时间较长；采用多棱镜法往往受限于工况现场安装位置的狭小，很难实现标准化的安装；当盾构机在小半径的转弯施工时，全站仪往往无法观测到全部的目标棱镜，从而无法完成测量。

发明人为了解决现有导向测量系统的问题，而研究了一种自动导向测量目标靶及测量系统。

发明内容

本实用新型的目的之一是提供一种盾构自动导向测量目标靶，该测量目标靶不仅构造简单，且组装结构紧凑，安装方便。

本实用新型目的之二是提供一种盾构自动导向测量目标靶，只使用一个棱镜，且无需配备带指示激光的全站仪，使盾构导向系统造价和维护成本较低。

本实用新型目的之三是提供一种盾构自动导向测量目标靶，可以适用于各种不同的工况环境，尤其是隧道半径狭小的工况环境，可使全站仪能够于同一测站连续观测多次，更无需频繁移动全站仪的位置或反复做切换方向的机械转动，延长全站仪使用寿命。

本实用新型更提供一种盾构自动导向测量系统，其包含了上述测量目标靶，使该自动导向测量系统相对于现有于盾构机内纵向设置的两个目标棱镜的测量系统，具有更精密的测角功能、可消除测角误差对测量结果精度的影响，且具有自我校验能力。

本实用新型为了实现上述目的，该目标靶包括于盾构机内部设有一个能够沿一个直线坐标移动的目标棱镜，该直线坐标与盾构机的轴线空间关系为已知，该目标棱镜能够于该直线坐标上的任何位置停留。

沿直线坐标移动的含义包括：该目标棱镜可受驱动而到达直线坐标上指定位置停留，或者经驱动到达非指定位置，但该棱镜相对于直线坐标的位置可测得或计算得到的两种驱动方式，或者两种方式的综合。

该目标棱镜受一个驱动模块驱动，该驱动模块包括由丝杠、滑块、导轨、步进电机组成，该丝杠上设有滑块，滑块至少一端滑设于一直线导轨，该目标棱镜设于该滑块上，该丝杠与一个步进电机连接，由步进电机驱动丝杠旋转，使滑块于直线导轨上滑移。

于该直线导轨的两端更分别设有限位开关（S1）和(S2)，限位开关与步进电机的控制电路连接，当滑块于直线导轨滑动而触碰到两端的限位开关(S1)或（S2）时，使步进电机驱动停止。

所述目标靶的直线导轨的安装方向为可调，较佳是将所述目标靶的直线导轨以纵向方向设置于盾构机内部，且直线导轨的安装方向与盾构机的轴线相平行。  

另包含一个靶箱，所述直线导轨、丝杠、滑块、棱镜、步进电机、限位开关密封于该靶箱内，该靶箱后端有玻璃窗口。

另一种设计包含一个唇形壳体，所述直线导轨、丝杠、滑块、限位开关设置于该唇形壳体内，该棱镜裸露于该唇形壳体外。

一种自动测量系统，包括前述自动测量目标靶，以及设于盾构机后方的具有自动识别功能的全站仪。

所述系统还包括一个双轴倾斜仪，该双轴倾斜仪设于盾构机内，并与该目标靶组装于在一起，或单独设置于安装基座上。