文档介绍：第卷第期土木工程学报
年月
盾构机实时姿态测量和计算方法的研究
唐争气赵俊三彭国新
中南大学湖南长沙湖南城市学院湖南益阳
昆明理工大学云南昆明广州地铁设计研究院广东广州
摘要介绍盾构机姿态的描述方式以及盾构机姿态测量原理与方法。结合自动化测量机器人的功能提
出基于测量机器人对盾构体前体上两点进行三维坐标测量根据安装在盾构机机体上纵、横两个精密测倾
仪实时采集的盾构机俯仰角、滚动角来确定盾构机的实时空间位置和水平方向的偏航角的方法根据个欧
拉角描述姿态测量的原理推导出其姿态计算方法并给出姿态计算的程序实现流程。对全站仪采集的坐标测量
点和盾构机的基准点的测量精度进行了分析。广州地铁号线大学城段的测试实验结果与激光自动导向系
统的计算结果吻合结果表明两基准点的计算精度完全满足实际工程的精度要求误差比规范要求要小。
关键词欧拉角姿态测量全站仪精度分析
中图分类号文献标识码
文章编号

’

时也成为城市现代化的重要标志和窗口。盾构技术与
引言传统地铁隧道施工技术相比较具有地面作业少、对
周围地表沉降和环境影响小、自动化程度高、人员劳

随着我国城市现代化进程的稳步推进一些特大动强度小、施工速度快等优势有着良好的综合效益。
城市大力发展地铁以缓解城市交通压力。很多城市都随着长距离、大直径、大埋深、复杂断面盾构施工技
已规划或已经开始了地下铁路的建设。地铁由于其独术的发展、成熟盾构施工方法越来越受到重视和青

特的优点已经成为特大型城市的主要交通手段同睐逐步成为地铁隧道的主要施工方法。在盾构施工
作者简介唐争气博士研究生讲师过程中需确定盾构机的实时位置和姿态以确保沿
收稿日期着设计的预定线路掘进从而保证施工的质量。盾构
第卷第期唐争气等· 盾构机实时姿态测量和计算方法的研究· ·
机姿态的控制质量直接影响到隧道掘进方向的控制精两类。人工测量法人力投入大、测量频率高、对隧
度对隧道管片的拼装质量同样也有影响。姿态控制道掘进干扰大、数据处理慢、无法获得盾构机的掘进
不好容易导致隧道蛇行、与设计轴线偏差过大甚至过程中的实时姿态和偏差、施工控制较困难但是设
侵限盾构姿态偏差较大还会导致盾尾间隙过小以及备投入少、成本较低。自动姿态测量导向系统
盾尾碰、刮即将脱出的管片从而使管片错台或开裂。可全天候对盾构机姿态进行测量、控制实时计算
通过深入研究国内外的几个导向系统研发金地并显示盾构机姿态具有人力小、测量频率高如每
掘进导向系统独立设计出盾构机的姿态测量的方测量一次、对隧道干扰小、测量速度快和数据处
法现供大家探讨。理强数据和图像显示等优点。自动导向系统有激光
全站仪测量机器人导向和陀螺仪导向两种。在国
盾构机姿态的描述内自动导向系统正逐步成为盾构隧道测量技术的主流。
人工测量法在盾构顶部垂直中心位置安装前后

在实际观察目标的运动中我们可把目标对象看靶把测量仪器安置在隧道顶部的测量台商通过测
然后相对预定或起始的水平
做是先是重心平移量前后靶的中心的坐标和距离计算出刀盘中心的坐

方向偏航然后自身重心的俯仰和