姿态测量方法

盾构机姿态测量实例

德国VMT公司制造的盾构机掘进姿态测量方法。

1，德国VMT公司制造的盾构机。在盾构机主机横向截面上有18个由螺母构成的测量标志点，这些点在盾构机构建之时就已经定位，每个点相对于盾构机的轴线有一定的几何关系，并在由盾构机轴线构成的坐标系中有坐标数据。盾构机轴线坐标数据如下图：

2 测量标志点

对于德国VMT公司制造的盾构机上有18个点，单只要测出其中任意3个点（最好取左中右3个点）的实际三维坐标，就可以计算出盾构机的姿态，在进行测量时，当盾首中心为坐标原点，其三维坐标为（0，0，0）盾首与盾尾的距离为4.34m，盾尾中心的三维坐标为（—4.34，0，0）。同样在该坐标系中，从表中可以查出3，8，15三个点的三维坐标分别为（X1，Y1，Z1），（X2,Y2,Z2）,(X3，Y3，Z3,) .由此可以列出利用该三个点计算盾首中心的三维坐标

（X首，Y首，Z首）和盾尾中心三维坐标（X尾Y尾Z尾）的两组三元二次方程组的数学表达方式。

计算盾首中心三维坐标数学方程组为：

（X1−X首）2

+（Y1−Y首）2+（Z1−Z首）2

=（−3.9567）2+（−1.9917）2+（1.6565）2

（X2−X首）2

+（Y2−Y首）2+（Z2−Z首）2

=（−3.9701）2+（−0.3638）2+（2.8150）2

（X3−X首）2

+（Y3−Y首）2+（Z3−Z首）2

=（−3.9560）2+（2.3056）2+（1.1695）2计算盾尾中心三维坐标数学方程组为：

（X1−X尾）2

+（Y1−Y尾）2+（Z1−Z尾）2

=（−3.9567+4.34）2+（−1.9917）2+（1.6565）2

（X2−X尾）2

+（Y2−Y尾）2+（Z2−Z尾）2

=（−3.9701+4.34）2+（−0.3638）2+（2.8150）2

（X3−X尾）2

+（Y3−Y尾）2+（Z3−Z尾）2

=（−3.9560+4.34）2+（2.3056）2+（1.1695）2

上述3.8.15三个点是在以盾构机轴线构成的坐标系中，盾首中心为坐标原点（0，0，0）盾尾为（-34.4，0，0）的条件下的坐标系。当盾构掘进过程中实测出该三个点的某一里程的大地坐标非别为

X1=45336.775，X2=45336.610，X3=45336.461

Y1=29534.236，Y2=29535.846，Y3=29538.525

Z1=-1.434 Z2=-0.236 Z3=-1.885

把以上数据代入第一组方程组，可解算出盾首中心在某一里程的大地三维坐标：

X首=45340.608，Y首=29536.538，Z首=-2.975

在该里程上盾首中心的设计大地三维坐标为：

X首=45340.610，Y首=29536.520，Z首=-2.945

由此得到三维坐标较差：

△X=-2mm，△Y=18mm, △Z=-30mm

则可计算出盾首中心左右上下偏差，其分别为：

+（−2）2+182=18mm （正号标示偏右），-30mm（负号标示偏下）

把以上数据带入第二组方程组，可解算出盾尾中心在某一里程的大地三维坐标：

X尾=45336.280，Y尾=29536.209，Z尾=-3.083

在该里程上盾尾中心的设计三维坐标为：

X尾=45336.282，Y尾=29536.192，Z尾=-3.055

同样由此得出三维坐标较差：

△X=-2mm，△Y=17mm，△Z=-28mm

则可计算出盾尾中心的左右上下偏差，其分别为：

+（−2）2+172=17mm （正号表示偏右），-28mm（负号表示偏下）

同时可计算出盾构机的坡度：

【（-2.975）-（-3.083）】/4.34=+2.5％

从以上数据可以得知，在与对应里程上盾首中心和盾尾中心设计的三维坐标比较后，就可以得出盾构机轴线和设计轴线的左右偏差值和上下偏差值，以及盾构机的坡度，这就是盾构机的姿态。

当然，如果盾构机没有预先设置的标志，可自行设计观测点标志，通过测量和计算这些点与盾构机几何结构的关系后，便可依照上述方法，根据测量数据计算出任意时刻和任意里程出的盾构机姿态。