关于盾构机实时姿态测量和计算方法的研究参考文本

关于盾构机实时姿态测量和计算方法的研究参考文

本

In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each

Link To Achieve Risk Control And Planning

某某管理中心

XX年XX月

关于盾构机实时姿态测量和计算方法的

研究参考文本

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随着社会经济的发展和城市建设的加快，城市规模不

断扩大，人口不断增多，交通越来越来拥挤。一些地方的

城市建设者为了治理交通拥堵，分散交通压力。不断寻求

解决方式，修建地铁成为了一些城市建设者的主要的选择

方式。但是在修建地铁的过程中，工程量非常大，施工难

度相对较高。在地铁施工过程中，采用盾构技术，与传统

的施工技术相比，有着许多优势，逐渐成为地铁修建过程

中的主要施工方法。本文将主要分析盾构姿态的测量的原

理和方法，探究盾构姿态的测量的精度分析。

盾构机姿态简介

盾构施工过程就像生活中的目标运动，先进行重心平

移，然后在运动的过程中偏航，最后进行自身重心的滚动。因此，在盾构施工过程中，需要监测的数据是盾构机位置和姿态的参数。主要是三维坐标和滚动角、偏航角和俯仰角。

盾构机姿态的控制对整个工程施工意义重大，它决定着施工的质量和隧道推进方向的精度。一旦控制不好，容易导致隧道偏差过大和盾尾间隙过小而相碰。

盾构机液压系统

液压系统是盾构机的核心部分，盾构机的工作机构主要是由液压系统驱动完成，对盾构机系统的运行起着很大的作用。盾构机的液压系统主要包括两大系统，一是推进系统，二是主动铰接系统。

2.1.推进系统

盾构机的主要工作系统是推进系统，它主要是通过油缸作用于成型观片，以此来实现盾构前进。推进系统的动

力单元是一台80L/min旋转柱塞泵，执行元件是24个油缸，调节和控制部分包括方向的控制、油缸电磁阀的选择、安全阀、节流阀等。盾构机工作时的最大工作压力是35MPa，液压泵最大推进流量是80L/min，推进油缸是240/180-1950（mm）。

2.1.1.推力计算

盾构机共有推进油缸24个，总推力是这24个油缸的推力之和，那么在液压系统的最大推力F最大-24×P×Sn 中，P表示油缸的最大压强，S表示活塞面积，因此，F最大-24×35×106Pa×3.14×0.122㎡≈37981t

2.1.2.推进速度计算

盾构机的最大推进速度就是油缸的最大伸长速度，S-1/T，T-V/S1,在这个公式中，S表示最大推进速度，T表示伸长1mm所需要的时间，V表示伸长1mm需要的油液体积，S1为推进流量，S为74mm/min。因此，当前的盾构

机最大推力是1200kN,掘进速度是40—65mm/min,推进系统的设计完全符合要求。

2.2.铰接系统

盾构机的调向主要使用铰接系统，通过调向，使得盾构机形成一定角度，便于控制。铰接系统的动力单元是一台25L/min的高压泵，执行元件是16个270/160-190（mm）的油缸。

铰接系统的最大压力是35MPa，液压泵的最大流量是25L/min，铰接油缸是270/160-190(mm),铰接力F最大-P×S≈2003kN,其中，P是最大压强，S是活塞面积，盾构机自身重量是300t，钢和土体之间的摩擦系数是0.5，前盾和土体的摩擦力是Fˊ-G×ц-150t≈1500kN，G表示前盾自重，ц表示静摩擦系数。盾构机实时姿态的计算方法

3.1.测量原理和方法

盾构机姿态测量的原理: 盾构机前体位置上要选择两个

控制点，这两个控制点不能在同一条直线上，在控制点上还要安上反射片。在测量过程中，为了保证测量的便捷性，应当尽量保证这些控制点和盾尾通视，同时要保证在测量过程中，控制点上的反射片不能脱落或者是移动位置。为了保证盾构机上的控制点、刀盘中心和初始姿态的相对关系，在盾构机上已经安装好的前基准点、后基准点以及刀盘上方应当各布置一个临时观测点，并且要在盾构机的前体位置上设置一些其它观测点。盾构机工作前，应当对盾构机上的所有控制点以及临时观测点进行初始坐标测量，这样就可以测量出盾构机的具体姿态和位置信息。

3.2.分析姿态测量的精度

盾构体的姿态测量的观测值是由两棱镜的坐标和滚动角、俯仰角组成，坐标的误差是由全站仪的精度决定的；而滚动角、俯仰角是通过双轴倾斜仪进行测量的，它的误差是由倾斜仪的精度决定的。全站仪是一种智能仪器，它

主要由三部分组成，分别是电子经纬仪、光电测距仪和数据处理系统。

两棱镜安装位置的确定是很困难的，因为在安装时没有参照物，很难求得偏航角。因此，在安装两棱镜的时候，往往采取的是坐标转换的办法，通过坐标转换，就可以定位两棱镜的相对位置。盾构机的测量过程以及计算过程必然会产生误差，因此，需要对误差进行评估。

3.3.提高精度测量的办法

3.3.1.使用高精度测量仪器

如果使用测量精度为3mm的仪器，处于刀盘中心的Z 坐标的误差平均值会达到5.8mm，这个数值大约是仪器误差的两倍；如果使用精度为5mm的仪器，误差平均值会达到34mm。所以，如果能够使用高精度测量仪器，将会有效的减少盾构机的测量误差。

3.3.2.采用多点复核测量