[發明專利]融合地層信息的盾構機定位及糾偏系統及方法

有效

• 申請號: 201610156680.5
• 申請日: 2016-03-18
• 公開（公告）號: CN105736007B
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 朱術林;路林海;孫捷城;王國富;王德超
• 申請（專利權）人: 濟南軌道交通集團有限公司
• 主分類號: E21D9/093
• 分類號: E21D9/093;E21D9/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

1.融合地層信息的盾構機定位及糾偏系統，其特征是，包括行程測量單元，行程測量單元將測量的信號傳輸至數據處理單元，數據處理單元根據接收的行程測量單元測量的姿態數據轉換成盾構機的軸向位置；

慣性導航系統將采集的數據傳輸至數據處理單元，數據處理單元根據接收的慣性導航系統測量的數據轉換成盾構機X、Y、Z三個方向的姿態角；

刀盤前端地層探測單元實時探測掘進過程中刀盤前端地層強度并傳輸至數據處理單元；

數據處理單元將盾構機軸向位置、盾構機三個方向的姿態角及盾構機掘進過程中刀盤前端地層強度信息傳輸至控制器，控制器根據實時定位信號與盾構機預定軌跡信號進行比較，經校正糾偏后，控制器發出信號控制中折機構動作，使盾構機按照預定的軌跡進行掘進；

所述行程測量單元包括推進千斤頂和行程測量傳感器，所述行程測量傳感器內置于推進千斤頂內；

所述慣性導航系統包括安裝外殼和內部慣性導航單元，所述安裝外殼通過螺栓固定于盾構機刀盤中心軸線處；

所述刀盤前端地層探測單元包括多個傳感器安裝孔、刀盤和多個超聲波傳感器，多個超聲波傳感器分別置于刀盤面板上傳感器安裝孔內，且沿盾構機軸線呈環向布置。

2.如權利要求1所述的融合地層信息的盾構機定位及糾偏系統，其特征是，推進千斤頂安裝于盾構機的外表面處，推進千斤頂沿盾構機支撐環內側均勻周向布置。

3.采用權利要求1-2任一所述的融合地層信息的盾構機定位及糾偏系統的工作方法，其特征是，包括以下步驟：

( 1 )數據處理單元信息初始化后，數據處理單元采集慣性導航系統發出的信號，經過數據運算確定盾構機X、Y、Z三個方向的姿態角和位移；數據處理單元采集行程測量單元行程測量傳感器發出的信號，經過數據運算及姿態轉換確定盾構機軸向位置；

( 2 )通過盾構機姿態角和軸向位置對盾構機進行實時定位，實時定位信號與盾構機預定軌跡信號進行比較，經校正糾偏后，控制器發出信號控制中折機構動作，使盾構機按照預定的軌跡進行掘進；

( 3 )數據處理單元采集盾構機刀盤前端安裝孔內超聲波傳感器信號，對掘進過程中刀盤前端地層強度進行探測，經數據分析后，得出刀盤前端土層種類、范圍和強度信息，根據實時地層信息更換更適合該地層的刀具或采取應急施工措施；同時將地層強度信息傳輸至控制器，為控制糾偏和微調過程提供依據；

( 4 )盾構機開挖掘進過程中，循環步驟(1)—(3)，實現多傳感器融合的盾構機實時定位、糾偏及探測；

慣性導航系統依靠慣性器件的原始數據進行運算來輸出盾構機的位置、姿態和速度；

慣性導航系統通過測量盾構機在慣性參考系的加速度，將加速度對時間進行積分，且變換到導航坐標系中，得到盾構機在導航坐標系中的速度、偏航角和位置信息，通過與盾構機預定姿態位置進行比較，通過控制器發出信號驅動中折機構運動，使盾構機按照預定軌跡掘進。

4.如權利要求3所述的融合地層信息的盾構機定位及糾偏系統的工作方法，其特征是，所述步驟(3)中盾構機刀盤前端的超聲波傳感器發出聲波碰到不同地層會產生顯著反射形成不同波長的反射回波。

5.如權利要求3所述的融合地層信息的盾構機定位及糾偏系統的工作方法，其特征是，所述數據處理單元接收不同波長的反射信號，對掘進過程中刀盤前端地層強度信息進行探測與數據分析后，得出刀盤前端地層種類、范圍和強度信息，根據刀盤前端實時地層信息更換相應的刀具或采取應急施工措施，同時驅動中折機構運動。