專利名稱：三光束頂管機(jī)導(dǎo)向測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是地下非開挖頂管機(jī)的導(dǎo)向測量系統(tǒng)。涉及其它類不包括的測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在管道運(yùn)輸、電力、通信、供水、供暖等許多領(lǐng)域的工程建設(shè)中，經(jīng)常需要穿越公路、鐵路、固定建筑物和河渠等。如穿越的距離長可用定向鉆或盾構(gòu)穿越，對于短距離的穿越一般采用頂管機(jī)穿越。而頂管機(jī)穿越雖然距離短，但也需要按預(yù)定的方向或路線穿越，否則偏離設(shè)計(jì)的方向和路線將會給工程帶來極大的麻煩和損失。為此，頂管機(jī)一般均配有導(dǎo)向測量和控制裝置。現(xiàn)在頂管機(jī)采用的導(dǎo)向測量方法有拉線、激光定軸端等方法，其測量僅限于跟蹤頂管機(jī)前端面中心，無法測量頂管機(jī)軸向中心的三維狀態(tài)，測量的結(jié)果嚴(yán)重滯后于頂管機(jī)的實(shí)際偏離狀態(tài)，滯后的測量結(jié)果導(dǎo)致了滯后的糾偏動作，使頂管機(jī)偏離了預(yù)定的頂管軌跡，頂管質(zhì)量下降，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致頂管工程的失敗。據(jù)此，引起了業(yè)內(nèi)眾多人士的關(guān)注并力圖解決之。如德國生產(chǎn)了一種單激光束面?zhèn)鞲衅骷す獍械膶?dǎo)向測量方法和裝置。該裝置可以在一定程度上測知頂管機(jī)上下、左右的偏離和滾動。但因其激光靶不可能做的很大，僅是頂管機(jī)尾部小端面的測量，不但其測量精確度受到了很大限制，而且頂管機(jī)圍繞激光靶中心點(diǎn)(激光束初始照射點(diǎn))的偏轉(zhuǎn)是根本測量不出的，這就會產(chǎn)生極大的誤測，導(dǎo)致頂管機(jī)頂進(jìn)軌跡的很大偏差。也曾有人試圖以二光束的方法測量，實(shí)際上二光束仍然不能測量頂管機(jī)尾部端面的偏離。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種簡單易行、測量精確的三光束頂管機(jī)導(dǎo)向測量系統(tǒng)。
本實(shí)用新型針對現(xiàn)有裝置的不足，提出一種測量頂管機(jī)尾部端面偏離狀態(tài)的裝置，可以更準(zhǔn)確地測量頂管機(jī)實(shí)際偏離預(yù)定頂進(jìn)軌跡的狀態(tài)。本系統(tǒng)雖然也是采用如圖1所示的置于出發(fā)井4靠背墻6上的激光發(fā)生器7照射安裝在進(jìn)入隧道中的頂管機(jī)1尾部端面的激光接收靶8，由激光接收靶8測出頂管機(jī)1偏離狀態(tài)并傳輸給信號處理器5處理、顯示的類似系統(tǒng)，但其特征是激光發(fā)生器7以三束激光3照射安裝在頂管機(jī)1尾端平面上的三個(gè)激光接收靶8，以三個(gè)激光接收靶8測量出的偏差傳輸給信號處理裝置5，計(jì)算出頂管機(jī)1尾端平面的偏離狀態(tài)，進(jìn)而給出頂管機(jī)1的偏離狀態(tài)。三個(gè)激光接收靶8均設(shè)在頂管機(jī)1的尾端平面上，其中激光接收靶8-1設(shè)置在頂管機(jī)1尾端平面即該激光接收靶8-1的中心點(diǎn)與頂管機(jī)1中軸線重合或在頂管機(jī)頂進(jìn)軌跡的平行線上，另兩個(gè)激光接收靶8-2、8-3是設(shè)置在遠(yuǎn)離頂管機(jī)1尾端平面中心且三個(gè)激光接收靶8不在一條直線上的任何確定的位置。但另兩個(gè)激光接收靶8-2、8-3的最佳位置是一個(gè)在通過頂管機(jī)1尾端平面中心的垂直軸線上，另一個(gè)在通過頂管機(jī)1尾端平面中心的水平軸線上(見圖5)。起始狀態(tài)時(shí)，三束激光束3照射在三個(gè)激光接收靶8的中心，工作狀態(tài)時(shí)據(jù)三束激光束3在三個(gè)激光接收靶8上的偏差計(jì)算頂管機(jī)1的偏離狀態(tài)。本裝置中所用的激光發(fā)生器7可以是單光源折射出三光束，也可以是在三個(gè)獨(dú)立的光源發(fā)出同一波長的三束光。三個(gè)激光接收靶8為光電傳感器陣構(gòu)成的智能型器件，安裝在頂管機(jī)1尾部端面上，且應(yīng)保證在一個(gè)平行于頂管機(jī)1尾部端面的平面上，它能測量出激光束3偏離靶中心的差值。
由于激光束3-1對應(yīng)的激光接收靶8-1的中心點(diǎn)與頂管機(jī)1中軸線重合或在頂管機(jī)1頂進(jìn)軌跡的平行線上，光束3-1與預(yù)定的頂管機(jī)1頂進(jìn)軌跡平行，當(dāng)頂管機(jī)1整體偏離預(yù)定的頂進(jìn)軌跡時(shí)如圖3、圖4和圖5所示，其姿態(tài)和程度信息將被激光接收靶8-1所接收，激光束3-2將對應(yīng)的激光接收靶8-2的中心點(diǎn)與激光接收靶8-1中心點(diǎn)起始距離差開一個(gè)距離。以激光束3-1與A-A面垂直時(shí)為基準(zhǔn)，當(dāng)頂管機(jī)1中軸線D-D向上偏轉(zhuǎn)為D’-D’，激光束3-1與3-2之間產(chǎn)生一個(gè)縱軸方向的差值x，反映了頂管機(jī)1向上偏離預(yù)定軌跡的趨勢和程度，-x值表示向下。同理，如圖6、圖7、圖8所示，當(dāng)激光束3-1與3-3之間產(chǎn)生一個(gè)橫軸方向的差值y，y值反映了頂管機(jī)1向左右偏離預(yù)定軌跡的趨勢和程度，由在縱軸方向的差值x和橫軸方向的差值y可以確定頂管機(jī)1尾部端面對預(yù)定空間位置的偏離，也即確定了頂管機(jī)1對預(yù)頂進(jìn)軌跡的偏離。


圖1三光束頂管機(jī)導(dǎo)向測量現(xiàn)場布局圖圖2激光接收靶在頂管機(jī)尾端布置圖(圖1的A向)圖3三光束導(dǎo)向測上、下偏原理正視圖圖4三光束導(dǎo)向測上、下偏原理俯視圖圖5三光束導(dǎo)向測上、下偏原理側(cè)視圖圖6三光束導(dǎo)向測左、右偏原理正視圖圖7三光束導(dǎo)向測左、右偏原理俯視圖圖8三光束導(dǎo)向測左、右偏原理側(cè)視圖其中1—頂管機(jī) 2—隧道3—激光束 4—出發(fā)井
5—信號處理裝置 6—靠背墻7—激光發(fā)生器 8—激光接收靶具體實(shí)施方式
實(shí)施例選用山東激光研究所生產(chǎn)的三臺激光發(fā)生器和三只激光接收靶。將一只激光接收靶8-1安裝在頂管機(jī)1尾部端面的中心，一只激光接收靶8-2安裝在頂管機(jī)1通過尾部端面中心的垂直軸(縱軸)上，距離為200mm，另一只激光接收靶8-3安裝在頂管機(jī)1通過尾部端面中心的水平軸(橫軸)上，距離也為200mm，且三個(gè)激光接收靶8保持在平行于頂管機(jī)1尾部端面的一個(gè)平面上，并將三只激光接收靶8的引線接至信號處理裝置5上。三只激光發(fā)生器7-1、7-2和7-3調(diào)到同一波長，也按照3只激光接收靶8的位置對應(yīng)安裝固定在出發(fā)井4的靠背墻6上，使激光束3-1直射激光接收靶8-1中心，3-2直射8-2中心，3-3直射8-3中心。在頂管作業(yè)開始后，與預(yù)定的頂管機(jī)頂進(jìn)軌跡比較，只要有偏差，激光接收靶8就會輸出偏差值x、y，據(jù)此，操控頂管機(jī)1，使之回到預(yù)定頂進(jìn)軌跡，使用起來非常方便。
由上可知，本實(shí)用新型由于采用了三光束的激光發(fā)生器7及相應(yīng)的三只激光接收靶8，使對頂管機(jī)1尾端的測量由測小平面變?yōu)闇y大平面，不但其測量更真實(shí)更準(zhǔn)確，而且可以完全避免誤測而導(dǎo)致頂管失敗，大大提高了測量的可靠性，測量所使用的設(shè)備均為現(xiàn)有產(chǎn)品，無需開發(fā)，只需調(diào)整信號處理裝置5的軟件即可。測量方法簡單，方便。只要會操作單光束頂管機(jī)導(dǎo)向測量的人員就可方便地使用該方法操作，無需進(jìn)行培訓(xùn)，是一種實(shí)用、精確的測量方法。
權(quán)利要求1.一種三光束頂管機(jī)導(dǎo)向測量系統(tǒng)，置于出發(fā)井[4]靠背墻[6]上的激光發(fā)生器[7]照射安裝在頂管機(jī)[1]尾部端面的激光接收靶[8]，激光接收靶[8]測出頂管機(jī)[1]偏離狀態(tài)并傳輸給信號處理裝置[5]處理、顯示，其特征是激光發(fā)生器[7]以三束激光[3]照射安裝在頂管機(jī)[1]尾端平面上的三個(gè)激光接收靶[8]，以三個(gè)激光接收靶[8]測出的偏差傳輸給信號處理裝置[5]，計(jì)算、顯示出頂管機(jī)[1]的偏離狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三光束頂管機(jī)導(dǎo)向測量系統(tǒng)，其特征是三個(gè)激光接收靶[8]均設(shè)在頂管機(jī)[1]的尾端平面上，其中一個(gè)激光接收靶[8-1]設(shè)置在頂管機(jī)[1]尾端平面的中心，另兩個(gè)激光接收靶[8-2]、[8-3]設(shè)置在遠(yuǎn)離頂管機(jī)[1]尾端平面中心且三個(gè)激光接收靶[8]不在一條直線上的任何確定的部位，起始狀態(tài)時(shí)三束激光束[3]照射在三個(gè)激光接收靶[8]的中心，工作狀態(tài)時(shí)三個(gè)激光接收靶[8]輸出偏差值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三光束頂管機(jī)導(dǎo)向測量系統(tǒng)，其特征是一個(gè)激光接收靶[8-1]設(shè)置在頂管機(jī)尾端平面的中心，一個(gè)激光接收靶[8-2]設(shè)置在通過頂管機(jī)[1]尾端平面中心的垂直軸線上，另一個(gè)則設(shè)置在通過頂管機(jī)[1]尾端平面中心的水平軸線上，且與激光接收靶[8]的中心有確定的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三光束頂管機(jī)導(dǎo)向測量系統(tǒng)，其特征是激光發(fā)生器[7]可以是單光源折射出三束光，或是發(fā)出同一波長的三個(gè)獨(dú)立的光源。
專利摘要本實(shí)用新型三光束頂管機(jī)導(dǎo)向測量系統(tǒng)，是地下非開挖頂管機(jī)的導(dǎo)向測量系統(tǒng)，它是以三束激光束3照射安裝在頂管機(jī)1尾端平面上的三個(gè)激光接收靶8，以三個(gè)激光接收靶8測出的偏差之值傳輸給信號處理裝置5，計(jì)算、顯示出頂管機(jī)1的偏離狀態(tài)。本實(shí)用新型更真實(shí)、更精確，大大提高了頂管機(jī)1導(dǎo)向的可靠性，且方法簡單，方便，易于操作。
文檔編號E21B7/00GK2758701SQ200420005489
公開日2006年2月15日 申請日期2004年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月10日
發(fā)明者孫玉高 申請人:中國石油天然氣管道局, 中國石油天然氣管道科學(xué)研究院