一种顶管掘进的实时纠偏系统的制作方法 专利技术说明

土层或岩石的钻进;采矿的设备制造及其应用技术1.本发明属于顶管施工技术领域，具体涉及一种顶管掘进的实时纠偏系统。背景技术：2.顶管纠偏是指顶管机姿态偏离设计中心线(da)，在顶管机掘进过程中通过调整顶管机四组推进油缸液压油压强大小使顶管机姿态趋于da的过程，顶管机纠偏实际上是顶管机按照一定的曲线半径转弯的过程，纠偏转弯的曲线半径与da的设计转弯半径不同而已。3.目前，工作人员在进行顶管挖掘施工的时候，经常会使用到顶管机，而现有的顶管机在挖掘的过程中，其自身的实际行驶路线时常会与管涵设计轴线产生偏差，为了保证与施工规划的路线一致性，此时就需要工作人员对顶管机进行纠偏作业，然而在现有的纠偏方式中，工作人员往往忽视了对油压千斤顶运动行程的控制，从而导致了顶管机的行驶路线也会与施工规划路线偏离，并且顶管机在前行的过程中，工作人员缺乏对顶管机前行的试运行检测，从而导致了工作人员无法及时了解作业环境的变化以及对顶管机做出合理的调整，进而也会影响对顶管机路线纠偏的效果，因此需要对其进行改进。技术实现要素：4.针对上述问题，本发明提供了一种顶管掘进的实时纠偏系统，本发明系统可自动监测顶管机的掘进姿态是否偏移，并控制液压千斤顶对掘进姿态进行纠编，同时还能自动复核纠编是否合格，及发出相应警报信息以提示工作人员作出合适的应对措施，从而可实现顶管掘进过程的实时和智能纠偏，以提高顶管掘进的施工效率和施工质量。5.本发明通过下述技术方案实现。6.一种顶管掘进的实时纠偏系统，包括顶管机，其特征在于还包括：7.多个液压千斤顶，多个所述液压千斤顶设置在顶管机的前端用以控制顶管机的掘进姿态；8.激光发射器，所述激光发射器设置于顶管机的尾端，用以向激光靶发生激光；9.三维电子罗盘，所述三维电子罗盘设置于三维角度测量顶管机的尾端，用以测量顶管机的三维角度变化，并将三维角度变化的数据传输至纠编分析模块；10.激光靶，所述激光靶设置于顶管机的前端用以接收激光发射器所发射的激光光信息，并将激光信息发送至数据分析模块；11.无线位移传感器，所述无线位移传感器设置于每个所述液压千斤顶上，用以实时监测所述液压千斤顶每次作出顶升运动时的实时行程数据，并将实时行程数据发送至纠编复核模块；12.纠编分析模块，所述数据分析模块包括，用于接收激光信息分析计算出顶管机的掘进路线；用于计算掘进路线与管线设计轴线的偏差，若超出偏差设定阈值，则发出姿态偏移警报信号至警报装置；用于依据掘进路线与管线设计轴线的偏差和顶管机的三维角度变化，以分析确定执行纠编动作的液压千斤顶并计算相应的纠编行程，同时将纠编行程发送至液压控制模块和纠编复核模块；用于对每个所述液压千斤顶执行纠编动作的次数进行累计，以获得液压千斤顶执行纠编动作的累计次数，并将累计次数发送至纠编复核模块；纠编复核模块，所述纠编复核模块包括，用于根据纠编行程和实时行程，分析判断是否纠编合格，若纠编合格则发出警报消除信号至警报装置，若纠编不合格，则发出停机提示信息至人机交互界面；用于将每个液压千斤顶执行纠编动作的累计次数与设定的纠编次数阈值进行比对，若超出纠编次数阈值，则发出检修警报信号至警报装置；13.液压控制模块，所述液压控制模块用于根据纠编行程，控制所述液压千斤顶按纠编行程执行纠编动作；14.人机交互界面，所述人机交互界面包括，用以录入管线设计轴线数据并传输至纠编分析模块；用以录入纠编次数阈值并传输至纠编复核模块；用以发出清零指令至数据分析模块，以对所有液压千斤顶执行纠编动作的累计次数进行清零；用以显示停机提示信息以提醒现场工作人员对顶管机停机；15.警报装置，所述警报装置包括，用于接收姿态偏移警报信号并发出声光警报以提示现场工作人员；用于接收警报消除信号，以消除当前姿态偏移警报信号下的声光警报；用于接收检修警报信号以提示现场工作人员对顶管机进行检修。16.作为具体技术方案，所述液压千斤顶的设置数量为八个，它们沿掘进隧道的断面均匀设置于顶管机的前端。17.作为具体技术方案，所述液压千斤顶包两个顶部液压千斤顶，两个左侧液压千斤顶，两个右侧液压千斤顶，两个底部液压千斤顶。18.作为具体技术方案，所述偏差设定阈值为3％～5％。19.作为具体技术方案，所述纠编复核模块包括，用于根据纠编行程和实时行程，分析判断是否纠编合格，若纠编行程与实时行程的偏差小于5％则判断为纠编合格，否则判断为纠编不合格。20.作为具体技术方案，所述纠编次数阈值的设定值为3～4。21.作为具体技术方案，所述人机交互界面还包括用于显示所有液压千斤顶的纠编行程，实时行程和执行纠编动作的累计次数。22.作为具体技术方案，本发明系统还包括存储模块，所述存储模块用于将液压千斤顶每次纠编的纠编行程，实时行程和执行纠编动作的累计次数进行存储。23.作为具体技术方案，本发明系统还包括移动终端，所述移动终端用以实时调取存储在存储模块中的所有液压千斤顶的纠编行程，实时行程和执行纠编动作的累计次数数据进行查看。24.作为具体技术方案，所述移动终端为手机或平板电脑。25.本发明有益效果如下：26.1、本发明系统可自动监测顶管机的掘进姿态是否偏移，并通过控制液压千斤顶对掘进姿态进行纠编，从而可实现顶管掘进过程的实时和智能纠偏，以便解决盾构机产生栽头、抬头、左偏和右偏等不良现象，从而可以良好的去纠正顶管机的前行路线，使其与施工规划的路线一致，大幅提高顶管施工的进度以及施工的质量。27.2、本发明系统在对掘进路线进行纠编后能自动复核纠编是否合格，及发出相应警报信息以提示工作人员作出合适的应对措施，同时通过记录执行纠编动作的次数来反应顶管机的工作或施工过程的稳定性，从而有利于及时对顶管机的工作参数和挖掘路线进行调整，从而可有利于提高隧道掘进的施工质量和效率。附图说明28.图1为本发明系统的结构和原理框图；29.图2为本发明系统中液压千斤顶和的无线位移传感器的安装位置示意图；30.图3为本发明系统中液压千斤顶的安装位置示意图；31.上述图中各标识的含义为：顶管机1，液压千斤顶2，顶部液压千斤顶201，左侧液压千斤顶202，右侧液压千斤顶203，两个底部液压千斤顶204，无线位移传感器3。具体实施方式32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。33.实施例134.一种顶管掘进的实时纠偏系统，包括顶管机1，多个液压千斤顶2，无线位移传感器3，激光发射器，激光靶，纠编分析模块，纠编复核模块，液压控制模块，人机交互界面，警报装置，油泵站；35.其中，多个液压千斤顶2，多个所述液压千斤顶2设置在顶管机1的前端用以控制顶管机1的掘进姿态；通常，顶管机1的工作端设置有破碎尖和掘进刀，通过液压千斤顶2的伸缩可改变顶管机的推进方向，进而对其掘进姿态进行调整；36.激光发射器，所述激光发射器设置于顶管机1的尾端，用以向激光靶发生激光；37.三维电子罗盘，所述三维电子罗盘设置于三维角度测量顶管机1的尾端，用以测量顶管机的三维角度变化(即顶管机在x轴、y轴和z轴三维角度的变化)，并将三维角度变化的数据传输至纠编分析模块；38.激光靶，所述激光靶设置于顶管机1的前端用以接收激光发射器所发射的激光光信息，并将激光信息发送至数据分析模块；39.所述无线位移传感器3，所述无线位移传感器3设置于每个所述液压千斤顶2上，用以实时监测所述液压千斤顶2每次作出顶升运动时的实时行程数据，并将实时行程数据发送至纠编复核模块；40.所述数据分析模块包括，用于接收激光信息分析计算出顶管机的掘进路线数据；用于计算掘进路线与管线设计轴线的偏差，若超出偏差设定阈值，则发出姿态偏移警报信号至警报装置；用于依据掘进路线与管线设计轴线的偏差和顶管机的三维角度变化，以分析确定执行纠编动作的液压千斤顶2并计算相应的纠编行程，同时将纠编行程发送至液压控制模块和纠编复核模块；用于对每个所述液压千斤顶2执行纠编动作的次数进行累计，以获得液压千斤顶执行纠编动作的累计次数，并将累计次数发送至纠编复核模块；通常情况下，若某一编号的液压千斤顶2频繁的执行纠编动作，则有可能顶管机1已经出现故障或工作状态不稳定，因此需要对其进行检修；而通过获得液压千斤顶2执行纠编动作的累计次数信息，可反映顶管机1的整体工作状态是否持续良好，是否需要维护和检修；41.所述纠编复核模块包括，用于根据纠编行程和实时行程，分析判断是否纠编合格，若纠编合格则发出警报消除信号至警报装置，若纠编不合格，则发出停机提示信息至人机交互界面；用于将每个液压千斤顶2执行纠编动作的累计次数与设定的纠编次数阈值进行比对，若超出纠编次数阈值，则发出检修警报信号至警报装置；42.所述液压控制模块用于根据纠编行程，控制所述液压千斤顶2按纠编行程执行纠编动作；43.所述人机交互界面包括，用以录入管线设计轴线数据并传输至纠编分析模块；用以录入纠编次数阈值并传输至纠编复核模块；用以发出清零指令至数据分析模块，以对所有液压千斤顶执行纠编动作的累计次数进行清零；用以显示停机提示信息以提醒现场工作人员对顶管机停机；44.所述警报装置包括，用于接收姿态偏移警报信号并发出声光警报以提示现场工作人员；用于接收警报消除信号，以消除当前姿态偏移警报信号下的声光警报；用于接收检修警报信号以提示现场工作人员对顶管机进行检修；当现场工作人员接收到声光警报后，可及时作出相应的应对措施，如在掘进姿态偏移的情况下，现场工作人员应及时复核和检查顶管机经过纠编后是否工作正常，如在接收检修警报信号后，应及时停机对顶管机进行维护或检修，检修完毕后应通过人机交互界面对检修后的液压千斤顶执行纠编动作的累计次数进行清零。45.为了提高液压千斤顶2从不同方位角度进行纠编的能力，进一步的，在一个优选的实施方案中，如图2和图3所示，所述液压千斤顶2的设置数量为八个，它们沿掘进隧道的断面均匀设置于顶管机1的前端。46.进一步的，在一个优选的实施方案中，如图2和图3所示，所述液压千斤顶2包两个顶部液压千斤顶201，两个左侧液压千斤顶202，两个右侧液压千斤顶203，两个底部液压千斤顶204。47.进一步的，在一个优选的实施方案中，所述偏差设定阈值为3％～5％。48.进一步的，在一个优选的实施方案中，所述纠编复核模块包括，用于根据纠编行程和实时行程，分析判断是否纠编合格，若纠编行程与实时行程的偏差小于5％则判断为纠编合格，否则判断为纠编不合格。49.进一步的，在一个优选的实施方案中，所述纠编次数阈值的设定值为2～3。50.为了便于现场工作人员可实时掌握和了解顶管机的掘进状态，进一步的，在一个优选的实施方案中，所述人机交互界面还包括用于显示所有液压千斤顶的纠编行程，实时行程和执行纠编动作的累计次数。51.进一步的，在一个优选的实施方案中，本系统还包括存储模块，所述存储模块用于将液压千斤顶2每次纠编的纠编行程，实时行程和执行纠编动作的累计次数进行存储，这样可便于调取历史记录数据进行分析，以便于改进施工工艺或找出施工质量问题的原因。52.进一步的，在一个优选的实施方案中，本系统还包括移动终端，所述移动终端用以实时调取存储在存储模块中的所有液压千斤顶的纠编行程，实时行程和执行纠编动作的累计次数数据进行查看。53.进一步的，在一个优选的实施方案中，所述移动终端为手机或平板电脑。54.实施例255.利用本系统进行顶管掘进施工的步骤如下：56.步骤一、勘察施工地段的周围环境，然后对施工地底进行土质分析以及规划好施工路线，然后绘制相对应的管涵设计轴线，随后在隧道起始点进行挖坑深度以及面积的规划与确认，并且利用挖掘设备来进行挖坑作业，当坑槽完成之后，工作人员将顶管机1部署在坑槽中，同时对其进行调试和检查。57.步骤二、工作人员开启顶管机1按照规定好的施工路线来进行隧道初始位置的挖深槽作业，并且伴随着顶管机1的挖掘作业，将会不断的有土壤被输送出；此时，三维电子罗盘，激光发射器和激光靶可将监测的数据发送至纠编分析模块，纠编分析模块可实时计算和分析顶管机的掘进路线与管线设计轴线的偏差是否超出阈值；若超出偏差设定阈值，则发出姿态偏移警报信号至警报装置；并且，纠编分析模块会依据掘进路线与管线设计轴线的偏差和顶管机的三维角度变化，以分析确定执行纠编动作的液压千斤顶2并计算相应的纠编行程，同时将纠编行程发送至液压控制模块和纠编复核模块；通常，掘进路线的偏移与执行纠编动作的液压千斤顶存在以下关系，示例性的，若顶管机10掘进路线向下偏移，即出现栽头现象，则执行纠编动作的千斤顶为两个底部液压千斤顶204；若顶管机10出现右偏的现象，则执行纠编动作的千斤顶为两个右侧液压千斤顶203；若顶管机10出现左偏的现象，则执行纠编动作的千斤顶为两个左侧液压千斤顶202；若顶管机10掘进路线向上偏移，即出现抬头现象，则执行纠编动作的千斤顶为两个顶部液压千斤顶201；若顶管机10的掘进路线向右上偏移，则执行纠编动作的千斤顶为两个右侧液压千斤顶202中靠近顶部的一个，两个顶部液压千斤顶201中靠近右侧的一个；其它情况，依次类推；与此同时，纠编分析模块还会对每个液压千斤顶2执行纠编动作的次数进行累计，以获得液压千斤顶执行纠编动作的累计次数，并将累计次数发送至纠编复核模块；58.随后，液压控制模块会根据纠编行程，控制所述液压千斤顶2按纠编行程执行纠编动作；纠编动作执行完毕后，纠编复核模块会根据纠编行程和实时行程，分析判断是否纠编合格，若纠编合格则发出警报消除信号至警报装置，若纠编不合格，则发出停机提示信息至人机交互界面；同时，液压控制模块会将每个液压千斤顶执行纠编动作的累计次数与设定的纠编次数阈值进行比对，若超出纠编次数阈值，则发出检修警报信号至警报装置；59.在顶管机的上述工作过程中，警报装置接收到姿态偏移警报信号后会发出声光警报以提示现场工作人员，则现场工作人员知晓顶管机的掘进路线偏移，需要进行纠编，进而可采取相应措施，如核对掘进路线以及调整掘进参数，同时检验与管线设计轴线的偏差大小，以便对后续的掘进路线进行必要调整；当纠编合格后，警报装置接收到警报消除信号，以消除当前姿态偏移警报信号下的声光警报，若纠编不合格，则人机交互界面会显示停机指示信息，且声光警报不会自动停止；并且，当液压千斤顶执行纠编动作的累计次数超过设定阈值时，警报装置接收到检修警报信号，以提示现场工作人员对顶管机进行检修；60.步骤三、当顶管机1在隧道中按上述方法挖掘前行一定距离的时候，此时工作人员控制顶管机1停止掘进，并利用拼装机利用管片拼装成环，之后于拼装好的环装管片间隙利用混凝土来进行填充密实，从而防止其发生松动和地表沉降；61.步骤四、最终，相关工作人员需要检查管片安装的情况，去除其内部所残留的渣土，并且检查管片的安装质量与强度，倘若有问题，需要及时的记录以及矫正。









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