一种顶管导向系统及方法

技术领域

本发明属于顶管施工技术领域，尤其是涉及一种顶管导向系统及方法。

背景技术

顶管技术属于非开挖施工的一种，曲线顶管是其中一种施工类型，顶管施工的过程较为严谨，所以对顶管掘进机进行导向测量的工作也格外重要，顶管导向指的是实时测量掘进机的位置和姿态信息，便于司机监控顶管掘进机的工作状态，导向质量的优劣关系到顶管掘进机是否可以按照预先设计的计划线路高效并且安全地推进，也是顶管掘进机能否顺利到达接收井，最终实现贯通的关键。

当前顶管施工过程中顶管导向作业由人工操作全站仪完成，需要经常操作全站仪对顶管机头的位置进行测量，将测量结果与施工图纸进行对比，当施工线路出现偏差时，调整顶管机头的顶进方向，这种顶管导向的作业模式，操作过程复杂，工作效率低下。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种顶管导向系统及方法，以解决当前顶管导向过程中操作复杂，工作效率低下的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明第一方面提供了一种顶管导向系统，包括顶管机头、全自动全站仪，所述全自动全站仪安装于工作井内，所述顶管机头上固设有与全自动全站仪相对应的棱镜，所述工作井侧壁上设有与顶管机头相对应的位移传感器；

所述位移传感器与控制器电连接，所述全自动全站仪与控制器电连接。

进一步的，所述全自动全站仪的数量为多个，多个所述全自动全站仪沿顶管管道的顶进方向设置，其中一个全自动全站仪位于工作井内，其他全自动全站仪分别安装于顶管管道内的折弯处，且全自动全站仪上固设有与后方全自动全站仪相对应的棱镜；

每一个全自动全站仪对应设有一个位移传感器，多个位移传感器对应设置。

进一步的，所述顶管管道内的全自动全站仪固设于倒U形支架上，所述倒U形支架的底端固设有防滑条。

本发明第二方面提供了一种应用第一方面所述的顶管导向系统的导向方法，包括以下步骤：

S1、根据顶管施工设计图纸，生成顶管设计BIM模型；

S2、位移传感器采集顶管机头的顶进距离信息，全自动全站仪采集顶管机头的坐标信息；

S3、根据顶管机头的顶进距离信息和坐标信息，生成顶管实时BIM模型；

S4、将顶管实时BIM模型与顶管设计BIM模型进行对比，计算顶管实时BIM模型的中心线与顶管设计BIM模型的中心线的误差；

如果误差小于阈值，则继续进行顶管作业；

如果误差大于阈值，则根据误差调整顶管机头的顶进角度。

进一步的，顶管施工完毕后，储存顶管机头的顶进距离信息和坐标信息，并生成顶管实际BIM模型。

本发明第三方面提供了一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，所述处理器用于执行上述第二方面所述的顶管导向方法。

本发明第四方面提供了一种服务器，包括至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如第二方面所述的顶管导向方法。

本发明第五方面一种计算机可读取存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第二方面所述的顶管导向方法。

相对于现有技术，本发明所述的一种顶管导向系统及方法具有以下有益效果：

(1)本发明所述的一种顶管导向方法，全自动全站仪采集坐标信息，位移传感器采集顶进距离信息，并生成顶管实时BIM模型，通过与顶管设计BIM模型对比，可以及时发现顶进方向的误差，相较于传统人工控制全站仪器测量顶管实时数据而言，提高了工作效率，且实现对顶进方向实时监测的目的，便于及时对顶管机头顶进方向进行调整，提高了顶管导向的精确度。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的导向系统结构示意图；

图2为本发明实施例所述的导向系统剖面结构示意图；

图3为本发明实施例所述的导向方法流程示意图。

附图标记说明：

1、工作井；2、顶管机头；3、管片；4、棱镜；5、全自动全站仪；6、全自动整平基座；7、倒U形支架；8、位移传感器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一：

如图1、图2所示，一种顶管导向系统，包括顶管机头2、全自动全站仪5，全自动全站仪5安装于工作井1内，顶管机头2上固设有与全自动全站仪5相对应的棱镜4，工作井1侧壁上设有与顶管机头2相对应的位移传感器8；位移传感器8与控制器电连接，全自动全站仪5与控制器电连接。

全自动全站仪5的数量为多个，多个全自动全站仪5沿顶管管道的顶进方向设置，其中一个全自动全站仪5位于工作井1内，其他全自动全站仪5分别安装于顶管管道内的折弯处，且全自动全站仪5上固设有与后方全自动全站仪5相对应的棱镜4；

每一个全自动全站仪5对应设有一个位移传感器8，多个位移传感器8对应设置。顶管管道内的全自动全站仪5固设于倒U形支架7上，倒U形支架7的底端固设有防滑条。顶管管道内的全自动全站仪5通过全自动整平基座6与U形支架固定连接，全自动整平基座6可以调节全自动全站仪5的姿态，使测量结果更加准确。倒U形支架7放置于顶管的管片3内侧，防滑条起到了防滑作用的防止全自动全站仪5移动。

工作过程：

本方案实施时，在顶管机头2上设置棱镜4，在工作井1内设置与顶管机头2的棱镜4相对应的第一全自动全站仪5，如果顶管类型为曲线顶管，则在顶管管道内的第一个折弯处设置第二全自动全站仪5，第二全自动全站仪5与顶管机头2的棱镜4相对应，第二全自动全站仪5上设有与第一全站仪相对应的棱镜4，(如图1所示，有两个折弯则依次设置第一、第二、第三全自动全站仪5)。

伴随着顶管机头2的顶进，位移传感器8采集顶管机头2的顶进距离信息，全自动全站仪5采集顶管机头2的坐标信息，控制器收集顶管机头2的顶进距离信息和坐标信息，并生成顶管实时BIM模型，将顶管实时BIM模型与顶管设计BIM模型进行对比，计算顶管实时BIM模型的中心线与顶管设计BIM模型的中心线的误差；如果误差小于阈值，则继续进行顶管作业；如果误差大于阈值，则根据误差调整顶管机头2的顶进角度。相较于传统人工控制全站仪器测量顶管实时数据而言，本方案中全站仪可以只采集坐标信息，顶进距离由位移传感器8测得，提高了工作效率。

实施例二：

如图3所示，一种应用实施例一的顶管导向系统的导向方法，包括以下步骤：

在顶管机头2上设置棱镜4，在工作井1内设置与顶管机头2的棱镜4相对应的第一全自动全站仪5，如果顶管类型为曲线顶管，则在顶管管道内的第一个折弯处设置第二全自动全站仪5，第二全自动全站仪5与顶管机头2的棱镜4相对应，第二全自动全站仪5上设有与第一全站仪相对应的棱镜4，(如图1所示，有两个折弯则依次设置第一、第二、第三全自动全站仪5)。伴随着顶管机头2的顶进，位移传感器8采集顶管机头2的顶进距离信息，全自动全站仪5采集顶管机头2的坐标信息。

S1、根据顶管施工设计图纸，生成顶管设计BIM模型；

S2、位移传感器8采集顶管机头2的顶进距离信息，全自动全站仪5采集顶管机头2的坐标信息；

S3、根据顶管机头2的顶进距离信息和坐标信息，生成顶管实时BIM模型；

S4、将顶管实时BIM模型与顶管设计BIM模型进行对比，计算顶管实时BIM模型的中心线与顶管设计BIM模型的中心线的误差；

如果误差小于阈值，则继续进行顶管作业；

如果误差大于阈值，则根据误差调整顶管机头2的顶进角度。

顶管施工完毕后，储存顶管机头2的顶进距离信息和坐标信息，并生成顶管实际BIM模型。顶管实际BIM模型为后期对于顶管施工项目的维修和维护作业提供了数据支持。

本方案中全自动全站仪5采集坐标信息，位移传感器8采集顶进距离信息，并生成顶管实时BIM模型，通过与顶管设计BIM模型对比，可以及时发现顶进方向的误差，相较于传统人工控制全站仪器测量顶管实时数据而言，提高了工作效率，且实现对顶进方向实时监测的目的，便于及时对顶管机头2进行调整，提高了顶管导向的精确度。

实施例三：

本发明第三方面提供了一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储处理器可执行指令的存储器，处理器用于执行上述实施例二的顶管导向方法。

实施例四：

本发明第四方面提供了一种服务器，包括至少一个处理器，以及与处理器通信连接的存储器，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被处理器执行，以使至少一个处理器执行如实施例二的顶管导向方法。

实施例五：

一种计算机可读取存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现实施例二的顶管导向方法。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。