隧道掘进机钢拱架安装系统及方法与流程

1.本公开涉及隧道钢拱架安装技术领域，尤其涉及一种隧道掘进机钢拱架安装系统及方法。


背景技术：

2.tbm（tunnel boring machine，隧道掘进机）是集隧道掘进、出渣、支护、通风等功能一体的隧道施工机械，可实现隧道掘进的一次成型。在敞开式tbm的施工中，完后一环的掘进之后，需要通过安装钢拱架对隧道进行支护，提高隧道的稳定性和安全性，因此，提高钢拱架安装的合理性可以在一定程度上提高隧道的稳定性和安全性。
3.相关技术中，钢拱架在安装时，前后两个钢拱架的距离定位多由人工定位，然而人工定位存在一定的误差，两个钢拱架之间的距离存在误差，不仅会直接影响支护的质量，还会影响后续tbm撑靴的撑紧程度，因为掘进机的撑靴需支撑在开挖完成后的隧道壁上，撑靴上预留有钢拱架的槽，如果钢拱架的安装定位不准确，就会影响后续撑靴的撑紧。


技术实现要素：

4.为克服相关技术中存在的隧道掘进机钢拱架安装过程中钢拱架的安装定位不准确技术问题，本公开提供一种隧道掘进机钢拱架安装系统及方法。
5.在本公开实施例的第一方面，提供一种隧道掘进机钢拱架安装系统，所述系统包括：钢拱架安装器、多个固定棱镜、多个移动棱镜、全站仪以及上位机；多个所述固定棱镜均安装在所述钢拱架安装器上；多个所述移动棱镜安装于已经完成安装的隧道掘进机钢拱架上；所述钢拱架安装器包括导辊，所述导辊在夹紧所述隧道掘进机钢拱架并完全展开后，所述导辊的中心点所在纵面与所述钢拱架安装器的中心点所在的纵面重合，所述纵面与钢拱架的横截面平行；所述全站仪用于测量多个所述固定棱镜和多个所述移动棱镜的坐标；所述上位机用于：在初始化所述隧道掘进机钢拱架安装系统后，根据多个所述固定棱镜的坐标、所述钢拱架安装器上的导辊完全展开后的中心点位置以及隧道计划线，确定并保存第一里程差；在每一次执行隧道掘进机钢拱架安装过程中，根据多个所述移动棱镜的坐标，拟合得到多个所述移动棱镜的第一中心点坐标，计算所述第一中心点坐标在隧道计划线上的第一里程，根据多个所述固定棱镜的坐标，拟合得到多个所述固定棱镜的第二中心点坐标，计算所述第二中心点坐标在隧道计划线上的第二里程；获取所述上位机中保存的第一里程差，并根据当前的第一里程、当前的第二里程以及所述第一里程差，确定下一所述隧道掘进机钢拱架距离多个所述移动棱镜安装的隧道掘进机钢拱架的推进距离，并根据所述推进距离安装下一所述隧道掘进机钢拱架。
6.在一种优选的实施例中，多个所述移动棱镜分为两组分别安装于前一环已经完成
的钢拱架的前端面和后端面，其中，所述前端面为靠近待安装钢拱架的一面，所述后端面为远离所述待安装钢拱架的一面；所述上位机具体用于：根据安装在所述前端面的多个所述移动棱镜的坐标，拟合圆计算得到前端面圆心坐标；根据安装在所述后端面的多个所述移动棱镜的坐标，拟合圆计算得到后端面圆心坐标；将所述前端面圆心坐标与所述后端面圆心坐标的平均值，作为多个所述移动棱镜的中心点坐标。
7.在一种优选的实施例中，所述上位机具体用于：在初始化所述隧道掘进机钢拱架安装系统后，根据多个所述固定棱镜的坐标，拟合得到多个所述固定棱镜的第一参考中心点坐标，计算所述第一参考中心点坐标在隧道计划线上的第一参考里程；计算所述钢拱架安装器上的导辊完全展开后的中心点位置在所述隧道计划线上的第二参考里程；根据所述第一参考里程和所述第二参考里程之间的里程差值，确定所述第一里程差，并将所述第一里程差保存。
8.在一种优选的实施例中，所述上位机具体用于：根据所述第二里程与所述第一里程差之和，确定下一所述隧道掘进机钢拱架的推进里程；根据所述第一里程与所述推进里程之间的差值，确定下一所述隧道掘进机钢拱架距离多个所述移动棱镜安装的隧道掘进机钢拱架的推进距离。
9.在一种优选的实施例中，所述钢拱架安装器还包括：液压油缸和行程传感器；所述上位机具体用于：根据所述推进距离，控制所述液压油缸的伸出量，以推进下一所述隧道掘进机钢拱架至所述推进距离对应的目标安装位置；在根据所述行程传感器测量的行程确定推进下一所述隧道掘进机钢拱架至所述目标安装位置的情况下，控制所述液压油缸停止推进，并安装下一所述隧道掘进机钢拱架。
10.在一种优选的实施例中，多个所述固定棱镜中相邻安装在所述钢拱架安装器上的所述固定棱镜之间的距离差相等。
11.在一种优选的实施例中，所述第二中心点坐标中表征的高度坐标值与所述钢拱架安装器的中心点的坐标中表征的高度坐标值相同。
12.在本公开实施例的第二方面，提供一种隧道掘进机钢拱架安装方法，应用于第一方面中任一项所述的隧道掘进机钢拱架安装系统，所述方法包括：在初始化所述隧道掘进机钢拱架安装系统后，根据多个所述固定棱镜的坐标、所述钢拱架安装器上的导辊完全展开后的中心点位置以及隧道计划线，确定并保存第一里程差；在每一次执行隧道掘进机钢拱架安装过程中，根据多个移动棱镜的坐标，拟合得到多个所述移动棱镜的第一中心点坐标，计算所述第一中心点坐标在隧道计划线上的第一
里程；根据多个固定棱镜的坐标，拟合得到多个所述固定棱镜的第二中心点坐标，计算所述第二中心点坐标在隧道计划线上的第二里程；获取所述上位机中保存的第一里程差，并根据当前的第一里程、当前的第二里程以及所述第一里程差，确定下一隧道掘进机钢拱架距离多个所述移动棱镜安装的隧道掘进机钢拱架的推进距离；根据所述推进距离安装下一所述隧道掘进机钢拱架。
13.在一种优选的实施例中，多个所述移动棱镜分为两组分别安装于前一环已经完成的钢拱架的前端面和后端面，其中，所述前端面为靠近待安装钢拱架的一面，所述后端面为远离所述待安装钢拱架的一面；所述根据多个移动棱镜的坐标，拟合得到多个所述移动棱镜的第一中心点坐标，包括：根据安装在所述前端面的多个所述移动棱镜的坐标，拟合圆计算得到前端面圆心坐标；根据安装在所述后端面的多个所述移动棱镜的坐标，拟合圆计算得到后端面圆心坐标；将所述前端面圆心坐标与所述后端面圆心坐标的平均值，作为多个所述移动棱镜的中心点坐标。
14.在一种优选的实施例中，所述在初始化所述隧道掘进机钢拱架安装系统后，根据多个所述固定棱镜的坐标、所述钢拱架安装器上的导辊完全展开后的中心点位置以及隧道计划线，确定并保存第一里程差，包括：在初始化所述隧道掘进机钢拱架安装系统后，根据多个所述固定棱镜的坐标，拟合得到多个所述固定棱镜的第一参考中心点坐标，计算所述第一参考中心点坐标在隧道计划线上的第一参考里程；计算所述钢拱架安装器上的导辊完全展开后的中心点位置在所述隧道计划线上的第二参考里程；根据所述第一参考里程和所述第二参考里程之间的里程差值，确定所述第一里程差，并将所述第一里程差保存。
15.在一种优选的实施例中，所述根据当前的第一里程、当前的第二里程以及所述第一里程差，确定下一隧道掘进机钢拱架距离多个所述移动棱镜安装的隧道掘进机钢拱架的推进距离，包括：根据所述第二里程与所述第一里程差之和，确定下一所述隧道掘进机钢拱架的推进里程；根据所述第一里程与所述推进里程之间的差值，确定下一所述隧道掘进机钢拱架距离多个所述移动棱镜安装的隧道掘进机钢拱架的推进距离。
16.在一种优选的实施例中，所述钢拱架安装器还包括：液压油缸和行程传感器；所述根据所述推进距离安装下一所述隧道掘进机钢拱架，包括：根据所述推进距离，控制所述液压油缸的伸出量，以推进下一所述隧道掘进机钢拱架至所述推进距离对应的目标安装位置；
在根据所述行程传感器测量的行程确定推进下一所述隧道掘进机钢拱架至所述目标安装位置的情况下，控制所述液压油缸停止推进，并安装下一所述隧道掘进机钢拱架。
17.在一种优选的实施例中，多个所述固定棱镜中相邻安装在所述钢拱架安装器上的所述固定棱镜之间的距离差相等。
18.在一种优选的实施例中，所述第二中心点坐标中表征的高度坐标值与所述钢拱架安装器的中心点的坐标中表征的高度坐标值相同。
19.本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：根据固定棱镜的坐标、钢拱架安装器上导辊完全展开后中心点位置和隧道计划线，确定第一里程差；在每一次安装时，根据多个移动棱镜的坐标，拟合得到多个移动棱镜的第一中心点坐标，计算第一中心点坐标在隧道计划线上的第一里程，根据多个固定棱镜的坐标，拟合得到多个固定棱镜的第二中心点坐标，计算第二中心点坐标在隧道计划线上的第二里程；获取上位机中保存的第一里程差，并根据当前的第一里程、当前的第二里程以及第一里程差，确定下一隧道掘进机钢拱架距离多个移动棱镜安装的隧道掘进机钢拱架的推进距离，提高了隧道掘进机钢拱架定位的准确性，根据推进距离安装下一隧道掘进机钢拱架。从而提高了隧道掘进机钢拱架安装的准确性，进而提高了隧道施工的准确性、可靠性和安全性。
20.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
21.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
22.图1是根据一示例性实施例示出的一种隧道掘进机钢拱架安装系统的安装示意图。
23.图2是根据一示例性实施例示出的一种隧道掘进机钢拱架安装方法的流程图。
24.图3是根据一示例性实施例示出的一种实现图2中s22的流程图。
25.图4是根据一示例性实施例示出的一种实现图2中s24的流程图。
具体实施方式
26.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
27.图1是根据一示例性实施例示出的一种隧道掘进机钢拱架安装系统的安装示意图。如图1所示，隧道掘进机钢拱架安装系统包括：钢拱架安装器100、多个固定棱镜200、多个移动棱镜300、全站仪以及上位机；多个所述固定棱镜200均安装在所述钢拱架安装器100上；多个所述移动棱镜300安装于已经完成安装的隧道掘进机钢拱架上；所述钢拱架安装器100包括导辊110，所述导辊110在夹紧所述隧道掘进机钢拱架
并完全展开后，所述导辊110的中心点所在纵面与所述钢拱架安装器的中心点所在的纵面重合，所述纵面与钢拱架的横截面平行；所述全站仪用于测量多个所述固定棱镜和多个所述移动棱镜的坐标；所述上位机用于：在初始化所述隧道掘进机钢拱架安装系统后，根据多个所述固定棱镜的坐标、所述钢拱架安装器上的导辊完全展开后的中心点位置以及隧道计划线，确定并保存第一里程差；在每一次执行隧道掘进机钢拱架安装过程中，根据多个所述移动棱镜的坐标，拟合得到多个所述移动棱镜的第一中心点坐标，计算所述第一中心点坐标在隧道计划线上的第一里程，根据多个所述固定棱镜的坐标，拟合得到多个所述固定棱镜的第二中心点坐标，计算所述第二中心点坐标在隧道计划线上的第二里程；获取所述上位机中保存的第一里程差，并根据当前的第一里程、当前的第二里程以及所述第一里程差，确定下一所述隧道掘进机钢拱架距离多个所述移动棱镜安装的隧道掘进机钢拱架的推进距离，并根据所述推进距离安装下一所述隧道掘进机钢拱架。
28.可以说明的是，硬岩掘进机的撑靴需支撑在开挖完成后的隧道壁上，撑靴上预留有钢拱架的槽，所以需要对钢拱架的安装进行精确定位，避免影响后续撑靴的撑紧。
29.在一种实施方式中，隧道掘进机钢拱架安装系统还可以包括上位机通信连接的可编程控制器，可编程控制器中刷写有plc程序，上位机可以根据plc程序，控制钢拱架安装器的行走。
30.上述技术方案在初始化所述隧道掘进机钢拱架安装系统后，根据多个所述固定棱镜的坐标、所述钢拱架安装器上的导辊完全展开后的中心点位置以及隧道计划线，确定并保存第一里程差；在每一次执行隧道掘进机钢拱架安装过程中，根据多个移动棱镜的坐标，拟合得到多个移动棱镜的第一中心点坐标，计算第一中心点坐标在隧道计划线上的第一里程，根据多个固定棱镜的坐标，拟合得到多个固定棱镜的第二中心点坐标，计算第二中心点坐标在隧道计划线上的第二里程；获取所述上位机中保存的第一里程差，并根据当前的第一里程、当前的第二里程以及第一里程差，确定下一隧道掘进机钢拱架距离多个移动棱镜安装的隧道掘进机钢拱架的推进距离，提高了隧道掘进机钢拱架定位的准确性，根据推进距离安装下一隧道掘进机钢拱架。从而提高了隧道掘进机钢拱架安装的准确性，进而提高了隧道施工的准确性、可靠性和安全性。
31.在一种优选的实施例中，多个所述移动棱镜分为两组分别安装于前一环已经完成的钢拱架的前端面和后端面，其中，所述前端面为靠近待安装钢拱架的一面，所述后端面为远离所述待安装钢拱架的一面；所述上位机具体用于：根据安装在所述前端面的多个所述移动棱镜的坐标，拟合圆计算得到前端面圆心坐标；根据安装在所述后端面的多个所述移动棱镜的坐标，拟合圆计算得到后端面圆心坐标；将所述前端面圆心坐标与所述后端面圆心坐标的平均值，作为多个所述移动棱镜的中心点坐标。
32.在一种优选的实施例中，所述上位机具体用于：
在初始化所述隧道掘进机钢拱架安装系统后，根据多个所述固定棱镜的坐标，拟合得到多个所述固定棱镜的第一参考中心点坐标，计算所述第一参考中心点坐标在隧道计划线上的第一参考里程；计算所述钢拱架安装器上的导辊完全展开后的中心点位置在所述隧道计划线上的第二参考里程；根据所述第一参考里程和所述第二参考里程之间的里程差值，确定所述第一里程差，并将所述第一里程差保存。
33.在一种优选的实施例中，所述上位机具体用于：根据所述第二里程与所述第一里程差之和，确定下一所述隧道掘进机钢拱架的推进里程；根据所述第一里程与所述推进里程之间的差值，确定下一所述隧道掘进机钢拱架距离多个所述移动棱镜安装的隧道掘进机钢拱架的推进距离。
34.在一种优选的实施例中，所述钢拱架安装器还包括：液压油缸和行程传感器；所述上位机具体用于：根据所述推进距离，控制所述液压油缸的伸出量，以推进下一所述隧道掘进机钢拱架至所述推进距离对应的目标安装位置；在根据所述行程传感器测量的行程确定推进下一所述隧道掘进机钢拱架至所述目标安装位置的情况下，控制所述液压油缸停止推进，并安装下一所述隧道掘进机钢拱架。
35.在一种优选的实施例中，多个所述固定棱镜中相邻安装在所述钢拱架安装器上的所述固定棱镜之间的距离差相等。
36.本公开实施例中，参见图1所示，固定棱镜的数量至少为3个。
37.在一种优选的实施例中，所述第二中心点坐标中表征的高度坐标值与所述钢拱架安装器的中心点的坐标中表征的高度坐标值相同。
38.本公开实施例还提供一种隧道掘进机钢拱架安装方法，应用于前述实施例中任一项所述的隧道掘进机钢拱架安装系统，所述方法包括以下步骤：在步骤s21中，在初始化所述隧道掘进机钢拱架安装系统后，根据多个所述固定棱镜的坐标、所述钢拱架安装器上的导辊完全展开后的中心点位置以及隧道计划线，确定并保存第一里程差；在步骤s22中，在每一次执行隧道掘进机钢拱架安装过程中，根据多个移动棱镜的坐标，拟合得到多个所述移动棱镜的第一中心点坐标，计算所述第一中心点坐标在隧道计划线上的第一里程；在步骤s23中，根据多个固定棱镜的坐标，拟合得到多个所述固定棱镜的第二中心点坐标，计算所述第二中心点坐标在隧道计划线上的第二里程；在步骤s24中，获取所述上位机中保存的第一里程差，并根据当前的第一里程、当前的第二里程以及所述第一里程差，确定下一隧道掘进机钢拱架距离多个所述移动棱镜安装的隧道掘进机钢拱架的推进距离；在步骤s25中，根据所述推进距离安装下一所述隧道掘进机钢拱架。
39.在一种优选的实施例中，多个所述移动棱镜分为两组分别安装于前一环已经完成的钢拱架的前端面和后端面，其中，所述前端面为靠近待安装钢拱架的一面，所述后端面为
远离所述待安装钢拱架的一面；参见图3所示，在步骤s22中，所述根据多个移动棱镜的坐标，拟合得到多个所述移动棱镜的第一中心点坐标，包括：在步骤s221中，根据安装在所述前端面的多个所述移动棱镜的坐标，拟合圆计算得到前端面圆心坐标；在步骤s222中，根据安装在所述后端面的多个所述移动棱镜的坐标，拟合圆计算得到后端面圆心坐标；在步骤s223中，将所述前端面圆心坐标与所述后端面圆心坐标的平均值，作为多个所述移动棱镜的中心点坐标。
40.所述在初始化所述隧道掘进机钢拱架安装系统后，根据多个所述固定棱镜的坐标、所述钢拱架安装器上的导辊完全展开后的中心点位置以及隧道计划线，确定并保存第一里程差，包括：在初始化所述隧道掘进机钢拱架安装系统后，根据多个所述固定棱镜的坐标，拟合得到多个所述固定棱镜的第一参考中心点坐标，计算所述第一参考中心点坐标在隧道计划线上的第一参考里程；计算所述钢拱架安装器上的导辊完全展开后的中心点位置在所述隧道计划线上的第二参考里程；根据所述第一参考里程和所述第二参考里程之间的里程差值，确定所述第一里程差，并将所述第一里程差保存。
41.在一种优选的实施例中，参见图4所示，在步骤s24中，所述根据当前的第一里程、当前的第二里程以及所述第一里程差，确定下一隧道掘进机钢拱架距离多个所述移动棱镜安装的隧道掘进机钢拱架的推进距离，包括：在步骤s241中，根据所述第二里程与所述第一里程差之和，确定下一所述隧道掘进机钢拱架的推进里程；在步骤s242中，根据所述第一里程与所述推进里程之间的差值，确定下一所述隧道掘进机钢拱架距离多个所述移动棱镜安装的隧道掘进机钢拱架的推进距离。
42.在一种优选的实施例中，所述钢拱架安装器还包括：液压油缸和行程传感器；所述根据所述推进距离安装下一所述隧道掘进机钢拱架，包括：根据所述推进距离，控制所述液压油缸的伸出量，以推进下一所述隧道掘进机钢拱架至所述推进距离对应的目标安装位置；在根据所述行程传感器测量的行程确定推进下一所述隧道掘进机钢拱架至所述目标安装位置的情况下，控制所述液压油缸停止推进，并安装下一所述隧道掘进机钢拱架。
43.在一种优选的实施例中，多个所述固定棱镜中相邻安装在所述钢拱架安装器上的所述固定棱镜之间的距离差相等。
44.在一种优选的实施例中，所述第二中心点坐标中表征的高度坐标值与所述钢拱架安装器的中心点的坐标中表征的高度坐标值相同。
45.在一个实施例中，初次使用系统时，在已经安装好的前一环钢拱架的前端面的多个位置处安装可移动棱镜，上位机控制全站仪测量多个可移动棱镜的坐标，并进行拟合圆计算已经安装好的前一环钢拱架的前端面的圆心坐标；使用相同的方法在已经安装好的前
一环钢拱架的后端面的多个位置处安装可移动棱镜，上位机控制全站仪测量多个可移动棱镜的坐标，并进行拟合圆计算已经安装好的前一环钢拱架的后端面的圆心坐标。将已经安装好的前一环钢拱架的前端面和后端面的圆心坐标进行平均计算出钢拱架中间位置处的圆心坐标，并根据此坐标和隧道计划线计算出已经安装好的前一环钢拱架的里程。同时将该里程记录至上位机中进行存储。
46.进一步地，钢拱架安装器拼装好钢拱架之后，将拼装好的钢拱架完全展开，在拼装好的钢拱架前端面和后端面的多个位置处分别安装可移动棱镜，并使用上位机控制全站仪测量多个位置处的可移动棱镜，分别测量完全展开的钢拱架前端面和后端面的多个位置处的可移动棱镜的坐标，并进行拟合圆计算完全展开的钢拱架前端面和后端面的圆心坐标。将完全展开的钢拱架的前端面和后端面的圆心坐标进行平均计算出钢拱架中间位置处的圆心坐标。之后使用上位机控制全站仪测量钢拱架安装器上安装的三个固定棱镜的坐标，并拟合计算出三个固定棱镜的圆心坐标。上位机计算三个固定棱镜的圆心坐标与完全展开的钢拱架中间位置处的圆心坐标的距离差记录至其中。
47.进一步地，钢拱架安装器拼装好钢拱架之后，使用上位机控制全站仪测量钢拱架安装器上安装的三个固定棱镜的坐标，并根据三个固定棱镜的坐标拟合圆计算出当前三个固定棱镜的圆心坐标，使用此圆心坐标结合隧道计划线计算出三个固定棱镜的圆心所处的里程。此里程加上三个固定棱镜的圆心坐标与完全展开的钢拱架中间位置处的圆心坐标的距离差即为当前拼装的钢拱架的里程；上位机根据已经安装好的前一环钢拱架的里程与当前拼装的钢拱架的里程的差值，上位机控制plc调整钢拱架安装器的液压油缸的伸出量，通过上述方式调整钢拱架安装器上当前拼装的钢拱架的里程与已经安装好的前一环钢拱架的里程的差值为所安装的钢拱架之间的需求距离，即可控制钢拱架的精确定位。
48.进一步地，在定位完成之后，钢拱架安装器将钢拱架完全展开，进行后续工序，上位机记录此时已经安装好的钢拱架的里程，为下一环钢拱架安装做准备。
49.本领域技术人员在考虑说明书及实践本公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
50.应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

技术特征：
1.一种隧道掘进机钢拱架安装系统，其特征在于，所述系统包括：钢拱架安装器、多个固定棱镜、多个移动棱镜、全站仪以及上位机；多个所述固定棱镜均安装在所述钢拱架安装器上；多个所述移动棱镜安装于已经完成安装的隧道掘进机钢拱架上；所述钢拱架安装器包括导辊，所述导辊在夹紧所述隧道掘进机钢拱架并完全展开后，所述导辊的中心点所在纵面与所述钢拱架安装器的中心点所在的纵面重合，所述纵面与钢拱架的横截面平行；所述全站仪用于测量多个所述固定棱镜和多个所述移动棱镜的坐标；所述上位机用于：在初始化所述隧道掘进机钢拱架安装系统后，根据多个所述固定棱镜的坐标、所述钢拱架安装器上的导辊完全展开后的中心点位置以及隧道计划线，确定并保存第一里程差；在每一次执行隧道掘进机钢拱架安装过程中，根据多个所述移动棱镜的坐标，拟合得到多个所述移动棱镜的第一中心点坐标，计算所述第一中心点坐标在隧道计划线上的第一里程，根据多个所述固定棱镜的坐标，拟合得到多个所述固定棱镜的第二中心点坐标，计算所述第二中心点坐标在隧道计划线上的第二里程；获取所述上位机中保存的第一里程差，并根据当前的第一里程、当前的第二里程以及所述第一里程差，确定下一所述隧道掘进机钢拱架距离多个所述移动棱镜安装的隧道掘进机钢拱架的推进距离，并根据所述推进距离安装下一所述隧道掘进机钢拱架。2.根据权利要求1所述的隧道掘进机钢拱架安装系统，其特征在于，多个所述移动棱镜分为两组分别安装于前一环已经完成的钢拱架的前端面和后端面，其中，所述前端面为靠近待安装钢拱架的一面，所述后端面为远离所述待安装钢拱架的一面；所述上位机具体用于：根据安装在所述前端面的多个所述移动棱镜的坐标，拟合圆计算得到前端面圆心坐标；根据安装在所述后端面的多个所述移动棱镜的坐标，拟合圆计算得到后端面圆心坐标；将所述前端面圆心坐标与所述后端面圆心坐标的平均值，作为多个所述移动棱镜的中心点坐标。3.根据权利要求1所述的隧道掘进机钢拱架安装系统，其特征在于，所述上位机具体用于：在初始化所述隧道掘进机钢拱架安装系统后，根据多个所述固定棱镜的坐标，拟合得到多个所述固定棱镜的第一参考中心点坐标，计算所述第一参考中心点坐标在隧道计划线上的第一参考里程；计算所述钢拱架安装器上的导辊完全展开后的中心点位置在所述隧道计划线上的第二参考里程；根据所述第一参考里程和所述第二参考里程之间的里程差值，确定所述第一里程差，并将所述第一里程差保存。4.根据权利要求1所述的隧道掘进机钢拱架安装系统，其特征在于，所述上位机具体用于：
根据所述第二里程与所述第一里程差之和，确定下一所述隧道掘进机钢拱架的推进里程；根据所述第一里程与所述推进里程之间的差值，确定下一所述隧道掘进机钢拱架距离多个所述移动棱镜安装的隧道掘进机钢拱架的推进距离。5.根据权利要求1所述的隧道掘进机钢拱架安装系统，其特征在于，所述钢拱架安装器还包括：液压油缸和行程传感器；所述上位机具体用于：根据所述推进距离，控制所述液压油缸的伸出量，以推进下一所述隧道掘进机钢拱架至所述推进距离对应的目标安装位置；在根据所述行程传感器测量的行程确定推进下一所述隧道掘进机钢拱架至所述目标安装位置的情况下，控制所述液压油缸停止推进，并安装下一所述隧道掘进机钢拱架。6.根据权利要求1-5中任一项所述的隧道掘进机钢拱架安装系统，其特征在于，多个所述固定棱镜中相邻安装在所述钢拱架安装器上的所述固定棱镜之间的距离差相等。7.根据权利要求1-5中任一项所述的隧道掘进机钢拱架安装系统，其特征在于，所述第二中心点坐标中表征的高度坐标值与所述钢拱架安装器的中心点的坐标中表征的高度坐标值相同。8.一种隧道掘进机钢拱架安装方法，其特征在于，应用于权利要求1-7中任一项所述的隧道掘进机钢拱架安装系统，所述方法包括：在初始化所述隧道掘进机钢拱架安装系统后，根据多个所述固定棱镜的坐标、所述钢拱架安装器上的导辊完全展开后的中心点位置以及隧道计划线，确定并保存第一里程差；在每一次执行隧道掘进机钢拱架安装过程中，根据多个移动棱镜的坐标，拟合得到多个所述移动棱镜的第一中心点坐标，计算所述第一中心点坐标在隧道计划线上的第一里程；根据多个固定棱镜的坐标，拟合得到多个所述固定棱镜的第二中心点坐标，计算所述第二中心点坐标在隧道计划线上的第二里程；获取所述上位机中保存的第一里程差，并根据当前的第一里程、当前的第二里程以及所述第一里程差，确定下一隧道掘进机钢拱架距离多个所述移动棱镜安装的隧道掘进机钢拱架的推进距离；根据所述推进距离安装下一所述隧道掘进机钢拱架。9.根据权利要求8所述的隧道掘进机钢拱架安装方法，其特征在于，多个所述移动棱镜分为两组分别安装于前一环已经完成的钢拱架的前端面和后端面，其中，所述前端面为靠近待安装钢拱架的一面，所述后端面为远离所述待安装钢拱架的一面；所述根据多个移动棱镜的坐标，拟合得到多个所述移动棱镜的第一中心点坐标，包括：根据安装在所述前端面的多个所述移动棱镜的坐标，拟合圆计算得到前端面圆心坐标；根据安装在所述后端面的多个所述移动棱镜的坐标，拟合圆计算得到后端面圆心坐标；将所述前端面圆心坐标与所述后端面圆心坐标的平均值，作为多个所述移动棱镜的中心点坐标。
10.根据权利要求8所述的隧道掘进机钢拱架安装方法，其特征在于，所述在初始化所述隧道掘进机钢拱架安装系统后，根据多个所述固定棱镜的坐标、所述钢拱架安装器上的导辊完全展开后的中心点位置以及隧道计划线，确定并保存第一里程差，包括：在初始化所述隧道掘进机钢拱架安装系统后，根据多个所述固定棱镜的坐标，拟合得到多个所述固定棱镜的第一参考中心点坐标，计算所述第一参考中心点坐标在隧道计划线上的第一参考里程；计算所述钢拱架安装器上的导辊完全展开后的中心点位置在所述隧道计划线上的第二参考里程；根据所述第一参考里程和所述第二参考里程之间的里程差值，确定所述第一里程差，并将所述第一里程差保存。

技术总结
本公开涉及一种隧道掘进机钢拱架安装系统及方法，包括：钢拱架安装器、多个固定棱镜和移动棱镜、全站仪和上位机；多个固定棱镜安装在钢拱架安装器上；多个移动棱镜安装于已安装钢拱架上；全站仪测量多个固定棱镜和多个移动棱镜的坐标；上位机根据固定棱镜的坐标、钢拱架安装器上导辊完全展开后中心点位置和隧道计划线，确定第一里程差；在每一次安装时，根据移动棱镜的坐标拟合得到第一中心点坐标，根据固定棱镜的坐标拟合得到第二中心点坐标，分别根据第一中心点坐标和第二中心点坐标在隧道计划线上的里程以及第一里程差，确定下一钢拱架距离移动棱镜安装的钢拱架的推进距离，根据推进距离安装下一钢拱架。推进距离安装下一钢拱架。推进距离安装下一钢拱架。


技术研发人员：史志淳 王慈航 杨甜甜 王龙驹 王舒菲 付凯凯 刘泉 王大源
受保护的技术使用者：中交天和机械设备制造有限公司
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/8/5