CN115218862A - 基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统及监测方法，包括：安装于车架头部的顶面的全站仪，与盾构的工控机控制连接；安装于全站仪后方的管片环上内环面的顶部的第一棱镜和第二棱镜，第一棱镜和第二棱镜分别位于两环管片环上且错开设置，在盾构掘进过程中，通过全站仪分别观测第一棱镜和第二棱镜以获取全站仪的当前位置坐标，全站仪在当前位置分别观测当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个管片环的检测点，以获取当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个检测点的实际坐标，随着盾构掘进并获取若干组实际坐标以计算获得检测点对应的管片环的沉降信息，无需人力逐环对管片环进行检测，节省了人力和时间，提高了监测效率。

Description

基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及盾构施工技术领域，特指一种基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统及监测方法。

背景技术

随着城市的开发和建设，盾构法施工已经成为了市政工程建设中常用的一种施工工法，施工期盾构机管片沉降监测作为盾构施工的关键技术之一，参见图1，常见管片沉降监测方法为人工精密水准测量，所需作业人员两人，水准仪11操作人员一人，水准尺12操作人员一人。作业时，两人沿固定水准路线将隧道内稳定区域的水准点高程引测至作业面附近的临时水准点13上，使水准仪11视线高程短暂接入工程高程系统，水准尺12操作人员将水准尺12逐环放置于管片底部前沿中心供水准仪11操作人员观测并记录视线高，观测结束后水准仪11操作员将观测记录整理并计算，与前次观测记录对比获得管片沉降量。但是该方法耗费人力与时间，监测效率低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统及监测方法，以解决现有人工精密水准测量的方式耗费人力和时间，监测效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统，所监测系统安装于盾构盾尾的车架上，所述监测系统包括：

安装于所述车架头部的顶面的全站仪，与所述盾构的工控机控制连接；以及

安装于所述全站仪后方的管片环上内环面的顶部的第一棱镜和第二棱镜，所述第一棱镜和所述第二棱镜分别位于两环管片环上且错开设置，在盾构掘进过程中，通过所述全站仪分别观测所述第一棱镜和第二棱镜以获取所述全站仪的当前位置坐标，所述全站仪在当前位置分别观测当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个管片环的检测点，以获取当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个所述检测点的实际坐标，随着盾构掘进并获取若干组实际坐标以计算获得所述检测点对应的管片环的沉降信息。

本发明在盾构盾尾的车架上安装全站仪，并在管片环上设置第一棱镜和第二棱镜以供全站仪观测，从而能够在盾构的掘进过程中获取全站仪的当前位置坐标，盾构停止掘进，以使全站仪停留在当前位置并分别观测待照准的若干个管片环的检测点，以获取若干个检测点的实际坐标，随着盾构掘进能够获取管片环上检测点在若干个时间点的实际坐标，进而计算获取检测点对应的管片环的沉降信息，在盾构的掘进过程中能够自动地获取管片环的沉降情况，无需人力逐环对管片环进行检测，大大地节省了人力和时间，提高了监测效率。

本发明基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的进一步改进在于，还包括安装于所述车架头部的顶面的自动安平基座，所述全站仪安装于所述自动安平基座之上。

本发明还提供了一种利用如上述的基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法，包括如下步骤：

在盾构的掘进过程中，所述全站仪分别观测所述第一棱镜和第二棱镜以获取所述全站仪的当前位置坐标，所述盾构停止向前掘进，所述全站仪在当前位置分别观测当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个管片环的检测点，以获取当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个所述检测点的实际坐标，所述盾构继续向前掘进，重复该步骤直至完成所有的管片环的拼装施工并获取若干组实际坐标，以计算获得所述检测点对应的管片环的沉降信息；

在所述全站仪观测不到所述第一棱镜和所述第二棱镜之前，所述盾构停止向前掘进，在所述全站仪观测范围内的管片环上安装新的第一棱镜和第二棱镜。

本发明基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法的进一步改进在于，在获取所述全站仪的当前位置坐标时，判断当前所述盾构位置相对于上一次所述全站仪观测时是否发生位置移动；

若所述盾构发生位置移动，所述全站仪观测所述第一棱镜以测得所述全站仪至所述第一棱镜的本次检测间距，并结合上一次盾构静止时所述全站仪的位置坐标和所述全站仪至所述第一棱镜的上一静止间距，以及本次检测时和上一次盾构静止时千斤顶的伸长量的差值，计算出所述全站仪的当前位置坐标；

若所述盾构未发生位置移动，所述全站仪分别观测所述第一棱镜和第二棱镜以测得所述全站仪的当前位置坐标。

本发明基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法的进一步改进在于，以盾构隧道的施工推进方向的设计轴线为x轴，以垂直于x轴并位于水平面内的线为y轴，以垂直于y轴并位于铅垂面内的线为z轴，建立盾构隧道的三维坐标系；

坐标A(X_A，Y_A，Z_A)为所述第一棱镜的位置坐标，坐标B(X_B，Y_B，Z_B)为所述第二棱镜的位置坐标，坐标C(X_C，Y_C，Z_C)为上一次盾构静止时所述全站仪的位置坐标，坐标E(X_E，Y_E，Z_E)为本次检测时所述全站仪的位置坐标，作AB、AC、BC、AE、CE连线，根据如下公式计算出所述全站仪的当前位置坐标E(X_E，Y_E，Z_E)：

AC＝D₁，AE＝D₂，CE＝△L；

D₁ ²+△L²－D₂ ²＝2D₁△L*∠ACE；

α_AC＝arctan[(Y_C－Y_A)/(X_C－X_A)]；

α_CE＝α_AC+∠ACE－180°；

X_E＝X_C+△X_CE＝X_C+△L*cos(α_CE)；

Y_E＝Y_C+△Y_CE＝Y_C+△L*sin(α_CE)；

其中，D₁为上一次盾构静止时所述全站仪至所述第一棱镜的上一静止间距，D₂为所述全站仪至所述第一棱镜的本次检测间距，△L为本次检测时和上一次盾构静止时千斤顶的伸长量的差值，α_AC为AC的方位角，α_CE为CE的方位角，△X_CE为坐标C至坐标E在水平方向的水平位移量，△Y_CE为坐标C至坐标E在垂直方向的垂直位移量。

本发明基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法的进一步改进在于，在盾构静止状态下安装新的第一棱镜和第二棱镜，并控制所述全站仪分别观测新的第一棱镜和第二棱镜以测得当前静止时所述全站仪的位置坐标，以及所述全站仪至新的第一棱镜的第一静止间距。

本发明基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法的进一步改进在于，在获取所述拼装环和所述管片环上检测点的实际坐标时，根据所述拼装环和所述管片环上的照准点的设计坐标以及所述全站仪的当前位置坐标，计算出所述全站仪至对应的照准点的方位角和天顶距，所述全站仪依据所述方位角和天顶距依次观测对应的拼装环和管片环，以测得所述检测点的实际坐标。

本发明基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法的进一步改进在于，所述照准点为所述管片环的内环面上靠近所述盾构一侧边上的中点。

本发明基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法的进一步改进在于，设定检测时间，每间隔所述检测时间获取若干个所述检测点的实际坐标。

本发明基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法的进一步改进在于，提供自动安平基座，将所述自动安平基座安装于所述车架头部的顶面，将所述全站仪安装于所述自动安平基座之上；

在所述盾构的掘进过程中，在所述全站仪未处于水平状态时，所述自动安平基座能够自动地将所述全站仪调整至水平状态。

附图说明

图1为现有人工精密水准测量的结构示意图。

图2为本发明基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的结构示意图。

图3为本发明基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法的流程图。

图4为本发明基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法中第一棱镜、第二棱镜、当前全站仪以及上一次静止时全站仪的位置关系示意图。

符号说明：水准仪11，水准尺12，临时水准点13，车架20，第一棱镜30，第二棱镜40，管片环50，全站仪60，自动安平基座70，工控机80。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统及监测方法，用于在盾构施工过程中自动监测管片环的沉降情况。本发明随着盾构掘进能够获取管片环上检测点在若干个时间点的实际坐标，进而计算获取检测点对应的管片环的沉降信息，在盾构的掘进过程中能够自动地获取管片环的沉降情况，无需人力逐环对管片环进行检测，大大地节省了人力和时间，提高了监测效率。

下面结合附图对本发明基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统及监测方法进行说明。

参见图2至4，在本实施例中，一种基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统，监测系统安装于盾构盾尾的车架20上，监测系统包括：安装于车架20头部的顶面的全站仪60，全站仪60与盾构的工控机80控制连接；安装于全站仪60后方的管片环50上内环面的顶部的第一棱镜30和第二棱镜40，第一棱镜30和第二棱镜40分别位于两环管片环50上且错开设置，在盾构掘进过程中，通过全站仪60分别观测第一棱镜30和第二棱镜40以获取全站仪60的当前位置坐标，全站仪60在当前位置分别观测当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个管片环50的检测点，以获取当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个检测点的实际坐标，随着盾构掘进并获取若干组实际坐标以计算获得检测点对应的管片环50的沉降信息。

在本实施例中监测系统利用全站仪60观测第一棱镜30和第二棱镜40能够获取全站仪60的实时三维定位定向信息。根据该实时的三维定位定向信息全站仪60在当前位置并分别观测待照准的若干个管片环50的检测点，以获取待照准的若干个检测点的实际坐标，实现了在盾构施工过程中自动地获取管片环50的沉降信息，与人工精密水准测量的方式相比，自动化程度高、精度高，提高了监测效率。

进一步的，监测系统还包括安装于车架20头部的顶面的自动安平基座70，全站仪60安装于自动安平基座70之上。由自动安平基座70为全站仪60提供实时的大致水平的工作环境，使得全站仪60的倾斜量始终处于机载双轴补偿器的补偿范围内。

在一种较佳实施例中，本发明的硬件由全站仪60、自动安平基座70、圆棱镜、工控机80、显示装置、全站仪60与工控机80连接线、工控机80与显示装置连接线和供电设备等组成，软件由搭载于工控机80的管片沉降数据获取处理分析显示一体化软件组成，全站仪60中不含有机载软件。硬件连接情况如下，第一圆棱镜30和第二圆棱镜40安置于盾构掘进反向的车架20后方与其他任何硬件不连接，供电设备通过线缆为全站仪60、自动安平基座70、工控机80和显示装置供电，全站仪60安置于固定在车架20顶部的自动安平基座70上，全站仪60通过连接线与工控机80连接实现指令和数据交互，工控机80通过连接线与显示装置连接实现管片沉降观测成果的可视化。

下面对本发明的基于全站仪60的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测流程进行说明。

建立管片沉降数据获取处理分析显示一体化软件与当前盾构机实时数据库之间的连接，实现管片环50的环号、切口里程、千斤顶行程、盾构机机械尺寸等数据的实时获取。

在管片沉降数据获取处理分析显示一体化软件中，录入隧道设计轴线和管片内径，人工设定系统初次运行时间和监测时间间隔。人工测量第一圆棱镜30和第二圆棱镜40在工程坐标系下的三维坐标。在测站静止状态下观测第一圆棱镜30和第二圆棱镜40，计算得到全站仪60初始的三维定位定向信息。

第一圆棱镜30和第二圆棱镜40安置于盾构掘进反向的车架20后方，且棱镜中心在工程坐标系中的三维坐标已知。到达系统初次运行时间或监测时间间隔，触发一个观测周期。

准备第一次观测前判断盾构运动状态，若盾构机为运动状态，则观测第一圆棱镜30，并记录当前观测时刻的千斤顶行程，利用动态后方交会算法计算全站仪60的当前位置坐标，若盾构机为静止状态，则观测第一圆棱镜30，并记录当前观测时刻的千斤顶行程。

第二次观测前判断盾构运动状态，若盾构机为运动状态，则观测第一圆棱镜30，并记录当前观测时刻的千斤顶行程，利用动态后方交会算法计算全站仪60的当前位置坐标。若盾构机为静止状态，则观测第二圆棱镜40，由静态后方交会算法计算全站仪60的当前位置坐标。

至此实现多种情况下全站仪60三维定位定向信息的实时获取。

工控机80中提前存储有隧道设计轴线和管片内径等信息，同时通过管片沉降数据获取处理分析显示一体化软件与当前盾构机实时数据库之间的连接，根据切口里程、管片环50环号、千斤顶行程、盾构机械尺寸，计算并存储管片环50的照准点的设计坐标，照准点为管片环50的内环面上靠近盾构一侧边上的中点。

全站仪60实时三维定位定向信息获取后，根据全站仪60当前时刻坐标、当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个管片环50的照准点的设计坐标，计算全站仪60与对应的管片环50的照准点之间的方位角和天顶距。

依据方位角和天顶距，工控机80控制全站仪60对拼装环及拼装环后15环范围内的管片环50进行观测，并记录和存储管片环50的环号、观测周期、全站仪60观测的检测点的实际坐标，全站仪60的激光照射在管片环50上的位置点即为检测点，将测得的检测点的实测三维坐标存储至工控机80中，以备后续数据分析使用，至此第一个观测周期结束。

在时间间隔满足工控机80内置软件预定条件后，开始下一观测周期。软件再次驱动全站仪60对第一圆棱镜30和第二圆棱镜40按实际情况进行观测，由静态或动态后方交会算法计算得全站仪60实时三维定位定向信息。计算全站仪60与对应的管片环50的照准点之间的方位角和天顶距，然后驱动全站仪60对拼装环及拼装环后15环范围内的管片环50进行观测，各环管片环50上的检测点的实测三维坐标存储至工控机80中，以备后续数据分析使用，至此下一观测周期结束。

由管片沉降数据获取处理分析显示一体化软件，在工控机80观测数据表中读取数据，按管片环50的环号和观测周期对各环管片环的沉降情况进行分析并显示。在完成两个及以上观测周期时可分析并显示各环的单次沉降变化量和累计沉降变化量。

本发明还提供了一种利用如上述的基于全站仪60的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法，包括如下步骤：

S101：在盾构的掘进过程中，全站仪60分别观测第一棱镜30和第二棱镜40以获取全站仪60的当前位置坐标，盾构停止向前掘进，全站仪60在当前位置分别观测当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个管片环50的检测点，以获取当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个检测点的实际坐标，盾构继续向前掘进，重复该步骤直至完成所有的管片环50的拼装施工并获取若干组实际坐标，以计算获得检测点对应的管片环50的沉降信息；

S102：在全站仪60观测不到第一棱镜30和第二棱镜40之前，盾构停止向前掘进，在全站仪60观测范围内的管片环50上安装新的第一棱镜30和第二棱镜40。

在一种具体实施例中，在获取全站仪60的当前位置坐标时，判断当前盾构位置相对于上一次全站仪60观测时是否发生位置移动；

若盾构发生位置移动，全站仪60观测第一棱镜30以测得全站仪60至第一棱镜30的本次检测间距，并结合上一次盾构静止时全站仪60的位置坐标和全站仪60至第一棱镜30的上一静止间距，以及本次检测时和上一次盾构静止时千斤顶的伸长量的差值，计算出全站仪60的当前位置坐标；

若盾构未发生位置移动，全站仪60分别观测第一棱镜30和第二棱镜40以测得全站仪60的当前位置坐标。

进一步的，以盾构隧道的施工推进方向的设计轴线为x轴，以垂直于x轴并位于水平面内的线为y轴，以垂直于y轴并位于铅垂面内的线为z轴，建立盾构隧道的三维坐标系；

坐标A(X_A，Y_A，Z_A)为第一棱镜30的位置坐标，坐标B(X_B，Y_B，Z_B)为第二棱镜40的位置坐标，坐标C(X_C，Y_C，Z_C)为上一次盾构静止时全站仪60的位置坐标，坐标E(X_E，Y_E，Z_E)为本次检测时全站仪60的位置坐标，作AB、AC、BC、AE、CE连线，根据如下公式计算出全站仪60的当前位置坐标E(X_E，Y_E，Z_E)：

AC＝D₁，AE＝D₂，CE＝△L；

D₁ ²+△L²－D₂ ²＝2D₁△L*∠ACE；

α_AC＝arctan[(Y_C－Y_A)/(X_C－X_A)]；

α_CE＝α_AC+∠ACE－180°；

X_E＝X_C+△X_CE＝X_C+△L*cos(α_CE)；

Y_E＝Y_C+△Y_CE＝Y_C+△L*sin(α_CE)；

其中，D₁为上一次盾构静止时全站仪60至第一棱镜30的上一静止间距，D₂为全站仪60至第一棱镜30的本次检测间距，△L为本次检测时和上一次盾构静止时千斤顶的伸长量的差值，α_AC为AC的方位角，α_CE为CE的方位角，△X_CE为坐标C至坐标E在水平方向的水平位移量，△Y_CE为坐标C至坐标E在垂直方向的垂直位移量。

更进一步的，在盾构静止状态下安装新的第一棱镜30和第二棱镜40，并控制全站仪60分别观测新的第一棱镜30和第二棱镜40以测得当前静止时全站仪60的位置坐标，以及全站仪60至新的第一棱镜30的第一静止间距。

在一种具体实施例中，在获取拼装环和管片环50上检测点的实际坐标时，根据拼装环和管片环50上的照准点的设计坐标以及全站仪60的当前位置坐标，计算出全站仪60至对应的照准点的方位角和天顶距，全站仪60依据方位角和天顶距依次观测对应的拼装环和管片环50，以测得检测点的实际坐标。

进一步的，照准点为管片环50的内环面上靠近盾构一侧边上的中点。

在盾构的掘进过程中，工控机80可计算获取管片环50中心的设计坐标，管片环50中心的设计坐标即为管片环50未发生沉降时管片环50中心的位置坐标，进而计算出管片环50上照准点的设计坐标，照准点的设计坐标即为管片环50未发生沉降时照准点的位置坐标。根据照准点的位置坐标和全站仪60的当前位置坐标，计算出全站仪60至对应的照准点的方位角和天顶距，全站仪60依据方位角和天顶距观测管片环50，全站仪60射出的激光照射在管片环50的内环面的顶面的位置即为管片环50上的检测点，若是管片环50发生沉降，针对同一管片环50的两次观测时，管片环50上的检测点是会发生一些偏移。但是由于相邻两环管片是通过连接件进行安装连接，正常的管片环50的沉降较小，两次照射的检测点的位置偏移量较小，属于检测精度范围内，由于管片环50较大且顶部区域趋近于水平，即相当于全站仪60针对同一管片环50每次照射的是同一位置点，即全站仪60每次针对同一管片环50的同一检测点进行观测，根据同一检测点的不同时刻的高程值，即可求得该检测点对应的管片环50的沉降信息。

进一步的，当前观测时刻盾构机切口里程为L，切口至千斤顶根部机械尺寸长度为S1，盾构当前环号为N，多组千斤顶平均伸长量为L₁，若L₁大于零且小于满足拼装空间的伸长量平均值，则第N-1环管片中心里程L_N-1＝L-S₁-L₁，若L₁大于满足拼装空间的伸长量平均值，则第N环的管片中心里程L_N＝L-S₁-L₁。

更进一步的，根据切口里程、管片环50的环号、千斤顶行程、盾构机械尺寸，计算并存储管片环50的照准点的设计坐标，照准点为管片环50的内环面上靠近盾构一侧边上的中点。切口里程为盾构刀尖在设计线中的里程，管片中心里程为管片环50的内环面上靠近盾构一侧边上的中点在隧道设计线中的里程。

管片环50上照准点的设计坐标计算方法，由DTA表，按里程内插获得管片环50的中心三维坐标，再根据管片设计内径，管片环50的中心三维坐标的Z值加入改正常数，获得管片环50上照准点的设计坐标。

管片顶部前沿中心与全站仪60的位置关系计算原理，管片顶部前沿中心及全站仪60中心三维坐标均已知，由平面坐标反算可得全站仪60至管片顶部前沿中心方位角和平面距离，由平面距离和里程差反算可得全站仪60至各测点天顶距。

更进一步的，设定检测时间，每间隔检测时间获取若干个检测点的实际坐标。

较佳的，在距全站仪60观测不到第一棱镜30和第二棱镜40前的2或3环管片环的距离时，进行新的第一棱镜30和第二棱镜40的安装施工。由于仅需在全站仪快要观测不到第一棱镜30和第二棱镜40时，再安装新的第一棱镜和第二棱镜，大大减小了安装施工量。

在一种具体实施例中，提供自动安平基座70，将自动安平基座70安装于车架20头部的顶面，将全站仪60安装于自动安平基座70之上；

在盾构的掘进过程中，在全站仪60未处于水平状态时，自动安平基座70能够自动地将全站仪60调整至水平状态。

较佳的，全站仪60在当前位置分别观测当前拼装环以及当前拼装环后方的15个管片环50的检测点，以获取当前拼装环以及当前拼装环后方的15个检测点的实际坐标。

通过采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明涉及棱镜、工控机80、全站仪60等相结合的技术，主要针对盾构施工过程中拼装环至拼装环后15环范围内的沉降监测难题，通过合理规划、设计并建立一套管片沉降自动监测系统。本监测系统设计结构灵活，可实时监测盾构拼装环至拼装环后15环范围内的逐环管片沉降，全站仪60安置于车架20顶端中部，能随着盾构推进自动定位定向，并按设定时间自动进行沉降观测，保障盾构施工顺利进行。

需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统，其特征在于，所监测系统安装于盾构盾尾的车架上，所述监测系统包括：

安装于所述车架头部的顶面的全站仪，与所述盾构的工控机控制连接；以及

安装于所述全站仪后方的管片环上内环面的顶部的第一棱镜和第二棱镜，所述第一棱镜和所述第二棱镜分别位于两环管片环上且错开设置，在盾构掘进过程中，通过所述全站仪分别观测所述第一棱镜和第二棱镜以获取所述全站仪的当前位置坐标，所述全站仪在当前位置分别观测当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个管片环的检测点，以获取当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个所述检测点的实际坐标，随着盾构掘进并获取若干组实际坐标以计算获得所述检测点对应的管片环的沉降信息。

2.如权利要求1所述的基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统，其特征在于，还包括安装于所述车架头部的顶面的自动安平基座，所述全站仪安装于所述自动安平基座之上。

3.一种利用如权利要求1-2中任一项所述的基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

在盾构的掘进过程中，所述全站仪分别观测所述第一棱镜和第二棱镜以获取所述全站仪的当前位置坐标，所述盾构停止向前掘进，所述全站仪在当前位置分别观测当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个管片环的检测点，以获取当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个所述检测点的实际坐标，所述盾构继续向前掘进，重复该步骤直至完成所有的管片环的拼装施工并获取若干组实际坐标，以计算获得所述检测点对应的管片环的沉降信息；

在所述全站仪观测不到所述第一棱镜和所述第二棱镜之前，所述盾构停止向前掘进，在所述全站仪观测范围内的管片环上安装新的第一棱镜和第二棱镜。

4.如权利要求3所述的基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法，其特征在于，在获取所述全站仪的当前位置坐标时，判断当前所述盾构位置相对于上一次所述全站仪观测时是否发生位置移动；

若所述盾构发生位置移动，所述全站仪观测所述第一棱镜以测得所述全站仪至所述第一棱镜的本次检测间距，并结合上一次盾构静止时所述全站仪的位置坐标和所述全站仪至所述第一棱镜的上一静止间距，以及本次检测时和上一次盾构静止时千斤顶的伸长量的差值，计算出所述全站仪的当前位置坐标；

若所述盾构未发生位置移动，所述全站仪分别观测所述第一棱镜和第二棱镜以测得所述全站仪的当前位置坐标。

5.如权利要求4所述的基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法，其特征在于，以盾构隧道的施工推进方向的设计轴线为x轴，以垂直于x轴并位于水平面内的线为y轴，以垂直于y轴并位于铅垂面内的线为z轴，建立盾构隧道的三维坐标系；

坐标A(X_A，Y_A，Z_A)为所述第一棱镜的位置坐标，坐标B(X_B，Y_B，Z_B)为所述第二棱镜的位置坐标，坐标C(X_C，Y_C，Z_C)为上一次盾构静止时所述全站仪的位置坐标，坐标E(X_E，Y_E，Z_E)为本次检测时所述全站仪的位置坐标，作AB、AC、BC、AE、CE连线，根据如下公式计算出所述全站仪的当前位置坐标E(X_E，Y_E，Z_E)：

AC＝D₁，AE＝D₂，CE＝△L；

D₁ ²+△L²－D₂ ²＝2D₁△L*∠ACE；

α_AC＝arctan[(Y_C－Y_A)/(X_C－X_A)]；

α_CE＝α_AC+∠ACE－180°；

X_E＝X_C+△X_CE＝X_C+△L*cos(α_CE)；

Y_E＝Y_C+△Y_CE＝Y_C+△L*sin(α_CE)；

其中，D₁为上一次盾构静止时所述全站仪至所述第一棱镜的上一静止间距，D₂为所述全站仪至所述第一棱镜的本次检测间距，△L为本次检测时和上一次盾构静止时千斤顶的伸长量的差值，α_AC为AC的方位角，α_CE为CE的方位角，△X_CE为坐标C至坐标E在水平方向的水平位移量，△Y_CE为坐标C至坐标E在垂直方向的垂直位移量。

6.如权利要求4所述的基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法，其特征在于，在盾构静止状态下安装新的第一棱镜和第二棱镜，并控制所述全站仪分别观测新的第一棱镜和第二棱镜以测得当前静止时所述全站仪的位置坐标，以及所述全站仪至新的第一棱镜的第一静止间距。

7.如权利要求3所述的基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法，其特征在于，在获取所述拼装环和所述管片环上检测点的实际坐标时，根据所述拼装环和所述管片环上的照准点的设计坐标以及所述全站仪的当前位置坐标，计算出所述全站仪至对应的照准点的方位角和天顶距，所述全站仪依据所述方位角和天顶距依次观测对应的拼装环和管片环，以测得所述检测点的实际坐标。

8.如权利要求7所述的基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法，其特征在于，所述照准点为所述管片环的内环面上靠近所述盾构一侧边上的中点。

9.如权利要求3所述的基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法，其特征在于，设定检测时间，每间隔所述检测时间获取若干个所述检测点的实际坐标。

10.如权利要求3所述的基于全站仪的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法，其特征在于，提供自动安平基座，将所述自动安平基座安装于所述车架头部的顶面，将所述全站仪安装于所述自动安平基座之上；

在所述盾构的掘进过程中，在所述全站仪未处于水平状态时，所述自动安平基座能够自动地将所述全站仪调整至水平状态。

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