盾构掘进施工测量(讲义)

盾构施工测量控制2012年7月30日一、平面点传递二、高程点传递三、盾构掘进时测量四、管片测量一、平面点传递1、联系三角形定向（1）针对我项目部的工程情况，盾构机始发在始发井及互助站内，盾构机始发定向采用两井定向，采用竖井联系三角形测量。（2）竖井联系三角形测量近井点的坐标测量，利用地表导线控制网的DTⅡ046点测量近井点的坐标，按精密导线同等精度测量近井点坐标，角度观测六测回，左、右角各三测回，左、右角平均值与360°的较差≤±4″，边长往返各六测回，用严密平差进行数据处理，点位中误差≤±10mm。（3）竖井联系三角形的图形布设：悬挂的两根钢丝间距不小于5m，定向角α小于3°，b/a和b′/a′的比值控制在1.5内。（4）选用φ0.5mm的钢丝，在下部挂重物，重物质量为钢丝强度60~70％，为了减少钢丝的摆动使之静止，将重物浸在具有一定稠度的油里或其它液体里。两根钢丝间的距离用经检定合格的钢尺量取，估读至0.1mm，应独立测量三测回，每测回往返三次读数，各测回间的较差：在地上应小于0.5mm；在井下应小于1.0mm。在井上和井下测量同一条边的较差应小于2.0mm。距离测量也可以用全站仪加反射片测得。（5）使用Leica1202全站仪（标称精度2″，2+2ppm），用全圆测回法观测6测回，测角中误差控制在3″之内，通过两井测定地下同一条边的起始方位角，取其平均值作为盾构机始发方位角，根据一井定向一次测定地下起始边方位角中误差为±8″，按两井定向测定地下同一条起始边方位角的中误差可以达±5″，可以满足定向要求保证隧道正确贯通。（6）竖井联系测量应独立测量三次。（7）内业资料计算时均采用严密平差，以提高贯通中误差的精度。

2、导线定向（闭合导线法）（1）在始发井两端头井中板下或侧墙上设两个导线点（强制归心标）、在端头井地表围护结构上设两个导线点（强制归心标），4个导线点和地面近井点组成一个闭和环。具体如下图：（2）因为结构净空、净高的限制，洞口两条导线边很短（一般为14~16m），短边导线测量要求相当高，在施工过程中我们主要采取以下方法减小测量误差：a导线点全部采用强制归心标形式，消除仪器对点误差；b将前视棱镜偏心误差控制在0.5mm以内（也就是照准误差控制在8″以内，前视短边长度一般为14~16m），棱镜检校时的边长最好和现场实际导线边长大致一样，通过反复检较，是完全能达到目的的，短边观测时，全站仪和前视棱镜分别要作两次基座180°换位，然后取其平均值作为本次测量值，每次角度观测6个测回、距离对向观测2测回。二、高程点传递联系高程测量

联系高程测量主要内容是将地面的高程系统传入井下的高程起算点上。用悬挂钢尺的办法，钢尺需经检定合格，在地面上选好挂钢尺的固定位置系好钢尺，在钢尺的下端挂上钢尺在检定时的标准拉力的重物，井上和井下各安置一台水准仪同时读取在钢尺上的读数。在进行高程传递的过程中每测回均独立观测，测回间应变动仪器高度不小于10cm，每次应观测三测回，三测回测得地上和地下的高程之差不大于3mm。三测回测定的高差应加入钢尺的温度和尺长改正。高程传递联系测量示意图三、盾构掘进时测量1、激光导向系统的组成激光导向系统是综合运用测绘技术、激光传感技术、计算机技术以及机械电子等技术指导盾构隧道施工的有机体系。其组成见图1：激光全站仪（激光发射源和角度、距离及坐标量测设备）和黄盒子（信号传输和供电装置）；激光接收靶（内置光栅和两把竖向测角仪）、棱镜和定向点；盾构机主控室（TBMControlCabin）：由程控计算机（预装隧道掘进软件，具有显示和操作面板）、控制盒、网络传输Modem和可编程逻辑控制器（PLC）四部分组成；油缸杆伸长量测量（ExtensionMeasurement）装置等。其中，隧道掘进软件是盾构机激光导向系统的核心。2、盾构自动测量

当激光站看不到ELS标靶时，我们需在激光站与ELS标靶之间重新做一个激光站吊篮，原先的激光站做为新的棱镜后视标靶，新的激光站三维坐标需人工从隧道主导线上测量出来。另外还得复核新的后视棱镜标靶，以防止它移动。盾构机姿态测量的原理

1、盾构机作为一个近似的圆柱体，在开挖掘进过程中我们不能直接测量其刀盘的中心坐标，只能用间接法来推算出刀盘中心的坐标。在盾构机的机壳体内适当位置选择测量的观测点就成为非常重要的工作，所选观测点既要有利于观测，又利于点位的保护，并且相对位置不能发生变化，如下图中A点是盾构机刀盘中心，E是盾构机中体断面的中心点，即AE连线为盾构机的中心轴线，由A、B、C、D、四点构成一个四面体，测量出每个角点的三维坐标（xi,yi,zi），根据四个点的三维坐标（xi,yi,zi）分别计算出LAB、LAC、LAD、LBC、LBD、LCD，四面体中的六条边长，作为以后计算的初始值，在盾构机掘进过程中Li是不变的常量。

通过对B、C、D三点的三维坐标测量来计算出A点的三维坐标。同理，B、C、D、E四点也构成一个四面体，相应地求得E点的三维坐标。通过A、E两点的三维坐标和盾构机的绞折角就能计算出盾构机刀盘中心的水平偏航，垂直偏航，由B、C、D三点的三维坐标就能确定盾构机的扭转角度，从而达到检测盾构机的目的。四、管片测量1、用铝合金型材加工长水准尺，规格50×50×3000mm、50×50×4000mm，在中部安装水准汽泡，并以汽泡零点左、右刻出刻度线，水准尺的校正用水准仪进校正。

2、按管片的直径计算出弦长3米和