CN104482918A - 地铁盾构隧道成型洞门测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁盾构隧道成型洞门测量方法，包括步骤：一、外业数据采集：101、测点选择：在待测量洞门内边缘上根据需要选择M个测点；102、测点位置测量：对各测点的三维坐标进行测量，并记录测量结果；二、内业数据处理：201、各测点与设计线路中心线之间距离计算及差值比较；202、端墙偏移量及平整度计算；203、拟合洞门中心与设计洞门中心比较，过程如下：投影；投影点分组；拟合圆；拟合洞门中心点获取；洞门中心拟合精度计算；洞门中心偏移量获取。本发明步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能解决现有隧道成型洞门测量方法存在的劳动强度较高、只能大概推算出成型洞门的平面偏差情况、使用效果较差等问题。

Description

地铁盾构隧道成型洞门测量方法

技术领域

本发明属于地铁盾构隧道施工技术领域，尤其是涉及一种地铁盾构隧道成型洞门测量方法。

背景技术

地铁盾构隧道的洞门外径一般为6.7m，在盾构始发时，为保证盾构机准确定位顺利始发，且在盾构贯通时，为确保盾构隧道精确贯通，都需要对已经做好的成型地铁盾构隧道洞门进行实际位置测量。由于地铁盾构隧道成型洞门较高，人不容易够到，常规的测量方法为支距法，测量过程如下:

第一步、如图1所示，按照每50cm布设一个高程断面的方法，在待测量地铁盾构隧道的待测量洞门1两侧放样出高程位置标记，其中点A和点B分别为洞门1的顶点和底点；

第二步、使用全站仪或者搭设脚手架，并采用钢卷尺测量每个高程断面处的支距L，该支距L为实测支距；

第三步、将实测支距与设计支距进行比较，推算出成型洞门大概的平面位置偏差；

第四步、使用水准仪配合塔尺，直接测量洞门的顶点和底点的高程，推算成型洞门大概的高程位置偏差。

实际使用时，上述支距法测量方法存在以下缺陷和不足：

第一、测量过程中需要使用全站仪、水准仪和钢尺，并且需要搭设辅助测量的脚手架，费事、费人、费力且费时，劳动强度高且安全性较低；

第二、只能大概推算出成型洞门的平面偏差情况，不能准确计算得到成型洞门的实际圆心坐标、真圆度情况、主要点位的径向偏差值等主要参数，对于盾构隧道进出洞测量控制，尤其是注浆壳外置的盾构始发，测量精度不够。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能解决现有隧道成型洞门测量方法存在的劳动强度较高、只能大概推算出成型洞门的平面偏差情况、使用效果较差等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、外业数据采集，过程如下：

步骤101、测点选择：在待测量洞门的内边缘上选择M个测点，并沿顺时针方向或逆时针方向对M个测点进行编号；M为正整数且M≥10；

所述待测量洞门为所施工地铁盾构隧道的端墙式洞门，所述待测量洞门的一侧为地铁盾构隧道且其另一侧为地下构筑物，且待测量洞门位于所述地铁盾构隧道与所述地下构筑物之间的分界处；所述待测量洞门的横断面为圆形；

步骤102、测点位置测量：对步骤101中M个所述测点的三维坐标分别进行测量，并对测量结果进行同步记录；

步骤二、内业数据处理，过程如下：

步骤201、各测点与设计线路中心线之间距离计算及差值比较：根据步骤102中测量得出的各测点的三维坐标，并结合预先设计的设计线路中心线l_设，分别计算出各测点与设计线路中心线l_设之间的距离D_i；再将计算得出的D_i与R进行差值比较，计算得出各测点所处位置处实际洞门半径与设计洞门半径之间的差值ΔD_i，其中ΔD_i＝D_i-R，R为待测量洞门的设计半径；其中，i为正整数且i＝1、2、…、M；D_i为M个所述测点中第i个测点与所述设计线路中心线之间的距离，且D_i为第i个测点所处位置处的实际洞门半径；ΔD_i为第i个测点所处位置处实际洞门半径与设计洞门半径之间的差值；

步骤202、端墙偏移量及平整度计算：根据步骤102中测量得出的各测点的三维坐标，并结合设计线路中心线l_设，分别计算出各测点所处位置处与设计分界里程断面之间沿线路方向的距离d_i；之后，根据公式 计算得出平均值d；然后，根据公式计算得出待测量洞门的实际端墙的墙面平整度m1；其中，d_i为点C_i到点O_设之间的距离，O_设为预先设计的待测量洞门的中心点，点C_i为垂线l_i与设计线路中心线l_设的垂足，垂线l_i为过第i个测点且与设计线路中心线l_设垂直的直线；所述设计分界里程断面为预先设计的所述地铁盾构隧道与地下构筑物之间分界处的横断面；d为待测量洞门的实际端墙的偏移量；

步骤203、拟合洞门中心与设计洞门中心比较，过程如下：

步骤2031、投影：将步骤一中M个所述测点分别投影至所述设计分界里程断面上，并获得M个投影点；

步骤2032、投影点分组：将M个所述投影点分为K组，每组中均包含3个投影点；其中，K为正整数且K≥3；

步骤2033、拟合圆：根据K组投影点分别拟合出K个拟合圆，并计算出K个拟合圆的圆心的三维坐标；K个拟合圆中第j个拟合圆的圆心记作O_j，其中j为正整数且j＝1、2、…、K；

步骤2034、拟合洞门中心点获取：求出步骤2033中K个拟合圆圆心的三维坐标平均值，并获得待测量洞门(1)的拟合洞门中心点O_拟合；其中，拟合洞门中心点O_拟合的三维坐标为K个拟合圆圆心的三维坐标平均值；

步骤2035、洞门中心拟合精度计算：先根据公式Δl_i＝l_i-R(3)，计算得出步骤2031中M个投影点的拟合偏差，公式(3)中Δl_i为M个投影点中第i个投影点的拟合偏差，l_i为M个投影点中第i个投影点与拟合洞门中心点O_拟合之间的距离；再根据公式计算得出待测量洞门(1)的洞门中心点拟合精度m2；

步骤2036、洞门中心偏移量获取：将步骤2034中所获得拟合洞门中心点O_拟合的位置，与预先设计的待测量洞门的中心点O_设的位置进行对比，获得待测量洞门的洞门中心偏移量。

上述地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征是：步骤101中M个所述测点从待测量洞门的底部开始沿顺时针方向选择。

上述地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征是：步骤102中对M个所述测点的三维坐标分别进行测量时，采用免棱镜全站仪进行测量。

上述地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征是：步骤一中进行外业数据采集之前，先通过联系测量的方法，将所施工地铁盾构隧道的地面控制网引测至待测量洞门所处位置；步骤102中采用所述免棱镜全站仪进行测量时，先在引测至待测量洞门所处位置的控制点上对所述免棱镜全站仪进行后视定向；进行后视定向时，在水平面上和高程方向上分别进行定向，为所述免棱镜全站仪设定一个测量坐标系，所设定的测量坐标系为三维直角坐标系且其与待测量洞门施工时所用的施工坐标系一致。

上述地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征是：所设定的测量坐标系为XYH三维直角坐标系；步骤102中测量出的M个所述测点的三维坐标，记作(X_i，Y_i，H_i)；其中X_i为第i个测点的X轴坐标，Y_i为第i个测点的Y轴坐标，H_i为第i个测点的H轴坐标且其为第i个测点的高程数据；

步骤203中进行拟合洞门中心与设计洞门中心比较时，以点O_设为坐标原点，以所述设计分界里程断面为xoy平面，建立三维直角坐标系，并在所建立三维直角坐标系中利用K组测点拟合圆，拟合得出的圆心为拟合洞门中心点O_拟合；之后，进行坐标转换，计算出拟合洞门中心点O_拟合在XYH三维直角坐标系中的三维坐标。

上述地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征是：步骤2035中计算得出待测量洞门的洞门中心点拟合精度m2后，将m2与预先设定的拟合精度阈值ε进行比较：当m2≤ε时，说明步骤2034中所获得待测量洞门的拟合洞门中心点O_拟合符合拟合要求，并进入步骤2036；否则，返回步骤2032，将M个所述投影点重新进行分组；再按照步骤2033和步骤2034，获得重新分组后待测量洞门的拟合洞门中心点O_拟合；之后，按照步骤2035中所述的方法，计算出重新分组后待测量洞门的洞门中心点拟合精度m2，当且仅当重新分组后待测量洞门的洞门中心点拟合精度m2≤ε时，进入步骤2036，将重新分组后待测量洞门的拟合洞门中心点O_拟合的位置，与预先设计的待测量洞门的中心点O_设的位置进行对比，获得待测量洞门的洞门中心偏移量。

上述地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征是：步骤2032中进行投影点分组时，按照相邻测点之间的间距大且高程差距大的原则进行分组。

上述地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征是：步骤201中计算得出各测点所处位置处实际洞门半径与设计洞门半径之间的差值ΔD_i后，还需对计算得出的ΔD_i进行判断：当ΔD_i＝0时，说明待测量洞门在第i个测点所处位置处不存在径向偏差；当ΔD_i＜0时，说明待测量洞门在第i个测点所处位置处径向偏小；当ΔD_i＞0时，说明待测量洞门在第i个测点所处位置处径向偏大；

步骤202中计算出各测点所处位置处与设计分界里程断面之间沿线路方向的距离d_i进行计算时，d_i为矢量且d_i的绝对值|d_i|为点C_i到点O_设之间的距离数值；当第i个测点位于所述设计分界里程断面上时，d_i＝0；当第i个测点位于所述地铁盾构隧道一侧时，d_i＜0；当第i个测点位于所述地铁车站一侧时，d_i＞0；

步骤202中计算出平均值d后，还需对计算得出的d进行判断：当d＝0时，说明待测量洞门的实际端墙在线路方向上不存在偏移；当d＜0时，说明待测量洞门的实际端墙向所述地铁盾构隧道一侧偏移；当d＞0时，说明待测量洞门的实际端墙向所述地铁车站一侧偏移；

所述待测量洞门的实际端墙在线路方向的偏移量，记作|d|；其中，|d|为d的绝对值；

步骤2036中将拟合洞门中心点O_拟合的位置与预先设计的待测量洞门的中心点O_设的位置进行对比时，对拟合洞门中心点O_拟合在水平面上且垂直于设计线路中心线的偏移量和在高程上的偏移量分别进行计算。

上述地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征是：步骤二中进行内业数据处理时，采用数据处理设备且调用三维制图软件进行处理。

上述地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征是：步骤二中进行各测点与设计线路中心线之间距离计算及差值比较之前，先根据步骤102中测量出的M个所述测点的三维坐标，并结合预先设计的设计线路中心线l_设、预先设计的待测量洞门的中心点O_设、待测量洞门的设计半径和所述设计分界里程断面，且调用所述三维制图软件制作待测量洞门测量用电子三维图，并在所制作的电子三维图上标注出M个所述测点；

步骤202中进行端墙偏移量及平整度计算时，先调用所述三维制图软件且在所制作的电子三维图上画出垂线l_i，并量测出M个所述测点所处位置处与设计分界里程断面之间沿线路方向的距离d_i。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、方法步骤简单、设计合理且实现方便，投入成本较低。

2、主要包括外业数据采集和内业数据处理两个步骤，省工省时，劳动强度低且测量效率高，外业数据采集时只需测量洞门内边缘上多个测点的三维坐标，内业数据处理时利用外侧采集数据，拟合出洞门的实际位置，实现方便。

3、外业数据采集时采用具有免棱镜全站仪进行测量，不需要使用水准仪放样高程断面，也不需要搭设辅助测量的脚手架，只需要在全站仪设站时，同时考虑高程测量，对平面和高程同时进行后视定向；随后，直接采用免棱镜测量模式，并测量多个测点的三维坐标；之后，拟合出成型洞门的实际位置。

4、使用效果好且实用价值高，不用搭设辅助测量脚手架，外业操作简单、快速，外业工作量大大减少，不用搭设辅助测量脚手架，提高了效率，也减少了测量过程中的安全风险。并且，采用本发明能简便、快速且准确得出成型洞门实际的中心点坐标、各测点处的径向偏差值、洞门的平面及高程偏差值、洞门的真圆度、端墙在里程方向上的偏差(端墙偏移量)和端墙墙面平整度、洞门中心点拟合精度等实测的洞门偏差情况数据。因而，本发明外业操作简单，大大节省了人力、物力，缩短了测量时间，提高了测量过程的安全性，同时也提高了成型洞门实际测量数据的精度，有很好的社会效益和经济效益。因而，采用本发明进行内业数据处理，能简便获得成型洞门的实际中心点坐标、真圆度、主要点位的径向偏差值、端墙平整度等主要参数，并能对拟合精度进行评定，计算结果全面、可靠。并且，根据本发明得出的实测的洞门偏差情况，能对盾构隧道进出洞进行准确控制，尤其是注浆壳外置的盾构始发过程，测量控制精度较高。

综上所述，本发明步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能有效解决现有隧道成型洞门测量方法存在的劳动强度较高、只能大概推算出成型洞门的平面偏差情况、使用效果较差等问题。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为地铁盾构隧道成型洞门测量时所采用支距法的测量状态示意图。

图2为本发明的方法流程框图。

图3为本发明所布设M个测点的布设位置示意图。

附图标记说明:

1—待测量洞门。

具体实施方式

如图2所示的一种地铁盾构隧道成型洞门测量方法，包括以下步骤：

步骤一、外业数据采集，过程如下：

步骤101、测点布设：如图3所示，在待测量洞门1的内边缘上选择M个测点，并沿顺时针方向或逆时针方向对M个测点进行编号；M为正整数且M≥10。

所述待测量洞门1为所施工地铁盾构隧道的端墙式洞门，所述待测量洞门1的一侧为地铁盾构隧道且其另一侧为地下构筑物，且待测量洞门1位于所述地铁盾构隧道与所述地下构筑物之间的分界处；所述待测量洞门1的横断面为圆形。

所述地下构筑物为地铁车站、中间风井或暗挖隧道。其中，暗挖隧道为矿山法暗挖隧道。

其中，端墙位于所述地铁盾构隧道与所述地下构筑物之间的分界处，常见为800mm厚的钢筋混凝土墙。所述待测量洞门1为已施工完成的成型洞门。

步骤102、测点位置测量：对步骤101中M个所述测点的三维坐标分别进行测量，并对测量结果进行同步记录。

步骤二、内业数据处理，过程如下：

步骤201、各测点与设计线路中心线之间距离计算及差值比较：根据步骤102中测量得出的各测点的三维坐标，并结合预先设计的设计线路中心线l_设，分别计算出各测点与设计线路中心线l_设之间的距离D_i；再将计算得出的D_i与R进行差值比较，计算得出各测点所处位置处实际洞门半径与设计洞门半径之间的差值ΔD_i，其中ΔD_i＝D_i-R，R为待测量洞门1的设计半径。其中，i为正整数且i＝1、2、…、M；D_i为M个所述测点中第i个测点与所述设计线路中心线之间的距离，且D_i为第i个测点所处位置处的实际洞门半径；ΔD_i为第i个测点所处位置处实际洞门半径与设计洞门半径之间的差值。

步骤202、端墙偏移量及平整度计算：根据步骤102中测量得出的各测点的三维坐标，并结合设计线路中心线l_设，分别计算出各测点所处位置处与设计分界里程断面之间沿线路方向的距离d_i；之后，根据公式 计算得出平均值d；然后，根据公式计算得出待测量洞门1的实际端墙的墙面平整度m1；其中，d_i为点C_i到点O_设之间的距离，O_设为预先设计的待测量洞门1的中心点，点C_i为垂线l_i与设计线路中心线l_设的垂足，垂线l_i为过第i个测点且与设计线路中心线l_设垂直的直线；所述设计分界里程断面为预先设计的所述地铁盾构隧道与所述地下构筑物之间分界处的横断面；d为待测量洞门1的实际端墙的偏移量。

步骤203、拟合洞门中心与设计洞门中心比较，过程如下：

步骤2031、投影：将步骤一中M个所述测点分别投影至所述设计分界里程断面上，并获得M个投影点。

步骤2032、投影点分组：将M个所述投影点分为K组，每组中均包含3个投影点；其中，K为正整数且K≥3。

步骤2033、拟合圆：根据K组投影点分别拟合出K个拟合圆，并计算出K个拟合圆的圆心的三维坐标；K个拟合圆中第j个拟合圆的圆心记作O_j，其中j为正整数且j＝1、2、…、K。

步骤2034、拟合洞门中心点获取：求出步骤2033中K个拟合圆圆心的三维坐标平均值，并获得待测量洞门1的拟合洞门中心点O_拟合；其中，拟合洞门中心点O_拟合的三维坐标为K个拟合圆圆心的三维坐标平均值。

步骤2035、洞门中心拟合精度计算：先根据公式Δl_i＝l_i-R(3)，计算得出步骤2031中M个投影点的拟合偏差，公式(3)中Δl_i为M个投影点中第i个投影点的拟合偏差，l_i为M个投影点中第i个投影点与拟合洞门中心点O_拟合之间的距离；再根据公式计算得出待测量洞门(1)的洞门中心点拟合精度m2；其中，l_i为M个投影点中第i个投影点与拟合洞门中心点O_拟合之间的三维长度。

步骤2036、洞门中心偏移量获取：将步骤2034中所获得拟合洞门中心点O_拟合的位置，与预先设计的待测量洞门1的中心点O_设的位置进行对比，获得待测量洞门1的洞门中心偏移量。

本实施例中，步骤101中M＝3×K，其中K≥4。本实施例中，M＝18。18个所述测点沿顺时针方向分别为1#测点、2#测点、3#测点、…、18#测点。

实际测量时，可根据具体需要，对M的取值大小进行相应调整。

本实施例中，步骤102中对M个所述测点的三维坐标分别进行测量时，采用免棱镜全站仪进行测量。

本实施例中，步骤一中进行外业数据采集之前，先通过联系测量的方法，将所施工地铁盾构隧道的地面控制网引测至待测量洞门1所处位置。步骤102中采用所述免棱镜全站仪进行测量时，先在引测至待测量洞门1所处位置的控制点上对所述免棱镜全站仪进行后视定向；进行后视定向时，在水平面上和高程方向上分别进行定向，为所述免棱镜全站仪设定一个测量坐标系，所设定的测量坐标系为三维直角坐标系且其与待测量洞门1施工时所用的施工坐标系一致。

所设定的测量坐标系为XYH三维直角坐标系；步骤102中测量出的M个所述测点的三维坐标，记作(X_i，Y_i，H_i)；其中X_i为第i个测点的X轴坐标，Y_i为第i个测点的Y轴坐标，H_i为第i个测点的H轴坐标且其为第i个测点的高程数据。并且，所施工地铁盾构隧道和待测量洞门1施工时所用的施工坐标系一致。因而，对所述免棱镜全站仪进行后视定向后，免棱镜全站仪就建立起了与待测量洞门1施工控制一致的坐标系。

在地下工程中，为使地面与地下建立统一的坐标系统和高程基准，应通过平峒、斜井及竖井将地面的坐标系统及高程基准传递到地下，该项地下起始数据的传递工作称为联系测量。

本实施例中，步骤102中采用所述免棱镜全站仪进行测量之前，还需将待测量洞门1附近所搭设的脚手架、模板支架等有可能遮挡全站仪视线的障碍物清理干净，如果待测量洞门1下方的车站底板上有积水，在测量实施前应抽排干净，创造良好的测量条件。

一般情况下，所述免棱镜全站仪均带有激光斑点，测量过程中，打开激光斑点，便于测量点捕捉。如果所用的免棱镜全站仪不带激光斑点，直接使用目镜观察。在测量环境光线较暗时，在测量点设置照明灯，也能够清晰、准确地捕捉目标测量点。

本实施例中，步骤101中M个所述测点从待测量洞门1的底部开始沿顺时针方向布设。

为便于内业数据处理，外业数据采集时，在整个成型洞门(即待测量洞门1)的钢环板内缘，均匀采集10个以上的测点。对于同步注浆系统保护壳外置型盾构机，需要在注浆保护壳位置加密测点，多布设4～6个测点，如图3中的7#测点、8#测点、9#测点、14#测点、15#测点和16#测点。

步骤2032中进行投影点分组时，按照相邻测点之间的间距大且高程差距大的原则进行分组。

本实施例中，K＝6，其中1#、7#和14#测点为一组，1#、8#和15#测点为一组，2#、9#和16#测点为一组，3#、10#和17#测点为一组，4#、12#和17#测点为一组，5#、11#和18#测点为一组。

本实施例中，步骤2035中计算得出待测量洞门1的洞门中心点拟合精度m2后，将m2与预先设定的拟合精度阈值ε进行比较：当m2≤ε时，说明步骤2034中所获得待测量洞门1的拟合洞门中心点O_拟合符合拟合要求，并进入步骤2036；否则，返回步骤2032，将M个所述投影点重新进行分组；再按照步骤2033和步骤2034，获得重新分组后待测量洞门1的拟合洞门中心点O_拟合；之后，按照步骤2035中所述的方法，计算出重新分组后待测量洞门1的洞门中心点拟合精度m2，当且仅当重新分组后待测量洞门1的洞门中心点拟合精度m2≤ε时，进入步骤2036，将重新分组后待测量洞门1的拟合洞门中心点O_拟合的位置，与预先设计的待测量洞门1的中心点O_设的位置进行对比，获得待测量洞门1的洞门中心偏移量。

实际使用时，ε＝15mm～20mm。本实施例中，ε＝15mm。

本实施例中，步骤二中进行内业数据处理时，采用数据处理设备且调用三维制图软件进行处理。

并且，所述三维制图软件为CAD制图软件。

实际使用时，也可以采用其它类型的三维制图软件。

本实施例中，步骤二中进行各测点与设计线路中心线之间距离计算及差值比较之前，先根据步骤102中测量出的M个所述测点的三维坐标，并结合预先设计的设计线路中心线l_设、预先设计的待测量洞门1的中心点O_设、待测量洞门1的设计半径和所述设计分界里程断面，且调用所述三维制图软件制作待测量洞门1测量用电子三维图，并在所制作的电子三维图上标注出M个所述测点。

步骤202中进行端墙偏移量及平整度计算时，先调用所述三维制图软件且在所制作的电子三维图上画出垂线l_i，并量测出M个所述测点所处位置处与设计分界里程断面之间沿线路方向的距离d_i。

本实施例中，步骤102中测量出18个测点的三维坐标详见表1：

表1 待测量洞门上测点三维坐标记录表

测点编号	X坐标(m)	Y坐标(m)	高程(m)
				1	147490.5659	130722.2650	-6.6536
2	147490.3695	130723.2725	-5.4498
				3	147490.3241	130723.5382	-4.7122
4	147490.3131	130723.6158	-4.2433
				5	147490.3128	130723.6249	-3.7405
6	147490.3641	130723.4021	-2.7691
				7	147490.3909	130723.2617	-2.4623
8	147490.4783	130722.8139	-1.8004

9	147490.5525	130722.4543	-1.4267
				10	147490.6769	130721.8138	-0.9720
11	147490.7850	130721.2332	-0.7351
				12	147491.1109	130719.5408	-0.6905
13	147491.1751	130719.2159	-0.7880
				14	147491.4200	130717.9664	-1.6051
15	147491.4624	130717.7250	-1.8828
				16	147491.5094	130717.4520	-2.2954
17	147491.5558	130717.1984	-2.8741
				18	147491.5791	130717.0503	-3.5450

本实施例中，所述待测量洞门1的设计半径R为3360mm。

本实施例中，调用所述CAD制图软件制作待测量洞门1测量用电子三维图，先在所述CAD制图软件中输入表1中所记录的18个测点的三维坐标，并对所述设计分界里程断面的位置进行确定，之后以所述设计分界里程断面为中心向大里程和小里程方向(即所述地铁盾构隧道一侧和地铁车站一侧)各1m长度范围内选取一个中心轴线上的点，并计算出所选取点的三维坐标，将所选取的两个点和预先设计的待测量洞门1的中心点O_设的三维坐标输入至CAD制图软件后，便能绘制出设计线路中心线l_设。

绘制出设计线路中心线l_设后，便能计算出设计线路中心线l_设的坐标方位角，且在所制作电子三维图中能量出各测点所处位置的里程与始发里程面(即所述设计分界里程断面)之间的间距。

本实施例中，步骤201中计算得出的18个测点所处位置处实际洞门半径与设计洞门半径之间的差值，详见表2：

表2 待测量洞门上各测点处实际洞门半径与设计洞门半径间差值列表

本实施例中，步骤202中计算得出的各测点所处位置处与设计分界里程断面之间沿线路方向的距离d_i和平均值d，详见表3：

表3 待测量洞门上各测点与设计分界里程断面间距离列表

本实施例中，m1＝7mm，因而待测量洞门1的实际端墙的墙面平整度良好。

实际操作过程中，为利用测点进行实际洞门中心拟合，如图3所示，步骤203中进行拟合洞门中心与设计洞门中心比较时，以所述设计分界里程断面为xoy平面，建立三维直角坐标系，并在所建立三维直角坐标系中利用K组测点拟合圆，拟合得出的圆心为拟合洞门中心点O_拟合；之后，进行坐标转换，计算出拟合洞门中心点O_拟合在XYH三维直角坐标系中的三维坐标。也就是说，利用K组测点在xoy平面上的投影点拟合圆，圆心为拟合洞门中心点O_拟合。

本实施例中，在CAD制图软件使用“UCS”-“ZA”命令将坐标原点移动到点O_设，并以所述设计分界里程断面作为xOy平面，再利用预先分好的K组测点画出K个圆(即K个拟合圆)，画完K个圆后，选择视图“后视”，之后再返回，此时使用查询命令“li”便能查询到拟合出的6个圆的圆心坐标，将6个圆的圆心坐标取均值后，便得出拟合洞门中心点O_拟合的坐标。

本实施例中，拟合洞门中心点O_拟合与预先设计的待测量洞门1的中心点O_设(即设计洞门中心点)的三维坐标详见表4：

表4 拟合洞门中心点与设计洞门中心点三维坐标对比表

本实施例中，计算得出待测量洞门1的洞门中心点拟合精度m2＝12mm。

本实施例中，步骤201中计算得出各测点所处位置处实际洞门半径与设计洞门半径之间的差值ΔD_i后，还需对计算得出的ΔD_i进行判断：当ΔD_i＝0时，说明待测量洞门1在第i个测点所处位置处不存在径向偏差；当ΔD_i＜0时，说明待测量洞门1在第i个测点所处位置处径向偏小；当ΔD_i＞0时，说明待测量洞门1在第i个测点所处位置处径向偏大。

步骤202中计算出各测点所处位置处与设计分界里程断面之间沿线路方向的距离d_i进行计算时，d_i为矢量且d_i的绝对值|d_i|为点C_i到点O_设之间的距离数值；当第i个测点位于所述设计分界里程断面上时，d_i＝0；当第i个测点位于所述地铁盾构隧道一侧时，d_i＜0；当第i个测点位于所述地铁车站一侧时，d_i＞0。

步骤202中计算出平均值d后，还需对计算得出的d进行判断：当d＝0时，说明待测量洞门1的实际端墙在线路方向上不存在偏移；当d＜0时，说明待测量洞门1的实际端墙向所述地铁盾构隧道一侧偏移；当d＞0时，说明待测量洞门1的实际端墙向所述地铁车站一侧偏移。

所述待测量洞门1的实际端墙在线路方向的偏移量，记作d；其中，|d|为d的绝对值。

步骤2036中将拟合洞门中心点O_拟合的位置与预先设计的待测量洞门1的中心点O_设的位置进行对比时，对拟合洞门中心点O_拟合在水平面上的偏移量和在高程上的偏移量分别进行计算。

综上，通过本发明能准确得出实测的待测量洞门1的偏差情况，具体包括以下内容：

①待测量洞门1径向偏差最严重的为8#测点所处位置处，偏小30mm；

②实际端墙向地铁盾构隧道一侧偏移了50mm，实际端墙的墙面平整度m1＝7mm，平整度良好；

③待测量洞门1的中心点在平面上存在偏移：根据表4中拟合洞门中心点与设计洞门中心点的三维坐标差值和设计线路中心线l_设的方位角，便能算得出待测量洞门1的中心点在线路方向上的偏移量，具体为49mm；此处，在所施工地铁盾构隧道一侧存在另一个地铁盾构隧道，而待测量洞门1的中心点向另一个地铁盾构隧道一侧偏移，且偏移量为49.9mm；

④待测量洞门1在高程上低了23mm；

⑤待测量洞门1的中心点拟合精度为12mm，满足要求。

⑥在外置注浆壳位置，即7#、8#、9#、14#、15#和16#测点所处位置处，加密了测点，由于待测量洞门1的中心点存在偏移，且偏差量较大(具体为50.4mm)，故在7#、8#和9#测点处的径向偏差较严重，实际上，按照实测的洞门进行托架定位，该位置均不会对注浆壳造成影响。一般情况下，只有在洞门真圆度不好时，才有可以存在注浆壳位置空间不够，需要凿除。

⑦按照实测的洞门偏差情况进行始发或者接收托架定位，确保盾构进出洞顺利。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、外业数据采集，过程如下：

步骤101、测点选择：在待测量洞门(1)的内边缘上选择M个测点，并沿顺时针方向或逆时针方向对M个测点进行编号；M为正整数且M≥10；

所述待测量洞门(1)为所施工地铁盾构隧道的端墙式洞门，所述待测量洞门(1)的一侧为地铁盾构隧道且其另一侧为地下构筑物，且待测量洞门(1)位于所述地铁盾构隧道与所述地下构筑物之间的分界处；所述待测量洞门(1)的横断面为圆形；

步骤102、测点位置测量：对步骤101中M个所述测点的三维坐标分别进行测量，并对测量结果进行同步记录；

步骤二、内业数据处理，过程如下：

步骤201、各测点与设计线路中心线之间距离计算及差值比较：根据步骤102中测量得出的各测点的三维坐标，并结合预先设计的设计线路中心线l_设，分别计算出各测点与设计线路中心线l_设之间的距离D_i；再将计算得出的D_i与R进行差值比较，计算得出各测点所处位置处实际洞门半径与设计洞门半径之间的差值ΔD_i，其中ΔD_i＝D_i-R，R为待测量洞门(1)的设计半径；其中，i为正整数且i＝1、2、…、M；D_i为M个所述测点中第i个测点与所述设计线路中心线之间的距离，且D_i为第i个测点所处位置处的实际洞门半径；ΔD_i为第i个测点所处位置处实际洞门半径与设计洞门半径之间的差值；

步骤202、端墙偏移量及平整度计算：根据步骤102中测量得出的各测点的三维坐标，并结合设计线路中心线l_设，分别计算出各测点所处位置处与设计分界里程断面之间沿线路方向的距离d_i；之后，根据公式 计算得出平均值d；然后，根据公式计算得出待测量洞门(1)的实际端墙的墙面平整度m1；其中，d_i为点C_i到点O_设之间的距离，O_设为预先设计的待测量洞门(1)的中心点，点C_i为垂线l_i与设计线路中心线l_设的垂足，垂线l_i为过第i个测点且与设计线路中心线l_设垂直的直线；所述设计分界里程断面为预先设计的所述地铁盾构隧道与所述地下构筑物之间分界处的横断面；d为待测量洞门(1)的实际端墙的偏移量；

步骤203、拟合洞门中心与设计洞门中心比较，过程如下：

步骤2031、投影：将步骤一中M个所述测点分别投影至所述设计分界里程断面上，并获得M个投影点；

步骤2032、投影点分组：将M个所述投影点分为K组，每组中均包含3个投影点；其中，K为正整数且K≥3；

步骤2033、拟合圆：根据K组投影点分别拟合出K个拟合圆，并计算出K个拟合圆的圆心的三维坐标；K个拟合圆中第j个拟合圆的圆心记作O_j，其中j为正整数且j＝1、2、…、K；

步骤2034、拟合洞门中心点获取：求出步骤2033中K个拟合圆圆心的三维坐标平均值，并获得待测量洞门(1)的拟合洞门中心点O_拟合；其中，拟合洞门中心点O_拟合的三维坐标为K个拟合圆圆心的三维坐标平均值；

步骤2035、洞门中心拟合精度计算：先根据公式Δl_i＝l_i-R  (3)，计算得出步骤2031中M个投影点的拟合偏差，公式(3)中Δl_i为M个投影点中第i个投影点的拟合偏差，l_i为M个投影点中第i个投影点与拟合洞门中心点O_拟合之间的距离；再根据公式计算得出待测量洞门(1)的洞门中心点拟合精度m2；

步骤2036、洞门中心偏移量获取：将步骤2034中所获得拟合洞门中心点O_拟合的位置，与预先设计的待测量洞门(1)的中心点O_设的位置进行对比，获得待测量洞门(1)的洞门中心偏移量。

2.按照权利要求1所述的地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征在于：步骤101中M个所述测点从待测量洞门(1)的底部开始沿顺时针方向选择。

3.按照权利要求1或2所述的地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征在于：步骤102中对M个所述测点的三维坐标分别进行测量时，采用免棱镜全站仪进行测量。

4.按照权利要求3所述的地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征在于：步骤一中进行外业数据采集之前，先通过联系测量的方法，将所施工地铁盾构隧道的地面控制网引测至待测量洞门(1)所处位置；步骤102中采用所述免棱镜全站仪进行测量时，先在引测至待测量洞门(1)所处位置的控制点上对所述免棱镜全站仪进行后视定向；进行后视定向时，在水平面上和高程方向上分别进行定向，为所述免棱镜全站仪设定一个测量坐标系，所设定的测量坐标系为三维直角坐标系且其与待测量洞门(1)施工时所用的施工坐标系一致。

5.按照权利要求4所述的地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征在于：所设定的测量坐标系为XYH三维直角坐标系；步骤102中测量出的M个所述测点的三维坐标，记作(X_i，Y_i，H_i)；其中X_i为第i个测点的X轴坐标，Y_i为第i个测点的Y轴坐标，H_i为第i个测点的H轴坐标且其为第i个测点的高程数据；

步骤203中进行拟合洞门中心与设计洞门中心比较时，以点O_设为坐标原点，以所述设计分界里程断面为xoy平面，建立三维直角坐标系，并在所建立三维直角坐标系中利用K组测点拟合圆，拟合得出的圆心为拟合洞门中心点O_拟合；之后，进行坐标转换，计算出拟合洞门中心点O_拟合在XYH三维直角坐标系中的三维坐标。

6.按照权利要求1或2所述的地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征在于：步骤2035中计算得出待测量洞门(1)的洞门中心点拟合精度m2后，将m2与预先设定的拟合精度阈值ε进行比较：当m2≤ε时，说明步骤2034中所获得待测量洞门(1)的拟合洞门中心点O_拟合符合拟合要求，并进入步骤2036；

否则，返回步骤2032，将M个所述投影点重新进行分组；再按照步骤2033和步骤2034，获得重新分组后待测量洞门(1)的拟合洞门中心点O_拟合；之后，按照步骤2035中所述的方法，计算出重新分组后待测量洞门(1)的洞门中心点拟合精度m2，当且仅当重新分组后待测量洞门(1)的洞门中心点拟合精度m2≤ε时，进入步骤2036，将重新分组后待测量洞门(1)的拟合洞门中心点O_拟合的位置，与预先设计的待测量洞门(1)的中心点O_设的位置进行对比，获得待测量洞门(1)的洞门中心偏移量。

7.按照权利要求1或2所述的地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征在于：步骤2032中进行投影点分组时，按照相邻测点之间的间距大且高程差距大的原则进行分组。

8.按照权利要求1或2所述的地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征在于：步骤201中计算得出各测点所处位置处实际洞门半径与设计洞门半径之间的差值ΔD_i后，还需对计算得出的ΔD_i进行判断：当ΔD_i＝0时，说明待测量洞门(1)在第i个测点所处位置处不存在径向偏差；当ΔD_i＜0时，说明待测量洞门(1)在第i个测点所处位置处径向偏小；当ΔD_i＞0时，说明待测量洞门(1)在第i个测点所处位置处径向偏大；

步骤202中计算出各测点所处位置处与设计分界里程断面之间沿线路方向的距离d_i进行计算时，d_i为矢量且d_i的绝对值|d_i|为点C_i到点O_设之间的距离数值；当第i个测点位于所述设计分界里程断面上时，d_i＝0；当第i个测点位于所述地铁盾构隧道一侧时，d_i＜0；当第i个测点位于所述地铁车站一侧时，d_i＞0；

步骤202中计算出平均值d后，还需对计算得出的d进行判断：当d＝0时，说明待测量洞门(1)的实际端墙在线路方向上不存在偏移；当d＜0时，说明待测量洞门(1)的实际端墙向所述地铁盾构隧道一侧偏移；当d＞0时，说明待测量洞门(1)的实际端墙向所述地铁车站一侧偏移；

所述待测量洞门(1)的实际端墙在线路方向的偏移量，记作d；其中，|d|为d的绝对值；

步骤2036中将拟合洞门中心点O_拟合的位置与预先设计的待测量洞门(1)的中心点O_设的位置进行对比时，对拟合洞门中心点O_拟合在水平面上且垂直于设计线路中心线的偏移量和在高程上的偏移量分别进行计算。

9.按照权利要求1或2所述的地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征在于：步骤二中进行内业数据处理时，采用数据处理设备且调用三维制图软件进行处理。

10.按照权利要求9所述的地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征在于：步骤二中进行各测点与设计线路中心线之间距离计算及差值比较之前，先根据步骤102中测量出的M个所述测点的三维坐标，并结合预先设计的设计线路中心线l_设、预先设计的待测量洞门(1)的中心点O_设、待测量洞门(1)的设计半径和所述设计分界里程断面，且调用所述三维制图软件制作待测量洞门(1)测量用电子三维图，并在所制作的电子三维图上标注出M个所述测点；

步骤202中进行端墙偏移量及平整度计算时，先调用所述三维制图软件且在所制作的电子三维图上画出垂线l_i，并量测出M个所述测点所处位置处与设计分界里程断面之间沿线路方向的距离d_i。