CN106382121B - 一种地铁隧道盾构掘进的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁隧道盾构掘进的测量方法，包括洞门预埋钢环施工测量、盾构始发托架定位测量、反力架定位测量、盾构机始发测量、日常掘进测量和盾构机接收测量。本发明的地铁隧道盾构掘进的测量方法，可及时提供纠偏的决策依据，从而提高控制隧道轴线的精度，确保隧道施工的质量和工期，同时满足设计及规范的各项精度要求。

Description

一种地铁隧道盾构掘进的测量方法

技术领域

本发明涉及一种地铁隧道盾构掘进的测量方法。

背景技术

盾构施工由于区间都很长，所以向洞内投点、定向要求精度很高才能保证隧道的贯通精度。盾构机在隧道掘进过程中,需要及时控制机位和方向。盾构机在推进过程中，根据不同地质、覆土厚度、地面建筑情况并结合地表隆陷监测结果调整土仓压力，推进速度保持相对平稳，控制好每次的纠偏量，能减少对土体的扰动，为管片拼装创造良好的条件。同步注浆量要根据推进速度、出碴量和地表监测数据及时调整，将施工轴线与设计轴线的偏差及地层变形控制在允许的范围内。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种地铁隧道盾构掘进的测量方法，它可及时提供纠偏的决策依据，从而提高控制隧道轴线的精度，确保隧道施工的质量和工期，同时满足设计及规范的各项精度要求。

本发明的目的是这样实现的：一种地铁隧道盾构掘进的测量方法，包括洞门预埋钢环施工测量、盾构始发托架定位测量、反力架定位测量、盾构机始发测量、日常掘进测量和盾构机接收测量，其中，

所述洞门预埋钢环由四块弧形板构成；进行所述洞门预埋钢环施工测量时，先打点放样出洞门中心线，采用在墙上或洞门上方的支撑上中线位置打点，控制底部和顶部两块弧形板连接的中心位置，再进行高程控制，即在洞门施工点附近引测一个高程控制点，洞门预埋钢环就位过程中，直接测量底部和顶部高程，并进行调整；洞门预埋钢环定位后，进行加固，加固筋要完全脱离洞门中心标志；混凝土浇筑过程中，要经常通过洞门中心复核环模板的位置；洞门预埋钢环施工完成后要及时对洞门位置进行复测，复测采用免棱镜全站仪进行，直接测量洞门整圈点的三维坐标，随后在CAD中进行模拟；

进行所述始发托架定位测量时，先测量洞门环的实际中心，求得的洞门环的实际中心若不大于设计限差，则可按照设计隧道中心线放样台座的高程；高程可先定四个周边点，再定其它点，以轨面高程为准，高程误差为±2mm；其倾斜角要与线路坡度保持一致；待台座完成后，放样出隧道中心线点3～4个，并且测量出混凝土浇筑后台座的实际高程，根据此高程数据决定是否需要增设垫片，然后将始发托架吊装到台座上，依据设计测量始发托架的位置关系作调整，使始发托架实际位置与设计相符；

进行所述反力架定位测量时，由于反力架的安装位置由始发托架来决定，在反力架定位时，反力架的四个脚的位置可事先放样出来；高程可事先将底板凿除一部分，使其低于设计高程2～3cm，再垫钢板，钢板必须和混凝土用螺栓固定牢固；反力架的前后倾斜与始发托架的倾斜程度相对应；反力架的最后位置应根据盾构机安装时的实际中心线进行相应的调整；反力架的支撑面要与隧道的中心线轴线的法线平行，其倾斜角要与线路坡度保持一致；

所述盾构机始发测量包括始发基线及水准测量和始发姿态定位测量；

进行始发基线及水准测量时，采用联系测量方法进行盾构始发基线边及地下水准测量；盾构机在车站始发的，始发基线边必须及时与车站底板测量控制点联测；测量结果需报第三方测量检测合格后才能进行盾构机始发；

进行始发姿态定位测量时，盾构机的始发姿态定位是通过始发托架和反力架的精确定位来实现；将全站仪架设在后配套输送器的架子上，后视后参考棱镜，精确测定盾构机上棱镜的三维坐标，根据棱镜与盾构机之间的固有关系，应用软件系统来判断盾构机的实际直径和盾构机的零参考面是否和始发里程吻合，盾构机的中心和隧道的设计中心线是否相重合，若符合要求，就完成了盾构机的始发定位；

所述日常掘进测量包括盾构姿态测量和管片环姿态测量；

所述盾构姿态测量包括自动测量盾构姿态和人工测量盾构姿态；

所述自动测量盾构姿态包括以下步骤：

a、建立盾构激光站，包括设置激光全站仪、安装于盾构机内部的目标棱镜和后视棱镜；

b、姿态测量，利用激光站全自动全站仪，自动定向置镜在盾构机的主机支架上设一个支导线点，然后置镜支导线点后视激光站导线点测出1#、2#、3#三个目标棱镜的三维坐标，根据三个目标棱镜的坐标就能计算出盾构机的切口及尾部具体的旋转、平面及高程偏差；

所述人工测量盾构姿态包括以下步骤：

a、在盾构机调试结束准备推进前，对盾构机进行多次测量，得到盾构轴线，然后在盾构轴线上选择合适的位置安装前、后测量标志并在盾构机内安装坡度板，前标、后测量标志之间的距离大于1m；

b、在井下导线点上设置测量台，并以稳定的井下主要导线点为后视点，对盾构机内的前、后测量标志进行观测，同时，对坡度板进行观测；

c、利用测量台测得的前测量标志的水平角、后测量标志的水平角和推进的环号可算得盾构的切口与盾尾的坐标，即可求得盾构机的切口、盾尾与设计轴线的平面偏差值；

d、利用测量台测得的前测量标志的竖直角、前测量标志的竖直角位置、坡度板的坡度和推进环号可算得盾构的切口与盾尾的高程，再与设计轴线的数据相比较即可得到盾构机的高程偏差；

e、盾构姿态人工复测，应在激光站移站后进行，或在环片测量结果与盾构姿态数据差距较大时进行；用全站仪测定在盾构机壳内的三个点的三维坐标后，反算出刀盘中心点的三维坐标和盾尾中心点坐标，由刀盘中心、盾尾中心两点的坐标计算出盾构机在掘进过程中瞬时的水平方向和垂直方向的偏离值，与自动导向系统所显示的相关数据进行比较就可以知道自动导向系统是否正常工作；

进行所述管片环姿态测量时，根据管片环的内径，采用铝合金制作一铝合金尺，铝合金尺长4.8m，在铝合金尺的正中央贴上一个反射贴片；根据管片环、铝合金尺、反射贴片的尺寸，就可以计算出实际的管片环中心和铝合金尺上的反射贴片的中心的高差；测量时，首先用水平尺把铝合金尺精确整平，然后用全站仪测量出铝合金尺上的反射贴片中心的三维坐标，从而得到管片环中心点的三维坐标；

所述盾构机接收测量是在盾构机接收前50m时进行，包括对联系测量在内的地下控制网、盾构轴线进行一次全面精确的复测。

上述的地铁隧道盾构掘进的测量方法，其中，在进行所述盾构姿态测量时，在盾构机上所设置的测量标志应满足下列要求：

①盾构机测量标志不少于3个，测量标志应牢固设置在盾构机纵向或横向截面上，测量标志点的间距离应尽量大，前测量标志点应靠近盾构机的切口位置，测量标志上可粘贴反射片或安置棱镜；

②测量标志点的三维坐标系统应和盾构机几何坐标系统一致或建立明确的换算关系。

本发明的地铁隧道盾构掘进的测量方法，可及时提供纠偏的决策依据，从而提高控制隧道轴线的精度，确保隧道施工的质量和工期，同时满足设计及规范的各项精度要求。本发明的测量方法具有以下特点：

1)洞门预埋钢环施工测量，能精确盾构洞门的位置，为盾构掘进施工打下基础；

2)盾构始发托架和反力架定位测量，可以消除盾构机入洞后“栽头”的影响，使得盾构始发时反力均匀，不发生变形扭曲现象；

3)盾构机始发测量，能提供盾构机始发时的空间姿态，并能提供盾构机推进时所需要的反力；

4)日常掘进测量，能配合盾构掘进施工，实时测量盾构机的现有状态，及时指导盾构机纠偏；让盾构司机随时掌握推进参数，从而确保隧道的顺利贯通；

5)盾构机接收测量，严格控制盾构的掘进参数，确保贯通误差在允许范围内。

附图说明

图1是本发明的地铁隧道盾构掘进的测量方法中的自动测量盾构姿态时棱镜的安装示意图；

图2是本发明的地铁隧道盾构掘进的测量方法中的人工测量盾构姿态时测量标志的安装示意图；

图3是本发明的地铁隧道盾构掘进的测量方法中进行管片环姿态测量时的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1至图3，本发明的地铁隧道盾构掘进的测量方法，包括洞门预埋钢环施工测量、盾构始发托架定位测量、反力架定位测量、盾构机始发测量、日常掘进测量和盾构机接收测量。

洞门预埋钢环由四块弧形板构成；进行洞门预埋钢环施工测量时，先打点放样出洞门中心线，采用在墙上或洞门上方的支撑上中线位置打点，控制底部和顶部两块弧形板连接的中心位置，再进行高程控制，即在洞门施工点附近引测一个高程控制点，洞门预埋钢环就位过程中，直接测量底部和顶部高程，进行调整；洞门预埋钢环定位后，进行加固，加固筋应完全脱离洞门中心标志，防止引起洞门中心标志位移；混凝土浇筑过程中，要经常通过洞门中心复核环模板的位置；洞门预埋钢环施工完成后要及时对洞门位置进行复测，复测采用免棱镜全站仪进行，直接测量洞门整圈点的三维坐标，随后在CAD中进行模拟。

进行始发托架定位测量时，先测量洞门环的实际中心，求得的洞门环的实际中心若不大于设计限差，则可按照设计隧道中心线放样台座的高程；高程可先定四个周边点，再定其它点，以轨面高程为准，高程误差为±2mm；其倾斜角要与线路坡度保持一致；待台座完成后，放样出隧道中心线点3～4个，并且测量出混凝土浇筑后台座的实际高程，根据此高程数据决定是否需要增设垫片，然后将始发托架吊装到台座上，依据设计测量始发托架的位置关系作调整，使始发托架实际位置与设计相符，始发托架定位后必须连接牢固且可以抬高2～4cm。

进行反力架定位测量时，由于反力架的安装位置由始发托架来决定，在反力架定位时，反力架的四个脚的位置可事先放样出来，全站仪放样精度控制在±3mm，高程放样精度控制在±2mm，高程可事先将底板凿除一部分，使其低于设计高程2～3cm，再垫钢板，钢板必须和混凝土用螺栓固定牢固；反力架的前后倾斜与始发托架的倾斜程度相对应；反力架的最后位置应根据盾构机安装时的实际中心线进行相应调整；反力架的支撑面要与隧道的中心线轴线的法线平行，其倾斜角要与线路坡度保持一致。

盾构机始发测量包括始发基线及水准测量和始发姿态定位测量；

进行始发基线及水准测量时，采用联系测量方法进行盾构始发基线边及地下水准测量；盾构机在车站始发的，始发基线边必须及时与车站底板测量控制点联测；测量结果需报第三方测量检测合格后才能进行盾构机始发。

进行始发姿态定位测量时，盾构机的始发姿态定位是通过始发托架和反力架的精确定位来实现；将全站仪架设在后配套输送器的架子上，后视后参考棱镜，精确测定盾构机上棱镜的三维坐标，根据棱镜与盾构机之间的固有关系，应用软件系统来判断盾构机的实际直径和盾构机的零参考面是否和始发里程吻合，盾构机的中心和隧道的设计中心线是否相重合，若符合要求，就完成了盾构机的始发定位。

日常掘进测量包括盾构姿态测量和管片环姿态测量；其中，

盾构姿态测量包括自动测量盾构姿态和人工测量盾构姿态；

自动测量盾构姿态的测量内容包括盾构与线路中线的平面偏离、高程偏离、纵向坡度、横向旋转角和切口里程；自动测量盾构姿态包括以下步骤：

a、建立盾构激光站，包括激光全站仪、安装于盾构机内部的目标棱镜和后视棱镜(见图1)，测站和后视都纳入了地下坐标控制网中，根据激光全站仪能测出掘进中盾构机的具体三维坐标和其具体里程并与主控台内的计算机内的数据作比较，当超限时盾构机会自动停止工作；

b、姿态测量，利用激光站全自动全站仪，自动定向置镜在盾构机的主机支架上设一个支导线点，然后置镜支导线点后视激光站导线点测出1#、2#、3#三个目标棱镜的三维坐标，根据三个目标棱镜的坐标就能计算出盾构机的切口及尾部具体的旋转、平面及高程偏差；

人工测量盾构姿态包括以下步骤：

a、在盾构机调试结束准备推进前，对盾构机进行多次测量，得到盾构轴线，然后在盾构轴线上选择合适的位置安装前、后测量标志并在盾构机内安装坡度板，前、后测量标志之间的距离大于1m，且前测量标志距盾构切口距离越近越好，同时应保证与观测台有良好的通视条件，后测量标志通常为两个红色三角垂直对交的标志，前测量标志在大多数情况下为一有刻度的类似刻度尺的装置；坡度板安装在盾构机方便观测及不容易破坏的位置，垂球线长度≥1m(见图2)。在盾构机内安装测量标志应满足下列要求：

①盾构机测量标志不少于3个，测量标志应牢固设置在盾构机纵向或横向截面上，测量标志点的间距离应尽量大，前测量标志点应靠近盾构机的切口位置，测量标志上可粘贴反射片或安置棱镜；

②测量标志点的三维坐标系统应和盾构机几何坐标系统一致或建立明确的换算关系。

b、在井下导线点上设置测量台，该测量台与盾构机的位置关系事先已测定，而且其与盾构机内的前、后测量标志的位置关系也已测定，并以稳定的井下主要导线点为后视点，对盾构机内的前、后测量标志进行观测，同时，对坡度板进行观测；

c、利用测量台测得的前测量标志的水平角、后测量标志的水平角和推进的环号可算得盾构机的切口与盾尾的坐标，即可求得盾构机的切口、盾尾与设计轴线的平面偏差值；

d、利用测量台测得的前测量标志的竖直角、前测量标志的竖直角位置、坡度板的坡度和推进环号可算得盾构机的切口与盾尾的高程，再与设计轴线的数据相比较即可得到盾构机的高程偏差；

e、盾构机姿态人工复测，一般在激光站移站后进行，或在环片测量结果与盾构姿态数据差距较大时进行；用全站仪测定在盾构机壳内的三个点的三维坐标后，反算出刀盘中心点的三维坐标和盾尾中心点坐标，由刀盘中心和盾尾中心两点的坐标计算出盾构机在掘进过程中瞬时的水平方向和垂直方向的偏离值，与自动导向系统所显示的相关数据进行比较就可以知道自动导向系统是否正常工作。

进行管片环姿态测量时，根据管片环的内径，采用铝合金制作一铝合金尺，铝合金尺长4.8m，在铝合金尺的正中央贴上一个反射贴片；根据管片环、铝合金尺、反射贴片的尺寸，就可以计算出实际的管片环中心和铝合金尺上的反射贴片的中心的高差；测量时，首先用水平尺把铝合金尺精确整平，然后用全站仪测量出铝合金尺上的反射贴片中心的三维坐标，从而得到管片环中心点的三维坐标(见图3)；

盾构机接收测量要在盾构机接收前50m时进行，包括对联系测量在内的地下控制网、盾构轴线进行一次全面精确的复测。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (2)

1.一种地铁隧道盾构掘进的测量方法，包括洞门预埋钢环施工测量、盾构始发托架定位测量、反力架定位测量、盾构机始发测量、日常掘进测量和盾构机接收测量，其特征在于，

所述洞门预埋钢环由四块弧形板构成；进行所述洞门预埋钢环施工测量时，先打点放样出洞门中心线，采用在墙上或洞门上方的支撑上中线位置打点，控制底部和顶部两块弧形板连接的中心位置，再进行高程控制，即在洞门施工点附近引测一个高程控制点，洞门预埋钢环就位过程中，直接测量底部和顶部高程，并进行调整；洞门预埋钢环定位后，进行加固，加固筋要完全脱离洞门中心标志；混凝土浇筑过程中，要经常通过洞门中心复核环模板的位置；洞门预埋钢环施工完成后要及时对洞门位置进行复测，复测采用免棱镜全站仪进行，直接测量洞门整圈点的三维坐标，随后在CAD中进行模拟；

进行所述始发托架定位测量时，先测量洞门环的实际中心，求得的洞门环的实际中心若不大于设计限差，则可按照设计隧道中心线放样台座的高程；高程可先定四个周边点，再定其它点，以轨面高程为准，高程误差为±2mm；其倾斜角要与线路坡度保持一致；待台座完成后，放样出隧道中心线点3～4个，并且测量出混凝土浇筑后台座的实际高程，根据此高程数据决定是否需要增设垫片，然后将始发托架吊装到台座上，依据设计测量始发托架的位置关系作调整，使始发托架实际位置与设计相符；

进行所述反力架定位测量时，由于反力架的安装位置由始发托架来决定，在反力架定位时，反力架的四个脚的位置可事先放样出来；高程可事先将底板凿除一部分，使其低于设计高程2～3cm，再垫钢板，钢板必须和混凝土用螺栓固定牢固；反力架的前后倾斜与始发托架的倾斜程度相对应；反力架的最后位置应根据盾构机安装时的实际中心线进行相应的调整；反力架的支撑面要与隧道的中心线轴线的法线平行，其倾斜角要与线路坡度保持一致；

所述盾构机始发测量包括始发基线及水准测量和始发姿态定位测量；

进行始发基线及水准测量时，采用联系测量方法进行盾构始发基线边及地下水准测量；盾构机在车站始发的，始发基线边必须及时与车站底板测量控制点联测；测量结果需报第三方测量检测合格后才能进行盾构机始发；

进行始发姿态定位测量时，盾构机的始发姿态定位是通过始发托架和反力架的精确定位来实现；将全站仪架设在后配套输送器的架子上，后视后参考棱镜，精确测定盾构机上棱镜的三维坐标，根据棱镜与盾构机之间的固有关系，应用软件系统来判断盾构机的实际直径和盾构机的零参考面是否和始发里程吻合，盾构机的中心和隧道的设计中心线是否相重合，若符合要求，就完成了盾构机的始发定位；

所述日常掘进测量包括盾构姿态测量和管片环姿态测量；

所述盾构姿态测量包括自动测量盾构姿态和人工测量盾构姿态；

所述自动测量盾构姿态包括以下步骤：

a、建立盾构激光站，包括设置激光全站仪、安装于盾构机内部的目标棱镜和后视棱镜；

b、姿态测量，利用激光站全自动全站仪，自动定向置镜在盾构机的主机支架上设一个支导线点，然后置镜支导线点后视激光站导线点测出1#、2#、3#三个目标棱镜的三维坐标，根据三个目标棱镜的坐标就能计算出盾构机的切口及尾部具体的旋转、平面及高程偏差；

所述人工测量盾构姿态包括以下步骤：

a、在盾构机调试结束准备推进前，对盾构机进行多次测量，得到盾构轴线，然后在盾构轴线上选择合适的位置安装前、后测量标志并在盾构机内安装坡度板，前、后测量标志之间的距离大于1m；

b、在井下导线点上设置测量台，并以稳定的井下主要导线点为后视点，对盾构机内的前、后测量标志进行观测，同时，对坡度板进行观测；

c、利用测量台测得的前测量标志的水平角、后测量标志的水平角和推进的环号可算得盾构机的切口与盾尾的坐标，即可求得盾构机的切口、盾尾与设计轴线的平面偏差值；

d、利用测量台测得的前测量标志的竖直角、前测量标志的竖直角位置、坡度板的坡度和推进环号可算得盾构机的切口与盾尾的高程，再与设计轴线的数据相比较即可得到盾构机的高程偏差；

e、盾构机姿态人工复测，应在激光站移站后进行，或在环片测量结果与盾构姿态数据差距较大时进行；用全站仪测定在盾构机壳内的三个点的三维坐标后，反算出刀盘中心点的三维坐标和盾尾中心点坐标，由刀盘中心、盾尾中心两点的坐标计算出盾构机在掘进过程中瞬时的水平方向和垂直方向的偏离值，与自动导向系统所显示的相关数据进行比较就可以知道自动导向系统是否正常工作；

进行所述管片环姿态测量时，根据管片环的内径，采用铝合金制作一铝合金尺，铝合金尺长4.8m，在铝合金尺的正中央贴上一个反射贴片；根据管片环、铝合金尺、反射贴片的尺寸，就可以计算出实际的管片环中心和铝合金尺上的反射贴片的中心的高差；测量时，首先用水平尺把铝合金尺精确整平，然后用全站仪测量出铝合金尺上的反射贴片中心的三维坐标，从而得到管片环中心点的三维坐标；

所述盾构机接收测量是在盾构接收前50m时进行，包括对联系测量在内的地下控制网、盾构轴线进行一次全面精确的复测。

2.根据权利要求1所述的地铁隧道盾构掘进的测量方法，其特征在于，在进行所述盾构姿态测量时，在盾构机上所设置的测量标志应满足下列要求：

①盾构机测量标志不少于3个，测量标志应牢固设置在盾构机纵向或横向截面上，测量标志点的间距离应尽量大，前测量标志点应靠近盾构机的切口位置，测量标志上可粘贴反射片或安置棱镜；

②测量标志点的三维坐标系统应和盾构机几何坐标系统一致或建立明确的换算关系。