资源描述
盾构测量2014年6月目录一.盾构施工测量的误差来源及解决方案二.地面控制测量三.联系测量四.盾构机始发进洞测量五.洞内导线控制测量和洞内高程控制测量六.导向系统测量七.盾构机姿态人工测量八.管片安装的人工复核九.盾构接收测量十.地铁施工监控量测十一.集团公司对盾构测量的要求一.盾构施工测量误差来源地铁隧道贯通误差来源主要有以下几个方面：（1）地面控制测量误差；一.盾构施工测量误差来源（2）竖井联系测量误差；一.盾构施工测量误差来源（3）洞内导线控制测量和高程控制测量误差；一.盾构施工测量误差来源（4）盾构姿态测量误差。一.盾构施工测量误差解决方案在测量工作的实施中，针对影响盾构隧道贯通误差的几个主要误差来源，主要应用了下几种方法加以解决：（1）合理优化地面控制网，提高地面控制网观测精度。对地面控制网要进行合理优化，特别是控制网的边长要控制好，近井点尽量采用强制对中装置。合理规划好GPS控制网一.盾构施工测量误差解决方案近井控制点采用强制对中装置一.盾构施工测量误差解决方案（2）竖井联系测量应在同时期、同阶段至少独立观测两次，在互差不超过限差时，取其加权平均值或平均值。尽量少用或不用一井定向。（3）洞内导线测量应经常进行复测，以消除观测误差和管片变形引起的导线点变形。（4）人工测量与盾构导向系统相互复核。二.地面控制测量地面控制测量的作业依据：（1）执行标准：1）城市轨道交通工程测量规范GB50308-2008；2）工程招投标文件；3）控制网测量技术方案。（2）参照标准：1）城市测量规范CJJ8-2011；2）卫星定位城市测量技术规范CJJ/T73-2010；3）国家一、二等水准测量规范GB/T12879-2006.二.地面控制测量地面平面控制网有两个等级组成，一等为卫星定位控制网，二等为精密导线网，并分级布设。向隧道传递坐标时，应在每个井口或车站附近布设三个平面控制点作为联系测量的依据。卫星定位控制网的主要技术指标如下：平均边长（KM）最弱点的点位中误差（mm）相邻点的相对点位中误差（mm）最弱边的相对中误差与现有城市控制点的坐标较差（mm）不同线路控制网重合点坐标较差（mm）212101/1000005025卫星定位控制网主要技术指标卫星定位控制网测量作业基本要求项目项目要求要求接收机类型双频或单频观测量载波相位接收机标称精度（10mm+210-6D）（D为相邻点间距离）卫星高度角（度）15同步观测接收机（台）3有效观测卫星数（颗）4平均重复设站次数（次）2观测时段长度（分）60数据采样间隔（秒）10点位几何图形强度因子（PDOP）6二.地面控制测量平均边长（m）闭合环或附合导线总长度（km）每边测距中误差（mm）测距相对中误差测角中误差（）水平角测回数边长测回数方位角闭合差（）全长相对闭合差相邻点的相对点位中误差（mm)1秒级全站仪2秒级全站仪1、2秒级全站仪3503-441/600002.546往返测距各两测回5n 1/350008精密导线测量主要技术要求二.地面控制测量二.地面控制测量测量仪器配置（建议配置）（1）GPS双频接收机4台或6台；（2）徕卡TCRP1201+一台；（3）电子水准仪一台。二.地面控制测量地面控制测量注意事项：（1）GPS点与点之间的平均边长为2000米，低于2000米，将难以满足规范规定的限差要求；（2）精密导线测量要进行两化改正，近井导线点的布设应埋设强制对中装置；近井强制对中点二.地面控制测量（3）GPS平面复测要搭接相邻标段至少两个点，高程复测要搭接相邻标段至少一个点；（4）水准测量采用往返测，满足二等水准测量要求。（5）GPS平差宜选择徕卡LGO处理基线+科傻进行平差，精密导线应进行严密平差，二等水准应进行严密平差，严密平差可选择相关软件进行计算。三.联系测量联系测量的任务和内容：联系测量时通过盾构始发井、接收井、明挖车站、施工竖井、专用投点钻孔等将地面平面坐标、高程传递到隧道内。联系测量包括平面联系测量和高程联系测量。三.联系测量地铁工程常用的平面联测测量方法：（1）联系三角形测量（一井定向）；（2）陀螺全站仪、（铅垂仪）钢丝组合定向测量；（3）两井定向；（4）投点定向测量；（5）导线直接传递测量。地铁工程常用的高程联系测量方法：（1）悬挂钢尺法；（2）全站仪三角高程法；（3）水准测量法。三.联系测量联系三角形测量法：联系三角形测量时将地面上的近井点和地下导线起算点，分别与悬挂在竖井中的两根钢丝连接成具有公共边的两个三角形，通过测定近井点和地下起算点与钢丝的距离、角度及钢丝间距，将地面坐标和方位角传递到隧道内的测量方法。三.联系测量联系三角形测量按照T A O2 O1 B M推算各边和各点的方位角和坐标。三.联系测量联系三角形的精度分析：一般情况下，两钢丝的距离都较短，在吊钢丝时，井上钢丝投点到井下，由于受到外界影响（如风的影响、测量误差等），难免存在投点误差。假如两钢丝距离为10m，钢丝投点测量存在井上井下2mm误差，对测量方向的影响最大有：arcTan(0.002/10)=41.25，若隧道开挖长度为1000m，则联系测量存在的累积横向误差将达到：1000Sin(0041.25)=0.2m，在加上洞内导线测量的误差，将有不小于20cm的误差，所以在尽心联系测量时，考虑到地铁施工测量的精度，对已联系三角形测量（一井定向）尽量少用或不用。三.联系测量陀螺全站仪、（铅垂仪）钢丝组合定向测量。三.联系测量陀螺全站仪、（铅垂仪）钢丝组合定向测量原理：利用陀螺仪不依赖其他条件测定真北方向，通过子午线收敛角改正得到井下定向边的坐标方位角，并结合铅垂仪（钢丝）传递至隧道内的坐标，完成平面定向。在实际施工中，由于陀螺全站仪价格昂贵，所以一般施工测量中很少用。三.联系测量两井定向：两井定向是在两个施工竖井中各悬挂一根钢丝，根据地面控制点测定两根钢丝的平面坐标，并在车站或隧道内用导线对两钢丝进行联测，从而将地面控制网的平面坐标和方向传递给井下的控制点。两井定向避免了一井定向中存在的钢丝间距小造成的对横向位置的影响，两井定向的精度比一井定向的精度高的多。三.联系测量两井定向示意图三.联系测量 两井定向的精度分析：设两竖井间距为50m，其投点误差为2mm，方向误差最大为arcTan(0.002/50)=8.25。由此可见，两井定向的方向误差比一井定向的方向误差小的多，在地铁联系测量中，应优先选择两井定向。三.联系测量两井定向的外业测量：两井定向时分别在连个竖井内悬吊一根钢丝，承载钢丝的物体必须焊接牢固，钢丝下面悬挂不小于10Kg的重锤，重锤浸没在润滑油中（润滑油稠一些），地面布设近井导线点（导线点最好采用强制对中装置）对钢丝进行测量。地下在两竖井之间布设导线点，测量与钢丝的距离和夹角。地面和井下两竖井间的导线，应尽可能布设在两钢丝的连线方向，减少侧边误差对连线方位角的影响。三.联系测量用于悬挂钢丝的钢筋三.联系测量两井定向的内业计算：两井定向中，地面与井下导线通过两根钢丝链接，在两根钢丝处缺少两个连接角，这样的地下导线无起始方位角，称为无定向导线。计算过程如下：（1）根据地面测量成果，计算出地面两钢丝的坐标xA、yA、xB、yB。（2）反算A、B连线在地面中的坐标方位角AB和长度DAB。三.联系测量两井定向的内业计算：（3）因井下连接导线为无定向导线，无法直接推出钢丝与连接点的方位角和坐标，计算时需建立一个假定坐标系。假定A为坐标原点A1为假定坐标X轴，即xA=0,yA=0,A1=0三.联系测量根据井下连接导线的测量结果，计算出井下导线各点的假定坐标。设计算所得B点的假定坐标为xB,yB,则由此可计算出A、B连线在假定坐标系中的坐标方位角,AB和D AB，在理论上D AB和D AB应相等，但由于投影的误差，实际存在差值，若差值较大，则应该检查测量数据和计算过程中是否有误。（4）计算地下连接导线起始边在地面坐标系中的坐标方位角：A1=AB-AB（若结果小于0，则加上360 ；若结果大于360 ，则减去360 。）三.联系测量（5）根据A点xA,yA和计算出的A1边的坐标方位角A1，计算地下连接导线各点在地面坐标系中的坐标和坐标方位角。由于测量误差的影响，地下求得的B点坐标与地面测出的B点坐标存在差值，如果其相对闭合差符合地下连接导线精度要求，则认为地下连接导线的测量和计算时正确的，可将坐标增量闭合差按边长成比例反号分配给地下导线各坐标增量上，最后计算出地下个导线点的坐标。在实际工作中，可同时在每个竖井内悬挂两根钢丝，组成多组两井定向，提高测量精度，同时又可避免因测量误差不满足规范要求，而导致返工。三.联系测量两井定向联系测量案例：外业井下测量如下图所示，GSE和GSN为钢丝垂线点，仪器架设在SLZD1和SLZD2，观测的角度和距离如图所示，导线测量方向为GSE到GSN。在井上测出GSE点坐标为（24797.8733,54509.9401）,GSN点坐标为（24780.5565,54370.4574）三.联系测量计算步骤如下：（1）计算GSE和GSN的方位角和距离分别为：2625522.55、140.5535米。（2）假设方位角GSE-S1为0即GSE-S1假=0，由此可推出S1-S2假=180+1684445.5=3484445.5，S2-SGSN假=329528.9。（3）S1点假定坐标：XS1假=24797.8733+13.0135COS（0）=24810.8868，YS1假=54509.9401+13.0135SIN（0）=54509.9401。S2点假定坐标：XS2假=24810.8868+110.5022COS（3484445.5 ）=24919.2642，YS2假=54509.9401+110.5022SIN（3484445.5 ）=54488.3746。GSN假定坐标：XGSN假=24919，2642+18.2265COS（329528.9 ）=24935.0280，YGSN假=54488.3746+18.2265SIN（329528.9 ）=54779.2253三.联系测量（4）由此反算出假定坐标系方位角GSE-GSN假=3472238.23，反算两点距离为140.551m。反算距离与实际距离之差为：140.551-140.5535=-0.0025mGSE-S1=GSE-GSN-GSE-GSN假=2625522.55-3472238.23=-842715.68，即GSE-S1=275 32 44，32 由此求得S1-S2=264 17 29.82，S2-GSN=245 24 53.22（5）由此求得S1点坐标为X S1=24797.8733+13.0135COS（275 32 44.32 ）=24799.1309，YS1=54509.9401+13.0135COS（275 32 44.32 ）=54486.9875X S2=24788.1398，Y S2=54387.0333X GSN=24780.5567，Y GSN=54370.4574三.联系测量（6）fx=0.000,fy=0.000 XS1=XGSE+(13.0135/141.7422)(-fx)=24799.1309 YS1=YGSE+(13.0135/141.7422)(-fy)=54486.9875 X S2=XS1+(110.5022/141.7422)(-fx)=24788.1398，Y S2=S2=YS1+(110.5022/141.7422)(-fy)=54387.0333全长相对闭合差：K=f/S注意事项：联系测量要同时期独立观测三次。三.联系测量无定向导向测量注意事项：（1）地下导线的边长应尽量拉长，从而减少测站数，以减少测角误差对导线精度的影响。因无定向导线增大的点位误差主要在横向，所以应适当提高地面、地下导线测角精度。（2）两根吊垂线之间的距离应适当。如果距离太短，地面控制测量误差对定向精度影响较大；如果距离太长，地下导线的测站数将增加，地下测角误差对定向精度影响较大。（3）无定向导线禁止布设成单导线，应布设成两个或两个以上的闭合环，或布设成结点网，保证导线的精度。三.联系测量投点定向测量：投点定向分为竖井投点和钻孔投点两种方式，计算时可采用两井定向计算方法。投点定向测量示意图三.联系测量导线直接传递测量：该方法适合浅埋的明挖车站、区间，或者竖井井筒直径角的的部位，竖井中有中板，通过中板布设导线可观测到地面和竖井底部控制点。导线直接传递测量示意图三.联系测量导线直接传递测量一般情况下传递边边长较短、竖直角较大，这样在传递过程中短边上的对中误差和仪器竖轴倾斜误差就成为影响测量精度的主要因素，在测量时应注意以下事项：（1）仪器和前后是棱镜宜采用强制对中装置；（2）测回间检查仪器和棱镜气泡偏离情况，严格保证气泡居中；（3）各点之间的垂直角控制在30 以内。三.联系测量高程联系测量：1.悬挂钢尺法：HB=HA+a1-(b1-a2)+t+k-b2t：钢尺的温度改正数；k：钢尺的检定改正数；t=l(t均-t0)=(b1-a2)(t均-t0)：钢尺的膨胀系数，取其等于0.0000125/；t均：地上与地下温度的平均值；t0：钢尺检定时的温度。每次应独立观测三次，三次间应变动仪器高，钢尺底部应悬挂与钢尺重量相当的重锤。作业钢尺必须经过检定，计算时应考虑温度、自重等对尺长的影响。三.联系测量全站仪三角高程法：具备条件时，应用悬挂钢尺法与全站仪三角高程法相互复核。车站基坑三角高层测量区间竖井三角高程测量三.联系测量水准测量法：当车站或区间满足一下要求时，可采用水准测量法进行高程传递：（1）明挖车站及区间通过坡道进行运输，或者暗挖施工车站及区间通过斜井施工；（2）车站主体结构施工完成，顶板及施工竖井封闭。四.盾构机始发进洞测量盾构机始发托架及反力架安装测量：在盾构机始发托架安装前，利用井下控制点对盾构基座安装所需的轴线进行标定，利用井下高程控制点放样出导轨在盾首和盾尾处的设计高程。在始发托架、基准环以及反力架安装完毕后，对安装结果进行检查。检查结果满足以下条件时，方认为安装合格，否则重新进行调整。1）基准环和反力架的倾角应与隧道的中心轴线的法线平行；2）基准环和反力架的中心线应与隧道的轴线一致；3）基准环中线高程与盾构机中心轴线高程一致；4）始发托架中心线与线路中心一致，确保盾构中心轴线的坡度与隧道设计轴线坡度相适应。四.盾构机始发进洞测量机始托架反力架四.盾构机始发进洞测量盾构机始发测量时的人工测量并检核盾构机刀盘中心和盾尾中心：测量检核方法如图：四.盾构机始发进洞测量人工测量刀盘和盾尾中心三维坐标方法：（1）测出两垂直钢丝反射片平面坐标，测出后两钢丝坐标分别为(x1,y1)和(x2,y2)，盾构机圆心的平面坐标就为(x1+x2)/2,(y1+y2)/2。（2）用水准仪测量盾构机钢圈的位置底部的标高（盾尾可以测底部标高）或顶部的标高，进行多次多点测量，找到高程最小值的点，记此高程点为H，设盾构机内径为R，盾构机壁厚为D。（3）盾构机中心的三维坐标为：测盾尾底部时标高：(x1+x2)/2,(y1+y2)/2,(H+R/2)测盾构机顶部时标高：(x1+x2)/2,(y1+y2)/2,(H-D-R/2)注意事项：如果高程测量的是盾构机顶外壁的标高，则要考虑钢板的厚度。四.盾构机始发进洞测量始发掘进阶段，利用井下控制点对盾构姿态进行人工复测，及时将人工复测数据与导向系统记录的数据进行比较。盾构机姿态的人工复核应每5-10环进行一次。五.洞内导线控制测量和洞内高程控制测量洞内控制点点位的布设：（1）隧道内控制点平均边长：直线隧道180m，曲线隧道不小于100m。在掘进距离大于1500m时，应采用投点等方法施测高精度点；（2）控制点离洞壁不小于0.3m，以减少折光影响。控制点应避开强光源、热源、淋水等地方；（3）隧道中采用双支导线法，即在管片底部布设一般导线点，在管片拱腰位置安装强制对中托架，布置强制对中导线点，双支导线每前进一段交叉一次，交叉检核无误后，方可用于导向施工。五.洞内导线控制测量和洞内高程控制测量洞内侧壁及拱腰导线点五.洞内导线控制测量和洞内高程控制测量洞内导线的测量：（1）导线测量应使用不低于2 的仪器施测，左右角各测4各测回，左右角平均值之和与360 差值小于4 ，测量时要特别注意前后视的先后顺序，防止出错（测站夹角一般都在180 左右，前后视顺序看错，不容易被发现）。测量时尽量能把导线测出来构成闭合条件；（2）在作业时注意导线边长及通视情况，条件允许时尽可能增加导线边长，减少测站；（3）由于隧道处在土层中，管片存在一定的变形，要经常对导线进行复测。联系测量至少要进行三次。五.洞内导线控制测量和洞内高程控制测量（4）利用管片侧壁的导线点成果引测管片顶部吊篮处（吊篮处的螺栓不宜过长）的坐标，吊篮处的高程可用水准仪倒尺进行测量，测量后的高程要加上钢板的厚度。顶部吊篮五.洞内导线控制测量和洞内高程控制测量洞内高程控制点的布设：高程控制点可布设在管片底部，选择水准点的位置时，要注意能使水准尺立直。洞内高程控制点的测量：高程控制点的测量采用二等水准施测，高程控制点复测也要经常进行，防止管片变形造成的控制点高程变化。六.导向系统测量盾构机导向系统主要有：德国VMT公司Tunis系统、日本演算工房ROBOTEC系统、上海米度MTG-T系统、德国PPS系统、上海力信RMS-D系统。以下以VMT例说明操作步骤：VMT导向系统的发展从最初的SLS-T，到后来改进的SLS-SL，再到最新的TUnIS。六.导向系统测量VMT导向原理：根据带有激光器的全站仪进行定向，再利用全站仪自动测出的测站与棱镜之间的距离和角度,就可以知道棱镜的坐标(，Z)。激光束射向,就可以测定激光相对于平面的偏角。在入射点之间测得的折射角及入射角用于测定盾构机相对于隧道设计轴线()的偏角。坡度和旋转直接用安装在内的倾斜仪测量。这个数据大约每秒钟两次传输至控制用的计算机。通过全站仪测出的与之间的距离可以提供沿着掘进的盾构机的里程长度。所有测得的数据由通信电缆传输至计算机,通过软件组合起来用于计算盾构机轴线上前后两个参考点的精确的空间位置,并与隧道设计轴线()比较,得出的偏差值显示在屏幕上。六.导向系统测量全站仪激光标靶六.导向系统测量软件主界面六.导向系统测量设计轴线的编辑：设计轴线编辑界面六.导向系统测量平曲线参数编辑：点击新建按钮，创建一个新的设计轴线，出现一个表单，表单第一列为起始点，双击起始点表单处，打开一个对话框“起始点-编辑”，如图，在框中输入信息，通过确认按钮进行确认。六.导向系统测量隧道轴线起始点只能在第一个水平元素上进行设置，起始点信息包括里程，坐标及方位角所有后续元素都跟上一个元素的最后一个点切向连接。第一个水平元素的起始点里程第一个元素的方位角第一个水平元素起始点东坐标第一个水平元素起始点北坐标六.导向系统测量直线参数编辑：直线长度设置跟下一个元素的角度偏移0=无偏移的元素连接六.导向系统测量圆曲线参数编辑：圆曲线的长度圆曲线的半径圆曲线的方向设置跟下一个元素的角度偏移0=无偏移的元素连接六.导向系统测量缓和曲线参数编辑：设置跟下一个元素的角度偏移0=无偏移的元素连接缓和曲线的长度R=0相当于R=跟其衔接的圆曲线半径缓和曲线的方向六.导向系统测量纵断面参数编辑：隧道轴线起始点的信息如里程、坐标及竖向方位必须通过第一个竖向元素进行设定。所有后续元素都跟前面一个元素的最后一个点连接。第一个竖向元素的起始点里程起始点的高程第一个元素的数值方位六.导向系统测量纵断面直线编辑：元素长度通过角偏差设置跟下一个元素的偏移0=无偏移的元素连接六.导向系统测量纵断面直线编辑：元素长度通过角偏差设置跟下一个元素的偏移0=无偏移的元素连接六.导向系统测量纵断面圆曲线参数编辑：通过角偏差设置跟下一个元素的偏移0=无偏移的元素连接圆曲线的长度圆曲线的半径圆曲线的类型六.导向系统测量水平及竖向偏差：可以利用偏差将设计的设计轴线转变为隧道轴线。当隧道轴线跟设计轴线有水平偏差时，使用水平偏差。当隧道轴线跟设计轴线有竖向偏差时，使用竖向偏差。设计轴线所覆盖的整个里程区域都要输入偏差。否则在隧道轴线上会出现问题，并且不能被保存在系统中。六.导向系统测量坐标管理：点击坐标管理器，如图：六.导向系统测量编辑坐标时，可点击添加、编辑、删除按钮进行操作。坐标编辑界面六.导向系统测量后视定向只需粗瞄后视棱镜一次，三步骤：安装、准备测量、测量。六.导向系统测量全站仪的定位：点击定位图标，如图：步骤一：设置点选择列表确定添加可显示更多信息，如测量的次数，是单面测量还是双面测量六.导向系统测量步骤二：准备测量在成功开始以后，仪器的状态变为绿色，如果没有变成绿色，则全站仪连接有故障。六.导向系统测量在上述界面中，人工瞄准后视棱镜，点击下一步，后视棱镜被自动测量，界面如下：六.导向系统测量如果至少有一个测量点在误差范围之内，则定位成功，通过绿色的图标进行显示。六.导向系统测量点击导向，打开导向模块。被打开的模块在菜单中以黄色显示。水平趋向竖向趋向里程及掘进长度滚动角及仰俯角上次姿态确认六.导向系统测量水平趋向：表示的是掘进机轴线与隧道轴线在水平方向上的夹角。竖向趋向：竖向趋向表示的是掘进机轴线与隧道轴线在竖向上的夹角。滚动角：指机器沿其纵向轴线转动。正滚动为顺时针方向，负滚动为逆时针方向。仰俯角：机器轴线跟水平的角度。正仰俯角为前端向上，附仰俯角为前端向下。上次姿态确认：可以看到多久之前进行的上一次姿态确认：如果大于3分钟，则给出警告；如果大于5分钟，则图像显示会被隐藏。如果姿态确认的时间多于1分钟，则必须停止掘进并找出故障。六.导向系统测量全站仪移站：当全站仪和激光靶之间的距离太远时，需要将全站仪测站向前移动。全站仪移站九步骤：设置方位检查、方位检查测量、新设置坐标、正在瞄准新点、测量新点、全站仪移站、定位：设置、定位：正在瞄准后视棱镜、定位：测量。六.导向系统测量点击全站仪移站，设置方位检查，如图：点击下一步，自动测量后视棱镜。六.导向系统测量方位检查测量：测量结果被显示出来，绿色表示测量被成功执行，红色表示测量失败。绿色表示测量被成功执行六.导向系统测量新点-近似坐标：将后视棱镜从后方移到新的托架上，点击下一步，如图：检查无误，继续点击下一步。六.导向系统测量瞄准一个新点：瞄准一个新点，继续点击下一步。六.导向系统测量测量新点：如果新站点测量成功，则显示为绿色。六.导向系统测量前移全站仪：将全站仪前移到新的托架上，将棱镜放到全站仪旧的位置，瞄准旧站点。点击下一步。六.导向系统测量定位：设置：在前移全站仪后，系统自动准备定位新输入站点编号被显示，旧全站仪的测站用做当前后视棱镜的位置，点击继续。六.导向系统测量定位：瞄准后视棱镜系统打开全站仪，并打开激光，全站仪成功启动显示绿色图标。点击下一步。六.导向系统测量定位：测量全站仪现在开始测量棱镜，如果有多个棱镜，则以顺时针方向测量，绿色图标表示定位成功。六.导向系统测量VMT导向系统注意事项：1、保护好目标棱镜，防止碰撞目标棱镜；2、防止通讯线缆被扯断；3、防止控制箱淋水或进水；4、系统里面的参数不得随意改动，C盘里的文件夹和数据库不得改动和删除5、当掘进过程中，盾构姿态发现突变时，应进行方位检查，如果检查超线时应通知测量班进行复核6、全站仪或系统不能正常工作时，先应该关闭测量和系统，重新启动电脑.如果启动电脑还不能正常工作时，应该及时停止掘进，寻查全站仪和连接线是否有问题.7、要经常进行人工复核盾构机姿态。七.盾构机姿态人工测量在盾构机导向过程中，应使用人工测量方法对盾构机的姿态进行检验。盾构机姿态的计算原理：一般情况下，盾构机组装时，厂家在盾体上布置了盾构姿态测量的参考点，并给出了参考点的相对坐标系坐标。演算工房独立坐标系定义七.盾构机姿态人工测量人工复核原理（第一种复核方法）：点B、C、D为棱镜位置设B、C、D在TBM坐标系中的坐标分别为（aB，bB，cB，）、（aC，bC，cC，）、（aD，bD，cD，），实测B、C、D三点在施工坐标系中的坐标分别为(XB,YB,ZB)、(XC,YC,ZC)、(XD,YD,ZD)。A点为刀盘中心点，则有 (XB-XA)2+(YB-YA)2+(ZB-ZA)2=aB2+bB2+cB2 (XC-XA)2+(YC-YA)2+(ZC-ZA)2=aC2+bC2+cC2 (XD-XA)2+(YD-YA)2+(ZD-ZA)2=aD2+bD2+cD2 某 盾 构 机TBM 坐 标 系七.盾构机姿态人工测量通过解上述方程组，可求得刀盘中心的三维施工坐标系坐标。在解算后，刀盘中心应有两个值。同理通过解方程组可得出盾尾中心三维施工坐标系坐标，盾尾中心也有两个坐标值。但是上述方程组属于三元二次方程组，人工手算的工作量非常大，而且在解算的过程中容易出错，在实际工作中，可借助AutoCAD作图求解，将作图求解的结果代入上述方程组进行验算。AutoCAD作图求解的方法如下：七.盾构机姿态人工测量某工程盾构施工中，实测了盾构机中三个棱镜的坐标，三个棱镜在TBM坐标系中的坐标分别为(-3.9567,-1.9917,1.6565)、(-3.9701,-0.3638,2.8150)、(-3.9560,2.3056,1.1695)，实测施工坐标系坐标分别为(45336.775,29534.236,-1.434)，(45336.610,29535.846,-0.263),(45336.461,29538.525,-1.885)。（1）首先在CAD中按照实测B、C、D三维坐标粘贴点，注意粘贴时要把X坐标和Y坐标顺序调整一下（因为施工测量坐标系和CAD坐标系一个是左手坐标系，一个是右手坐标系），进行点样式的设置：选择“格式”-“点样式”：点大小为0.5，按绝对单位大小设置，点样式选择“”如下图所示：七.盾构机姿态人工测量七.盾构机姿态人工测量（2）按照TBM坐标系坐标求出B点到刀盘中心点A距离为4.7293米，C点到刀盘中心点A距离为4.8804米，D点到刀盘中心点A距离为4.7258米，按照半径BA、CA、DA分别画球，以B点为球心的球为红色，以C为球心的球为黄色，以D为圆心的球为蓝色。如下图所示:七.盾构机姿态人工测量（3）求三个球的交集，选择“修改”-“实体编辑”-“交集”，依次点击三个球体-回车，此时就出现了交集后的物体，如下图：七.盾构机姿态人工测量（4）选择“修改”-“分解”-选择交集后的物体-回车，结果如下图：七.盾构机姿态人工测量（5）此时交集后的多面体被分解为三块，任意点击一块，就可以找到两个端点，把鼠标放到端点上（此时端点变为绿色），在CAD左下方即显示端点的三维坐标。这两端点中有一个是刀盘中心的坐标，根据盾构机掘进方向，舍弃一个端点，剩余一个端点就是刀盘中心坐标，如下图所示：端点端点七.盾构机姿态人工测量同样步骤求解盾尾中心坐标。两中心坐标求解完成后，代入方程组进行验证。七.盾构机姿态人工测量人工复核原理（第二种复核方法）：沿盾构机中心线上下布置两个反射片，盾构始发前测出两个反射片的TBM坐标，盾构掘进过程中观测两个反射片，根据几何关系推出盾首坐标、盾尾坐标。八.管片安装的人工复核为及时发现管片的位移、变形情况，防止管片姿态超出限差要求，需要对安装后的管片姿态进行监测，每日进行管片姿态测量，每拼装5环，就逐环检测一次，确认稳定的管片可不再重复测量，每次管片测量时，应重叠5环已经稳定了的管片，以消除测错的可能。管片拼装的允许误差为：轴线平面高程50mm，每环相邻管片平整度4mm，衬砌管片环直径椭圆度5 。管片复核测量八.管片安装的人工复核（1）管片轴线偏差测量：在铝合金尺的中心贴上反光贴，铝合金尺用水平靠尺靠平，测量反光贴的坐标，利用此坐标处的里程反算设计坐标，两坐标互相比较，即得出管片的轴线偏差。（2）管片的竖直偏差测量：用水准仪测量出管片前沿底部的高程H，根据隧道设线路推算出该环片底部设计号称H0，则管片竖直偏差为H-H0。九.盾构接收测量盾构到达前的复核测量：（1）盾构到达前，对洞内所有测量控制点进行一次整体的控制测量，在贯通前100m，进一步加强盾构姿态和管片测量，根据复测结果及时纠偏。（2）在盾构贯通前对盾构到达门洞进行复核测量，测量项目包括洞门中心位置偏差，洞门全圆半径等。必要时根据测量结果对洞门进行相应处理。（3）在考虑盾构机的贯通姿态时注意两点:一是盾构机贯通时的中心轴线与隧道设计轴线的偏差，二是接收洞门位置的偏差。综合这些因素在隧道设计中心轴线的基础上进行适当调整。纠偏要逐步完成，每一环纠偏量不能过大。九.盾构接收测量盾构接收托架测量：（1）为了确保盾构机顺利出洞，盾构机出洞的姿态应平顺，在盾构机破除洞门砼后即可实测盾构机的中心高程，以确定托架应垫的高度。（2）根据接收井的底板高程、洞门环板实测中心高程调整接收托架高度，接收基座的中心轴线应与隧道设计轴线一致，使盾构机按洞门实际中心出洞。（3）当盾构机出洞后拼装管片时，要在托架上焊上挡板，并将接收基座以盾构进洞方向+5的坡度进行安装，确保装管片时有足够的支座反力。九.盾构接收测量盾构接收测量监测：（1）在盾构到达掘进期间，盾构姿态和管片姿态必须保证每环一测，并及时将人工测量的结果反馈给项目技术负责人和项目经理，并及时报送监理。地面监测要3小时一次，监测数据要及时传达。（2）严格控制注浆及吊装时地面的沉降和监测围护结构的稳定性。地表要埋设观测点，要严格观测地表变化情况，防止地表变形影响路面及基础管线、建筑物等。十.地铁施工监控量测监控量测的目的：预测在施工过程中对地层的不同扰动程度，地层中的应力扰动区延伸及扩散，有可能引起地表、附近重要或高大建筑物产生沉降、隆起或倾斜，根据地表监测成果及时反馈信息指导和控制施工。监控量测方案的制定：应根据相关规范要求和业主要求制定适合于本工程的监控量测方案，选择合适的数据分析方法。地铁安全施工案例广州海珠广场基坑坍塌事故：2005年7月21日12时，广州市海珠广场深20m的基坑南边发生滑坡，导致3人死亡，4人受伤，邻近的7层的海员宾馆倒塌，1栋住宅楼严重损坏，多家商店失火，地铁2号线停运1天。事故原因分析：（1）基坑原设计开挖深度16.2m，而实际开挖深度达20.3m，造成围护桩入土深度不足；（2）南侧地层存在软弱透水夹层，随着开挖深度增大，土体发生滑动；（3）基坑暴露时间长达33个月，导致地层的软化和锚索预应力损失；（4）现场监测数据已有预兆，未引起重视。十.地铁施工监控量测明挖法工程监测：深大基坑施工中，不仅存在基坑本身安全与稳定的问题，而且还存在因土方开挖引起周围地层移动而危及相邻建筑物、地下管网和城市市政设施正常使用。序号监测项目工程监测等级一级二级三级1支护桩（墙）、边坡顶部水平位移2支护桩（墙）、边坡顶部竖向位移3支护桩（墙）体水平位移选测4支护桩（墙）结构应力选测选测选测5立柱结构竖向位移选测6立柱结构水平位移选测选测7立柱结构应力选测选测选测8支撑轴力9顶板应力选测选测选测10锚杆拉力11土钉拉力选测选测选测12地标沉降13竖井井壁支护结构净空收敛14土体深层水平位移选测选测选测15土体分层竖向位移选测选测选测16坑底隆起（回弹）选测选测选测17支护桩（墙）侧向压力选测选测选测18地下水位19孔隙水压力选测选测选测明挖法监测项目为必测项目十.地铁施工监控量测明挖法的监测频率一般要求见下表：明挖法基坑监测频率表十.地铁施工监控量测基坑工程地标沉降监测点位置在设计图中中确定，在实施时根据现场情况进行修正。明挖基坑周边地表监测点的布置要求如下：（1）沿平行基坑周边线布设时不少于2排地标沉降监测点，排距宜为3-8米，每排监测点间距宜为10-20米，第一排监测点距基坑边缘不宜大于2米；（2）应根据基坑规模和周边环境条件选择有代表性的部位，垂直于基坑周边布设地表沉降监测断面，每个监测断面上监测点的数量和布设位置应满足对基坑工程主要影响区和次要影响区范围的控制，监测点数量不宜少于10个；（3）监测点及监测断面的布设位置应与周边环境监测点布设相结合。地表沉降监测的方法及仪器选择：可选择几何水准方法、液体经历水准方法、三角高程方法等。几何水准方法使用水准仪观测。十.地铁施工监控量测桩（墙）顶水平位移监测点布设：（1）监测点应沿基坑周边布设，监测等级为一级、二级时，布设间距宜为10-20米。监测等级为三级时，布设间距宜为20-30米；（2）基坑各边中间部位、阳角部位、深度变化部位、邻近建筑物及地下管线等重要部位、地质条件异常部位等应布设监测点；（3）出入口、风井等附属工程的基坑每侧监测点不应少于1个；（4）水平和竖向位移监测点宜为共用点，监测点应布设在围护桩（墙）顶或基坑坡顶上。监测方法：一般采用全站仪极坐标法进行。十.地铁施工监控量测桩（墙）体水平位移监测：监测点布置为：（1）监测点应沿基坑周边桩（墙）体布设，监测等级为一级、二级时，布设间距宜为20-40米，监测等级为三级时，布设间距宜为40-50米；（2）在基坑各边中间部位、阳角部位或其他代表性部位的桩（墙）体应布设监测点；（3）监测点的布置与围护桩（墙）顶部水平位移和竖向位移监测点处于同一监测断面。监测方法及仪器选择：采用在围护结构内埋设测斜管，使用测斜仪观测。十.地铁施工监控量测盾构法工程监测内容：序号监测项目工程监测等级一级二级三级1管片结构竖向位移2管片结构水平位移选测选测3管片结构净空收敛4管片结构应力选测选测选测5管片连接螺栓应力选测选测选测6地表沉降7土体深层水平位移选测选测选测8土体分层竖向位移选测选测选测9管片围岩压力选测选测选测10孔隙水压力选测选测选测盾构管片结构和周围岩土体监测项目为必测项目十.地铁施工监控量测盾构法隧道工程监测频率表十.地铁施工监控量测地铁盾构法施工监控量测值控制标准序号监测项目及范围 允许位移控制值(mm)平均速率控制值(mm/d)最大速率控制值(mm/d)1地标沉降30132拱顶沉降20133地标隆起1013备注：建设或监理单位有从严要求的按照其要求执行十.地铁施工监控量测地表沉降（或隆起）监测测点布置：（1）监测点应沿盾构隧道轴线上方地表布设，监测点间距宜为10-30米；始发和接收段应适当增加监测点；（2）应布设垂直与隧道轴线的横向监测断面，监测断面间距宜为30-100米；（3）横向监测断面的监测点数量宜为7-11个。监测作业方法：一般采用几何水准测量方法，采用水准仪观测。十.地铁施工监控量测管片衬砌变形监测：管片结构沉降和水平位移监测、断面收敛位移监测测点为每5-10环布设1点，在某些特定部位可适当加密，点位应考虑观测方便且能长期保存，测点一般设在隧道道床边线的管片上，布设原则如下：（1）每10环设置监测断面；（2）盾构始发与接收段、联络通道附近、左右线交叠或邻近、小曲线半径地段、施工出现异常时、管片结构出现开裂等地段应布设监测断面；（3）存在底层偏压、围岩软硬不均等地质条件复杂地段应布设监测断面；（4）下穿或邻近重要建筑物、地下管线、河流湖泊等周边环境复杂地段应布设监测断面；十.地铁施工监控量测（5）每个监测断面宜在拱顶、拱底、两侧拱腰出设管片结构净空收敛监测点，拱顶、拱底的净空收敛监测点可兼做管片沉浮监测点，两侧拱腰处净空收敛监测点可兼做水平位移监测点。拱顶沉降点及收敛点布置十.地铁施工监控量测管片衬砌变形监测作业方法：拱顶沉降监测常用的方法是在拱顶测点利用铟钢尺倒尺，利用精密水准仪采取几何水准测量方法施测；收敛监测常用收敛计直接测量。十.地铁施工监控量测土体分层沉降及深层水平位移监测：测点布置要求：土体分层沉降及深层水平位移监测项目一般布设于主监测断面、穿越重要建筑物前的试验段、地质条件变换处等位置，为修正盾构施工参数、减小施工扰动提供数据基础。监测作业方法：土体分层沉降与深层水平位移监测均需在隧道上方或两侧进行钻孔，孔内埋设相应仪器进行观测，两者可共用一个测管。土体分层沉降监测采用钻孔内布设磁性分层沉降仪的方法进行，土体深层水平位移监测采用测斜仪进行测量。十.地铁施工监控量测管片衬砌和地层的接触应力监测测点布设：一般选择在管片背面埋设土压力计的方法，土压力计的内膜应与管片背面保持在一个平面上。管片衬砌与底层接触压力测点布置十.地铁施工监控量测管片内力监测：测点布置：管片内力监测测点与管片衬砌和土层接触应力监测项目布置原则与布设数量一致，且位于同一位置。根据工程具体情况选择土体应力变化最大或地质条件最不利等典型断面布置，每一环向断面不少于6个测点，并宜于地表沉降的横断面、管片衬砌和底层接触应力监测点对应布置。监测作业方法：管片内力监测与管片衬砌和地层接触应力监测项目类似，有管片加工时预埋钢筋应力计和完成隧道后埋入表面应变计两种形式。十一.集团公司对盾构测量的要求（一）用于测量的图纸资料应认真研究复核，必要时应作现场核对，确认无误无疑后，方可使用。抄录已知数据资料，必须核对，两计算人应分别独立查阅抄录，并互相核实；（二）测量的外业工作必须有多余观测，并构成闭合检核条件。内业工作应坚持两组独立平行计算并相互校核；（三）每次的联系测量须独立进行两次以上，尽量不采用一井定向（若只能采用一井定向时，须有其他检核条件）。（四）高程联系测量所用的钢尺必须经过计量部门检定，在进行高程测量时，井上下两台水准仪同时观测，测量时独立观测三个测回，测回间须变动仪器高度，高差应考虑温度、钢尺自重进行尺长改正，并与改正前的高差相对比，保证所测高差的正确性。（五）盾构始发测量时，必须经子（分）公司测量主管部门、项目总工程师对盾构导向软件的各项参数设置进行检查，确保各项参数输入无误。（六）盾构项目经理部应成立专门的测量复核组，复核组的人数不少于2人，对的管片姿态和盾构机姿态进行复核，并形成复核记录表，以备上级测量机每天构进行检查。十一.集团公司对盾构测量的要求（七）洞内的导线测量应在管片侧壁（埋设强制对中装置）和管片底部设立导线点，以备相互检核。直线地段导线点的平均边长可在180m左右，但不应小于100m。高程控制点的测量必须进行往返观测。(八)挂篮处的控制点引测时，平面坐标应用侧壁和管片底部控制点分别引测，高程用三角高程和几何水准分别引测，以备相互复核。（九）因管片存在变形，应经常复核挂篮处控制点和导线控制点的稳定性。（十）在隧道掘进150m、掘进至区间长度1/2处时，必须进行包括联系测量在内的地下控制测量；（十一）区间长度超过1300m，掘进至600m后，每500m须增加至少一次包括联系测量在内的地下控制测量；（十二）盾构始发的联系测量必须独立进行两次以上；（十三）在始发掘进阶段中，每5环复测一次盾构姿态及管片姿态。（十四）各子（分）公司、工程指挥部（经理部）必须配备一名专职或兼职的专业技术人员负责监控量测管理工作，并建立监控量测的项目台帐。项目经理部必须成立监控量测小组，由第三方监测单位进行监测的项目，必须持有与本项目要求相应监测资质。
展开阅读全文