城市軌道測量技術(shù).ppt

城市軌道交通工程 測 量 技 術(shù),中鐵二局城通公司 2011.01.15,軌道交通工程測量的任務(wù)和內(nèi)容,軌道交通工程測量應(yīng)滿足其工程建設(shè)中的設(shè)計、施工和運營階段對測量工作的需要。其主要內(nèi)容包括地面測量、聯(lián)系測量、地下測量等三方面的工作。 設(shè)計階段任務(wù)：為設(shè)計工作的各個階段提供所需要的地形圖或?qū)ｍ棞y繪資料； 施工階段任務(wù)：為實現(xiàn)設(shè)計意圖進行施工放樣和設(shè)備安裝、為施工安全進行監(jiān)控量測、為完工的工程進行竣工測量等； 運營階段任務(wù)：維護線路和改造、結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測等進行的測量工作。,城市軌道交通工程控制網(wǎng)簡介,一、平面控制網(wǎng),二、高程控制網(wǎng),一、地面平面控制測量,1、地面平面控制網(wǎng)的特點 平面控制網(wǎng)是在城市一、二等控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上建立,通常分兩個等級布設(shè),即一等gps網(wǎng)和二等精密導(dǎo)線兩個等級。gps網(wǎng)點數(shù)較少，起到整體骨架的作用，而精密導(dǎo)線則是在gps網(wǎng)的基礎(chǔ)上布設(shè)成附合導(dǎo)線、閉合導(dǎo)線； 地面平面控制網(wǎng)不但是隧道橫向貫通的基礎(chǔ)，還是設(shè)備安裝、變形監(jiān)測的基礎(chǔ)； 由于城市軌道交通建設(shè)周期較長，工程建設(shè)期間平面控制點難免發(fā)生變化，因此需要在一定的周期內(nèi)進行檢測，評價原網(wǎng)穩(wěn)定狀況和可靠程度，確保地面平面控制網(wǎng)滿足工程建設(shè)需要。,2、地面平面控制網(wǎng)的測量步驟 收集資料。根據(jù)擬建線路的設(shè)計資料(尤其是車站位置、豎井位置和線路走向)，收集和了解沿線現(xiàn)有城市首級控制網(wǎng)； 現(xiàn)場踏勘。在擬建線路附近普查現(xiàn)有首級平面控制點的保存情況與車站、車輛段以及沿線建筑物情況和擬埋設(shè)控制點的位置條件情況等； 選點。根據(jù)控制網(wǎng)布設(shè)原則以及觀測條件進行選點，gps點和精密導(dǎo)線點可以同時進行； 點位埋設(shè)； 控制網(wǎng)觀測； 數(shù)據(jù)平差。,二、地面高程控制測量,1、地面高程控制網(wǎng)的特點 高程控制網(wǎng)的形狀、點位分布應(yīng)滿足工程施工的需要，根據(jù)城市軌道交通總體規(guī)劃布設(shè)全面網(wǎng)。 高程控制網(wǎng)通常分兩個等級布設(shè)，首級是與國家二等水準(zhǔn)相當(dāng)?shù)某鞘熊壍澜煌ㄒ坏人疁?zhǔn)網(wǎng)，二級是用于加密的城市軌道交通二等水準(zhǔn)； 一等網(wǎng)是基礎(chǔ)網(wǎng)，一般沿工程線路布設(shè)成附合、閉合線。水準(zhǔn)網(wǎng)起算點一般不少于3個，且應(yīng)該是城市一等水準(zhǔn)網(wǎng)；二等水準(zhǔn)網(wǎng)起算于一等水準(zhǔn)網(wǎng)，主要為施工服務(wù)，其網(wǎng)形主要取決于線路形狀，一般在車站、豎井及車輛段附近布設(shè)水準(zhǔn)點，點數(shù)不應(yīng)少與2個。,2、地面高程控制網(wǎng)的測量步驟 收集資料。根據(jù)擬建線路的設(shè)計資料(尤其是車站位置、豎井位置和線路走向)，收集和了解沿線現(xiàn)有城市首級控制網(wǎng)； 現(xiàn)場踏勘、選點。在擬建線路附近普查現(xiàn)有首級平面控制點的保存情況與車站、車輛段以及沿線建筑物情況和擬埋設(shè)控制點的位置條件情況等； 點位埋設(shè)； 控制網(wǎng)觀測。按照控制網(wǎng)等級進行觀測； 數(shù)據(jù)平差。,第一章:貫通誤差及測量精度估算,1、貫通誤差的概念 軌道交通工程的車站、區(qū)間是分別施工的，在區(qū)間中有時為了加快施工進度會在中間開挖一些豎井以增加掘進面。這樣就會出現(xiàn)對向掘進在中間相通或從車站一端向相鄰車站一端掘進在車站端頭相通的情況。不論哪種情況，我們把隧道開挖相通之處的橫截面稱為貫通面。相向開挖施工中線在貫通面處不能按設(shè)計位置銜接而產(chǎn)生的偏差稱為貫通誤差。貫通誤差從幾何上說是一條空間線段，其長短取決于地面控制測量、聯(lián)系測量和地下控制測量誤差影響值的大小。,貫通誤差在垂直于中線方向上的投影水平長度稱為橫向貫通誤差,沿中線方向上的投影水平長度稱為縱向貫通誤差,在高程方向的投影垂直長度稱為高程貫通誤差。 2、地鐵隧道貫通誤差限值的確定 隧道貫通測量包括地面控制測量、聯(lián)系測量和地下控制測量，因此橫向貫通誤差主要受上述三項測量誤差影響，可以認(rèn)為各項測量誤差對貫通的影響相互獨立，根據(jù)誤差傳播理論則有： m 2= m12 +m22+m32,式中m-地鐵隧道橫向貫通中誤差(mm)； m1-地面控制測量引起的橫向中誤差(mm) m2-聯(lián)系測量引起的橫向中誤差(mm)； m3-地下控制測量引起的橫向中誤差(mm) 由于地面測量的條件較地下好，在分配測量誤差時可在等影響原則的基礎(chǔ)上作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，即對地面測量的精度適當(dāng)提高一些，而地下控制測量的精度降低一些。按此原則分配方案如下： m1=25 ，m2=25， m3=35 根據(jù)誤差傳播理論可推出：m=sqrt(252+252+352)=49.7mm50mm 同理,高程測量誤差的計算公式為 mh 2= mh12 +mh22+mh32,式中 mh -城市地鐵隧道高程貫通誤差(mm)； mh1-地面高程控制測量引起的中誤差(mm)； mh2-聯(lián)系測量引起的高程中誤差(mm)； mh3-地下高程控制測量引起的中誤差(mm)。 測量誤差分配方案如下: mh1=16 ，mh2=12， mh3=15 mh 2= mh12 +mh22+mh32 根據(jù)誤差傳播理論可推出: mh =sqrt(162+122+152)=25mm25mm,城市軌道交通隧道貫通中誤差分配值（mm）,3、地鐵隧道貫通測量精度估算 r2x-兩洞口之間導(dǎo)線點至貫通面的垂直距離的平方和； d2y-兩洞口之間導(dǎo)線點至貫通上投影長度的平方和； m-導(dǎo)線測角中誤差（根據(jù)導(dǎo)線等級進行先設(shè)計）； ml/l-測邊平均相對中誤差或精度（根據(jù)導(dǎo)線等級進行先設(shè)計一般取1/6000） my、 myl -導(dǎo)線測角、測邊誤差引起的橫向貫通中誤差。,橫向貫通精度m=sqrt(m2y+ m2yl ) m2y=（ m/）2*r2x m2yl = （ ml/l ）2*d2y 舉例說明：,第二章：施工階段控制測量,一、地面控制測量 二、聯(lián)系測量 三、地下控制測量,一、地面控制網(wǎng)測量,1、項目開工前設(shè)計院樁點交接 1）交樁由業(yè)主主持，設(shè)計、監(jiān)理、施工單位參加； 2）項目部接受測量樁點后，應(yīng)執(zhí)設(shè)計交樁表逐一對照，防止交錯樁點并進行拍照； 3）現(xiàn)場確認(rèn)樁點交接無誤后，復(fù)印2份交樁表用于日?？刂茰y量，原件則組卷入盒。,2、gps網(wǎng)介紹,gps網(wǎng)以城市二等三角點為基礎(chǔ)，布設(shè)成閉合或附合路線。沿地鐵線路布設(shè)gps控制點，平均邊長12km，原則上每個車站至少2個點。每個gps點至少應(yīng)與兩個相鄰gps點直接通視，便于常規(guī)方法檢測及使用； gps網(wǎng)最弱點點位中誤差不大于12，最弱邊的相對中誤差不大于1/80000，相鄰點的相對點位中誤差10； 觀測要求及數(shù)據(jù)處理均按相關(guān)gps測量規(guī)范要求進行。,3、精密導(dǎo)線網(wǎng)介紹,精密導(dǎo)線點應(yīng)沿線所經(jīng)過的實際地形選定，以gps網(wǎng)為基礎(chǔ)布設(shè)成附合導(dǎo)線、閉合導(dǎo)線或結(jié)點網(wǎng)。導(dǎo)線點點位可充分利用城市已埋設(shè)的永久標(biāo)志，或按城市導(dǎo)線標(biāo)志埋設(shè)，點位可選在樓房上。位于車站地區(qū)的導(dǎo)線點必須選在施工范圍之外，穩(wěn)定可靠，而且應(yīng)能與附近的gps點通視。具體點位要求如下： 點位附近不宜有散熱體、測站應(yīng)盡量避開高壓電線等強電磁場的干擾。 相鄰點間的視線距離障礙物的距離以不受旁折光影響為原則。 相鄰邊長不宜相差過大，個別邊長不宜短于100米。,相鄰導(dǎo)線點間高差不宜大于25，特殊情況下也不宜大于30。 每個導(dǎo)線點應(yīng)保證兩個以上的后視方向，點位選擇應(yīng)能控制地鐵線路和盾構(gòu)始發(fā)、接受的車站位置，導(dǎo)線點埋設(shè)應(yīng)避開施工可能影響的范圍，導(dǎo)線點應(yīng)方便使用，利于長期保存。 在盾構(gòu)始發(fā)、接受的車站工作井附近，最好將點位布設(shè)成為強制歸心標(biāo)的形式。,4、導(dǎo)線網(wǎng)測量要求,外業(yè)按四等網(wǎng)精度施測，可采用2級儀器，水平角方向觀測6測回(測角精度不低于2.5)，往返觀測距離，并加入氣象、儀器加、乘常數(shù)改正，天頂距觀測一測回。 當(dāng)精密導(dǎo)線點上只有兩個方向時，宜按左、右角觀測，左、右角平均值之和與360的較差應(yīng)小于4。 水平角觀測遇到長、短邊需要調(diào)焦時，應(yīng)采用盤左長邊調(diào)焦，盤右長邊不調(diào)焦，盤右短邊調(diào)焦，盤左短邊不調(diào)焦的觀測順序進行觀測。 在附合精密導(dǎo)線兩端的gps點上觀測時，應(yīng)聯(lián)測兩個高級方向，若只能觀測一個高級方向，應(yīng)該適當(dāng)增加測回數(shù)。,精密導(dǎo)線測量的主要技術(shù)要求應(yīng)符合下列規(guī)定：,5、觀測成果處理,附合導(dǎo)線或?qū)Ь€環(huán)的角度閉合差，不應(yīng)大于下式計算的值。 w=2mn 式中：m測角中誤差（） n附合導(dǎo)線或?qū)Ь€環(huán)的角度數(shù)。 導(dǎo)線網(wǎng)方位角閉合差計算的測角中誤差應(yīng)按下式計算 m=(ff/n)/n,式中：f附合導(dǎo)線或閉合導(dǎo)線環(huán)的方位角閉合差； n計算f時的角度個數(shù)； n附合導(dǎo)線或閉合導(dǎo)線環(huán)的個數(shù)。 精密導(dǎo)線測距邊的邊長投影改正 歸化到地下鐵道交通工程線路測區(qū)平均高程面上的測距邊長度，應(yīng)按下式計算： d=d01+（hp-hm）/ra 式中：d0-測距兩端點的平均高程面上的水平距離； ra-參考橢球體在測距邊方向上法截弧的曲率半徑,可取6371000m； hp測區(qū)的平均高程(m)； hm測距邊兩端點的平均高程(m)。,6、導(dǎo)線網(wǎng)平差,精密導(dǎo)線應(yīng)采用嚴(yán)密方法平差，并分析點位誤差橢圓及相對點位誤差橢圓，為下一步區(qū)間測量設(shè)計提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。,二、地面高程控制網(wǎng)測量,1、水準(zhǔn)點的選點布設(shè) 精密水準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)沿工程線路布設(shè)成附合路線、閉合路線或結(jié)點網(wǎng)。車站附近應(yīng)設(shè)置2個以上水準(zhǔn)點。 精密水準(zhǔn)點應(yīng)選在離施工場地變形區(qū)外穩(wěn)固的地方，墻上水準(zhǔn)點應(yīng)選在永久性建筑物上。水準(zhǔn)點點位應(yīng)便于尋找、保存和引測。,2、高程控制網(wǎng)的觀測 精密水準(zhǔn)測量的觀測方法如下： 往測:奇數(shù)站上為：后前前后 偶數(shù)站上為：前后后前 返測:奇數(shù)站上為：前后后前 偶數(shù)站上為：后前前后 每一測段的往測與返測，宜分別在上午、下午進行，也可以在夜間觀測，由往測轉(zhuǎn)向返測時，兩根標(biāo)尺必須互換位置。 精密水準(zhǔn)測量觀測的視線長度、視距差、視線高不應(yīng)超過表3的規(guī)定。,精密水準(zhǔn)測量觀測的視線長度、視距差、視線高的要（m）,3、觀測成果處理 平差處理： 水準(zhǔn)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理應(yīng)采用嚴(yán)密平差，以深埋水準(zhǔn)點作為已知點，采用強制附合平差，并應(yīng)計算每千米高差偶然中誤差、最弱點高程中誤差。,三、聯(lián)系測量,1、概述 聯(lián)系測量是將地面坐標(biāo)系統(tǒng)引測傳遞到地下。主要工作包括地面趨近導(dǎo)線測量、趨近水準(zhǔn)測量，通過豎井、通道的定向測量和傳遞高程測量，地下趨近導(dǎo)線測量、地下趨近水準(zhǔn)測量。 2、平面聯(lián)系測量常用方法 鉛垂儀、陀螺儀聯(lián)合定向 聯(lián)系三角形幾何定向(目前廣泛運用于城市地鐵測量) 導(dǎo)線定向測量 鉆孔投點,3、高程傳遞常用方法： 懸吊鋼尺（鋼絲）法 水準(zhǔn)測量 光電測距精密三角高程測量 在日常施工控制中,我們主要采用聯(lián)系三角形幾何定向和兩井定向。 4、聯(lián)系三角形幾何定向 聯(lián)系三角形定向測量亦稱一井定向測量。一井定向測量是在一個豎井中懸掛兩根0.5mm鋼絲，鋼絲下部配重為10kg并置于廢機油之中穩(wěn)定。在地面近井點與鋼絲組成三角形，并測定近井點與鋼絲的距離和角度，從而算得兩鋼絲的坐標(biāo)以及它們之間的方位角。,在井下，同樣井下近井點也與鋼絲構(gòu)成三角形，并測定井下近井點與鋼絲的距離和角度，由于鋼絲處在自由懸掛狀態(tài)，可以認(rèn)定鋼絲的坐標(biāo)和方位角與地面一致，通過計算便可獲得地下導(dǎo)線起算點的坐標(biāo)和方位角，這樣就把地上與地下導(dǎo)線聯(lián)系起來了，一井定向示意圖如下：,三角形圖形條件要求 連接三角形最有利的形狀是銳角不大于1的直伸三角形，在實際測量中一定要達到這個要求。 傳向角的誤差，隨角的誤差增大而增大，隨邊長比值b/a的減小而減小，因此在聯(lián)系測量的時候，應(yīng)盡量使連接點a靠近鋼絲（b/a1.5），并精確的測量角度。 兩根鋼絲的距離a越大，則連接角度的誤差就越小，兩根鋼絲的間距不得小于5m，在施工測量中，我們都保證了鋼絲間距至少達到8m以上。 在直伸三角形中，測距誤差對定向精度的影響很小。m=ma*b/a 每次應(yīng)該懸吊3根鋼絲組成兩個聯(lián)系三角形，便于起到校核作用。,聯(lián)系三角形定向地下起算邊起始方位角應(yīng)獨立進行3次,方位角平均數(shù)值中誤差應(yīng)在8之內(nèi)。 傳向角度計算： sin=sin*b/a；=* b/a（當(dāng)、均小于1的時候） 4、兩井定向 兩井定向是在兩施工豎井中分別懸掛一根鋼絲，與一井定向相比,由于兩根鋼絲間的距離大大增加了，因而減少了投點誤差引起的方向中誤差，有利于提高地下導(dǎo)線的精度，這是兩井定向的主要優(yōu)點。兩井定向中兩根鋼絲處缺少兩個連接角，這樣的地下導(dǎo)線是沒有起算方位角的，所以兩井定向的實質(zhì)就是測量無定向?qū)Ь€，它是一種特殊的附合導(dǎo)線。,兩井定向時，是利用地面近井點導(dǎo)線測量方法直接測定兩根鋼絲的平面坐標(biāo)值；在地下隧道中，將已經(jīng)布設(shè)好的地下導(dǎo)線與豎井中的鋼絲的聯(lián)測，即可以將地面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)和方位傳遞到地下，經(jīng)計算求出地下導(dǎo)線各點的坐標(biāo)與導(dǎo)線邊的方位角，兩井定向示意圖如下：,兩井定向在城市地鐵施工中的主要布置形式,第一種布置形式,第二種布置形式,第一種布置形式就是在車站底板（側(cè)墻）預(yù)埋導(dǎo)線組成兩組或更多的無定向?qū)Ь€，對于施工干擾不大情況下，布置這種形式還是不錯的，但導(dǎo)線點的邊長都不長，除非車站主體已經(jīng)竣工，才能拉大導(dǎo)線邊長。 第二種布置形式就比較靈活，不需要在車站內(nèi)埋導(dǎo)線點，將地下起算邊直接設(shè)置在洞內(nèi)管片上，它增大了無定向?qū)Ь€的精度，因為中間的插點d3可以同時觀測鋼絲g1和g2。在測量地下導(dǎo)線時候，采取自由設(shè)置測站，不需要對中具體點位，整平就可以了，首先置鏡車站底板上任意一點d3，后視d1，然后前視三個方向d2、g1、g2，觀測6個測回，距離單向觀測兩個測回。 置鏡d2，后視g2，前視d1、g1（這一步驟是起復(fù)核檢查作用） d1d2就是區(qū)間隧道的地下起算邊，在實際施工測量中，我們一般懸吊3根鋼絲，組成兩組無定向?qū)Ь€，最后在d1d2進行方位角閉合差比較，根據(jù)我們在各個項目部實測量情況顯示，地下起算邊的方位角閉差從沒有超過2，第二種導(dǎo)線布置形式是我們施工中采用的最多的一種方式，它不僅定向精度高，而且完全可以不受現(xiàn)場施工干擾的影響。,5、高程聯(lián)系測量,測量近井水準(zhǔn)點的高程線路應(yīng)附合在地面相鄰精密水準(zhǔn)點上，采用在豎井內(nèi)懸吊鋼尺的方法進行高程傳遞時，地上和地下安置的2臺水準(zhǔn)儀應(yīng)同時讀數(shù),每次獨立觀測3測回，每測回變動儀器高度，3測回得地上、地下水準(zhǔn)點的高差較差應(yīng)小于3mm，并在鋼尺上懸吊與鋼尺檢定時相同質(zhì)量的重錘。3測回測定的高差進行溫度、尺長修正。傳遞高程測量見下圖：,第三章：盾構(gòu)測量原理及自動測量系統(tǒng)簡介,盾構(gòu)機姿態(tài)測量原理,盾構(gòu)機測量的實質(zhì)就是通過間接測量方法推算出盾構(gòu)機切口中心和盾尾中心的三維坐標(biāo)，從而知道盾構(gòu)機實時姿態(tài)。 目前國內(nèi)主要采用自動測量系統(tǒng)進行盾構(gòu)姿態(tài)測量，部門施工單位也在采用人工測量方法，自動測量系統(tǒng)主要有兩大體系：棱鏡法和激光導(dǎo)向法，下面就這兩種系統(tǒng)測量方法做個簡單介紹。 1、日本演算工房robotec自動測量系統(tǒng)簡介 1.1硬件組成 測站全站儀一臺、后視棱鏡一個、前視棱鏡三個（一個備用）；,雙向測斜儀器一臺（含傳感器）； 測量黃盒子3個（分別位于測站、前視、后視，用于數(shù)據(jù)交換，其中測站和后視還兼作電源箱）； 計算機一臺（在盾構(gòu)機操作室，用于測量數(shù)據(jù)處理）； 數(shù)據(jù)線： 三個前視棱鏡通過3根數(shù)據(jù)線與黃盒子連接，然后黃盒子通過1根數(shù)據(jù)線與操作室連接； 全站儀通過數(shù)據(jù)線與黃盒子連接，黃盒子通過數(shù)據(jù)線與操作室連接并通過電源線與電箱連接，為全站儀提供電源； 后視棱鏡通過數(shù)據(jù)線與黃盒子連接，黃盒子通過電源線與電箱連接，為后視棱鏡提供電源。 電箱2個，為測量系統(tǒng)提供電源。,1.2測量原理及測量過程 1.2.1測量原理 根據(jù)3個前視棱鏡和盾構(gòu)機中心的空間關(guān)系，在盾構(gòu)掘進過程中通過測量3個棱鏡的坐標(biāo)并通過雙向傾斜儀測量出盾構(gòu)機的俯仰和滾動角而間接地推算出盾構(gòu)機的中心坐標(biāo)。 1.2.2測量過程 盾構(gòu)始發(fā)前首先測量出安裝在盾構(gòu)機上面的3個棱鏡和盾構(gòu)機中心的空間關(guān)系保存到自動系統(tǒng)工業(yè)電腦里； 根據(jù)區(qū)間線路設(shè)計資料，計算出隧道中心三維坐標(biāo)，并保存到自動測量系統(tǒng)工業(yè)電腦中； 測量自動系統(tǒng)的測站、后視三維坐標(biāo)并將實測坐標(biāo)保存到工業(yè)電腦中； 后視復(fù)位：就是利用自動系統(tǒng)的全站儀復(fù)核人工測量坐標(biāo)，復(fù)核無誤后方能進行姿態(tài)測量；,3個前視棱鏡相互關(guān)系復(fù)核：就是復(fù)核其空間距離和人工實際測量值是否一樣； 運行自動測量系統(tǒng)進行姿態(tài)測量。,自動導(dǎo)向系統(tǒng)工作界面,2、德國vmt公司的sls-t激光導(dǎo)向系統(tǒng)簡介 2.1系統(tǒng)組成 具有自動照準(zhǔn)目標(biāo)的全站儀。主要用于測量(水平和垂直的)角度和距離、發(fā)射激光束。 els(電子激光系統(tǒng)),亦稱為標(biāo)板或激光靶板。這是一臺智能型傳感器,els接受全站儀發(fā)出的激光束,測定水平方向和垂直方向的入射點。坡度和旋轉(zhuǎn)也由該系統(tǒng)內(nèi)的傾斜儀測量,偏角由els上激光器的入射角確認(rèn)。els固定在盾構(gòu)機的機身內(nèi),在安裝時其位置就確定了,它相對于盾構(gòu)機軸線的關(guān)系和參數(shù)就可以知道。,計算機及隧道掘進軟件。sls-t軟件是自動導(dǎo)向系統(tǒng)的核心,它從全站儀和els等通信設(shè)備接受數(shù)據(jù),盾構(gòu)機的位置在該軟件中計算,并以數(shù)字和圖形的形式顯示在計算機的屏幕上,操作系統(tǒng)采用windows2000,確保用戶操作簡便。 黃色箱子,它主要給全站儀供電,保證計算機和全站儀之間的通信和數(shù)據(jù)傳輸。,2.2激光導(dǎo)向系統(tǒng)原理和工作過程,在掘進過程中，激光導(dǎo)向系統(tǒng)按如下流程工作：由系統(tǒng)控制激光全站儀實時測定激光靶上的小棱鏡三維坐標(biāo)；同時發(fā)射激光自動照準(zhǔn)激光標(biāo)靶中心，并自動記錄激光水平方位角；激光靶內(nèi)部光柵捕獲激光的入射角(入射角也就是激光靶偏航角)，間接得到盾構(gòu)機縱軸水平方位角；利用安裝在標(biāo)靶中相互垂直兩立面內(nèi)的兩把測角儀測得盾構(gòu)機傾角和旋轉(zhuǎn)角。利用以上參數(shù)及切口、盾尾、棱鏡中心三者的幾何關(guān)系，通過空間坐標(biāo)變換解算切口、盾尾中心坐標(biāo)，結(jié)合設(shè)計隧道中線參數(shù)計算盾構(gòu)機與隧道中線的相對偏差。 盾構(gòu)機水平方位角：設(shè)自激光全站儀發(fā)射到激光標(biāo)靶的激光束的水平方位角為a0，光柵根據(jù)折射率捕獲的激光入射角為。則系統(tǒng)獲取盾構(gòu)機方位角為a=a0-(見圖5)。俯仰和滾動通過els中的兩只相互垂直的測角儀測得。本文規(guī)定a順時針旋為正，、逆時針旋為正。,2.3激光靶參數(shù)修正,盾構(gòu)機經(jīng)過從新組裝后,激光靶和盾構(gòu)機切口、盾尾中心的空間會發(fā)生變化，因此每次始發(fā)前，必須通過人工測量盾構(gòu)機上的參考點反算出盾構(gòu)機的切口、盾尾三維坐標(biāo)、俯仰角度、滾動角度，人工測量出靶上小棱鏡坐標(biāo)，從而推算出小棱鏡和盾構(gòu)切口、盾尾新的空間關(guān)系并修正保存。 根據(jù)人工測量出的俯仰角度、滾動角度和靶內(nèi)雙向傾斜儀器測量出的數(shù)值作比較，其差值就是修正值。 激光靶偏航角偏差修正：人工測量出的盾構(gòu)相對隧道中線的趨向值和在還沒有進行參數(shù)修正前采用自動系統(tǒng)測量出的盾構(gòu)相對隧道中線的趨向值之差就是偏航角偏差修正值。,參數(shù)修改后,參數(shù)修正前姿態(tài)測量,參數(shù)修正后姿態(tài)測量,2.4人工測量盾構(gòu)機姿態(tài)方法,在隧道推進的過程中,必須獨立于sls-t系統(tǒng)定期對盾構(gòu)機的姿態(tài)和位置進行檢查。間隔時間取決于隧道的具體情況,在有嚴(yán)重的光折射效應(yīng)的隧道中,每次檢查之間的間隔時間應(yīng)該比較短。這主要是由于空氣溫度差別很大的效應(yīng)。在隧道測量時必須始終考慮這一效應(yīng)。低估這個問題可能會引起嚴(yán)重的困難,尤其在長隧道中。 我們采用棱鏡法來對盾構(gòu)機的姿態(tài)進行檢查。在盾構(gòu)機內(nèi)有18個參考點(m8螺母),這些點在盾構(gòu)機構(gòu)建之前就已經(jīng)定好位了,它們相對于盾構(gòu)機的軸線有一定的參數(shù)關(guān)系(見下表),即它們與盾構(gòu)機的軸線構(gòu)成局部坐標(biāo)系(見下圖)。在進行測量時,只要將特制的適配螺栓旋到m8螺母內(nèi),再裝上棱鏡。現(xiàn)在這些參考點的測量可以達到毫米的精度。已知的坐標(biāo)和測得的坐標(biāo)經(jīng)過三維轉(zhuǎn)換,與設(shè)計坐標(biāo)比較,就可以計算出盾構(gòu)機的姿態(tài)和位置參數(shù)等。,如何用棱鏡法來計算盾構(gòu)機的姿態(tài)和位置? 我們利用洞內(nèi)地下導(dǎo)線控制點,只要測出18個參考點中的任意三個點(最好取左、中、右三個點)的實際三維坐標(biāo),就可以計算盾構(gòu)機的姿態(tài)。對于以盾構(gòu)機軸線為坐標(biāo)系的局部坐標(biāo)來說,無論盾構(gòu)機如何旋轉(zhuǎn)和傾斜,這些參考點與盾構(gòu)機的盾首中心和盾尾中心的空間距離是不會變的,他們始終保持一定的值,這些值我們可以從它的局部坐標(biāo)計算出來。 假設(shè)我們已經(jīng)測出左,中,右(3,8,15號)三個參考點的實際三維坐標(biāo),分別為(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x3,y3,z3),并設(shè)未知量為盾首中心的實際三維坐標(biāo)(x首,y首,z首)和盾尾中心的實際三維坐標(biāo)(x尾,y尾,z尾),從圖2中可以看出,在以盾構(gòu)機軸線構(gòu)成局部坐標(biāo)系中,盾首中心為坐標(biāo)原點,坐標(biāo)為(0,0,0),盾尾中心坐標(biāo)為(-4 34,0,0)。從表1中也可以看出各參考點在局部坐標(biāo)系的坐標(biāo)值。,上述解方程組的辦法可行但麻煩,還有一種就是在cad里面直接進行轉(zhuǎn)換計算。,第四章：區(qū)間盾構(gòu)測量,4.1始發(fā)前準(zhǔn)備工作 4.1.1洞門鋼環(huán)復(fù)測量、反力架及始發(fā)基座放樣 洞門鋼環(huán)復(fù)測量是基座及反力架放樣的依據(jù)，在施工現(xiàn)場我們主要采用分別在鋼環(huán)的上部、中部、下部分別測量6個點位，然后計算出鋼環(huán)實測中心坐標(biāo)和設(shè)計鋼環(huán)坐標(biāo)進行比較，可以推算出當(dāng)前鋼環(huán)的橫向偏差；利用水準(zhǔn)儀實測鋼環(huán)的底部、頂部高程并和設(shè)計高程相比較，這樣鋼環(huán)在空間的真實位置就被確定下來。 根據(jù)鋼環(huán)的實際偏移位置，結(jié)合設(shè)計中心線，就可以放樣出盾構(gòu)始發(fā)基坐中心線，主要有切線發(fā)、玄線發(fā)、中分發(fā)三種，在曲線上始發(fā)多采用中分法進行放樣。,反力架不僅起到后背墻的作用而且也起到導(dǎo)向的作用，所以反力架的端面是和始發(fā)基座的軸線是垂直的，反力架的里程是由+1環(huán)的里程決定的，必須先計算出隧道兩端的井接頭長度，然后計算所需要的負環(huán)管片數(shù)量，才能計算出反力架的里程。,管片拼裝點位的選?。簩τ阱e縫拼裝的隧道，其+1環(huán)的拼裝點位是由聯(lián)絡(luò)通道的拼裝點位決定的，對于通縫拼裝的隧道來說，則不需要進行點位選取。 管片排版工作：在上報管片生產(chǎn)計劃前就應(yīng)該完成此項工作，由于砼齡期原因，在盾構(gòu)始發(fā)時候就至少應(yīng)該有滿足一個月推進的合格管片。對于通縫拼裝的隧道，管片排版與現(xiàn)場推進較為符合，而錯縫拼裝僅對管片生產(chǎn)計劃有關(guān)系，在實際推進中管片選型是根據(jù)現(xiàn)場盾構(gòu)機姿態(tài)、千斤定行程、盾尾間隙來決定的，有時候按照排版本來應(yīng)該采用直線環(huán)，但是當(dāng)前盾尾間隙比較小，必須插入彎環(huán)來增大盾尾間隙，而通縫拼裝則不一樣，它可以通過糾偏楔子來實現(xiàn)這一目標(biāo)，所以在錯縫拼裝的盾構(gòu)隧道中設(shè)計排版彎環(huán)數(shù)量比實際使用量小，這個在提管片生產(chǎn)計劃時候要特別注意。,工程實例：本始發(fā)段位于半徑r=4000m的平曲線和半徑r=8000m的豎曲線地段，通過計算對其進行擬合。 半徑r=4000m的平曲線地段： 圓曲線段落： 可得 l1/r1=l2/r2 即 l1/4003=l2/3997 得l1=1.0015 l2 內(nèi)、外弧長差值為：l= l1- l2=0.0015l2 當(dāng)l2=1.0m時，l=1.5mm 當(dāng)l2=25.5m時，l=38mm，即安裝17環(huán)管片時，其內(nèi)外弧楔形量為38mm。 由于設(shè)計的一環(huán)楔形環(huán)的楔形量為38mm，故在安裝17環(huán)管片時必須安裝有一環(huán)楔形環(huán)才能保證圓曲線的弧度，因此其預(yù)排版方案為：16+1，即16環(huán)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)+1環(huán)楔形環(huán)。,jd12左線（左轉(zhuǎn)）： 圓曲線長l=75.085m，l=112.6275mm；安裝時采用16+1+16+1+16+1進行安裝。 jd12右線（右轉(zhuǎn)）： 圓曲線長l=57.002m，l=85.503mm；安裝時采用16+1+16+1進行安裝。 緩和曲線段：應(yīng)注意小半徑曲線的詳細搭配 緩和曲線偏角為0=（線-圓）/2 每一環(huán)轉(zhuǎn)彎環(huán)所產(chǎn)生偏角為=tan-1(38/6000) 經(jīng)計算可得每一段緩和曲線所需轉(zhuǎn)彎環(huán)數(shù)量為n=0/ jd12左線（左轉(zhuǎn)）： n =1.18環(huán)，安裝時采用27+1+12進行安裝。 jd12右線（右轉(zhuǎn)）： n =0.99環(huán), 安裝時采用21+1+11進行安裝。 半徑r=4000m的豎曲線地段： 對于線路豎曲線，考慮采用左右轉(zhuǎn)彎環(huán)通過變化k塊的位置來擬合。,4.2盾構(gòu)機零位測量 4.2.1零位測量的概念 零位測量是指盾構(gòu)機處于無俯仰、無滾動的狀態(tài)下，盾構(gòu)機切口、盾尾與盾構(gòu)參考點間的空間關(guān)系。 4.2.2零位測量的方法 方法一：殼體分中法 盾構(gòu)機雖然體積大，但是其制造、安裝誤差是很小的，可以將其看作一個理想的圓柱體。如圖1，在盾尾內(nèi)殼體圓弧上找到兩個等高點（可使用水準(zhǔn)儀或經(jīng)緯儀劃出水平面），兩點連線中心的坐標(biāo)即為盾尾中心平面坐標(biāo)。然后利用全站儀測量出其坐標(biāo)并測量出盾構(gòu)機的方位角，根據(jù)盾構(gòu)機的長度即可以根據(jù)坐標(biāo)正算方法計算出盾首中心坐標(biāo)。,如下圖：,同理，也可以在盾首、尾的外殼圓弧上分別找出兩組等高點，等高點的弧長中點坐標(biāo)就是盾構(gòu)首、尾的平面坐標(biāo)。如圖2，首先找出等高點1#、2#的弧長中點，然后找出等高點3#、4#的弧長中點，并和1#、2#點的中點復(fù)核比較，確認(rèn)無誤后在進行下一步坐標(biāo)測量。,方法二：支撐環(huán)法,側(cè)視圖,正面圖,通過側(cè)視圖和正視圖，很清楚地看到盾構(gòu)機軸線垂直于支撐環(huán)面并且過支撐環(huán)的環(huán)心。實際中會因為盾構(gòu)機加工制作的誤差影響，而導(dǎo)致盾構(gòu)機軸線不是嚴(yán)格地垂直于支撐環(huán)面，也可能與支撐環(huán)環(huán)心有些偏差，但是機械加工帶來的這些偏差影響完全可以忽略不計。另外，盾構(gòu)機結(jié)構(gòu)中支撐環(huán)部分是比較穩(wěn)定部分，零位測量時可通過測量支撐環(huán)來間接地測定盾構(gòu)機盾首、盾尾的坐標(biāo)值，保證結(jié)果的良好性。 空間圓測量已經(jīng)有很成熟的測量技術(shù)。工業(yè)上常用測量空間圓上很多點，利用這些點的測量值進行空間圓擬合確定空間圓的方法， 支撐環(huán)的環(huán)心坐標(biāo)可以通過在支撐環(huán)上貼反射片進行測量。在整個支撐環(huán)上均勻地貼反射片，然后用全站儀測量每個貼片的三維坐標(biāo)，測量坐標(biāo)值導(dǎo)入軟件進行擬合計算，支撐環(huán)的圓就測定。,4.3自動測量系統(tǒng)調(diào)試、運行 管片坐標(biāo)輸入完畢后，檢查平面、高程線形是否連續(xù)； 啟動盾構(gòu)測量系統(tǒng)進行調(diào)試； 輸入測站點坐標(biāo)； 后視點復(fù)位：全站儀自動搜索到后視控制點后，進行度盤歸零、然后測量距離，和人工測量結(jié)果相比較； 參考點測量：后視點復(fù)位無誤后，進行參考點坐標(biāo)測量即盾構(gòu)姿態(tài)測量，然后和人工測量結(jié)果做比較； 自動測量系統(tǒng)和人工測量結(jié)果比較無誤后，方能進行盾構(gòu)機試掘進。,4.4盾構(gòu)掘進過程控制測量 4.4.1地下平面控制測量 地鐵隧道地下控制導(dǎo)線是一條支導(dǎo)線，隨著盾構(gòu)機的推進而延伸。地下控制網(wǎng)是指導(dǎo)盾構(gòu)掘進的依據(jù)，應(yīng)根據(jù)地下導(dǎo)線的長度、線型和貫通誤差要求進行測量設(shè)計，并經(jīng)常復(fù)測。 當(dāng)區(qū)間長度超過1000m時，地下導(dǎo)線可分成兩級布設(shè)，即施工導(dǎo)線和基本導(dǎo)線。對于長區(qū)間（大于1500m）為提高地下導(dǎo)線的測量精度和增加可靠性，應(yīng)考慮在掘進到區(qū)間0.7倍處加測陀螺方位邊。為提高精度與加強檢核，地下導(dǎo)線常布設(shè)為46邊的雙閉合導(dǎo)線環(huán)。,控制點點位布設(shè):地下導(dǎo)線點點位可設(shè)在隧道管片的頂部和側(cè)邊，要求不受車輛和施工的影響，保證點位的穩(wěn)定性。用于盾構(gòu)機自動導(dǎo)向系統(tǒng)測量的導(dǎo)線點通常建立在管片的側(cè)面儀器臺上和右上側(cè)內(nèi)外架式的吊籃上，儀器采用強制歸心（如下圖）。為了提高地下導(dǎo)線點的精度，應(yīng)盡量減少支導(dǎo)線點，拉長兩導(dǎo)線點的距離，并盡可能布設(shè)近乎直伸的導(dǎo)線。,洞內(nèi)導(dǎo)線布置圖,測量方法: 前后視點均采用強制對中對點，采用（標(biāo)稱精度2，2+2ppm）全站儀觀測6個測回，左、右角各三測回，左、右角平均值之和與360的差4，導(dǎo)線邊長對向觀測各2測回。為了減少儀器的偏心誤差，采取每三測回變換180方向重新對中整平進行測量，以提高測角精度。 控制導(dǎo)線復(fù)測:施工控制導(dǎo)線點應(yīng)定期檢測，保證控制網(wǎng)的精度和點位的穩(wěn)定性。隧道掘進150m、隧道全長的二分之一時、隧道全長的四分之三時、和接近貫通面150m時必須分別進行一次包括聯(lián)系測量在內(nèi)的全面檢測。 導(dǎo)線數(shù)據(jù)處理: 導(dǎo)線資料處理應(yīng)用軟件進行嚴(yán)密平差處理。,4.4.2地下高程控制測量 地下水準(zhǔn)測量精度要求:地下水準(zhǔn)測量用ii等水準(zhǔn)測量方法和儀器施測，往返高差不符合值8l（l以公里計算）的精度。 水準(zhǔn)點布設(shè):因環(huán)境條件狹小，運輸車輛干擾大，洞內(nèi)水準(zhǔn)點每200米布設(shè)一個點，曲線段可適當(dāng)增加一些。 水準(zhǔn)復(fù)測:開挖至隧道全長的1/3處時、2/3處時、貫通前50100m時，按ii等水準(zhǔn)精度要求進行復(fù)測，確認(rèn)成果正確或采用新成果，保障高程貫通精度。,4.4.3成型管片測量 橢圓度測設(shè):首先根據(jù)施工導(dǎo)線放出隧道中線、并附上中線標(biāo)高，然后用激光斷面儀測出其實際內(nèi)凈空并與設(shè)計斷面作比較，通過后處理軟件能比較準(zhǔn)確的計算出施工后的管片形狀。 管片中心簡易測量法 如圖下圖，在水平尺中點a處安置一基座并測出其三維坐標(biāo)，然后根據(jù)管片半徑和水平尺的長度計算出a點到圓心o點的距離就