盾構(gòu)施工測量培訓(xùn)

1、盾構(gòu)施工測量培訓(xùn)2014年8月5日1控制測量1.1平面控制測量:1.1.1平面控制測量概述: 地鐵施工領(lǐng)域里平面控制網(wǎng)分兩級布設(shè)，首級為GPS控制網(wǎng)，二級為精密導(dǎo)線網(wǎng)。施工前業(yè)主會提供一定數(shù)量的GPS點和精密導(dǎo)線點以滿足施工單位的需要。施工單位需要做的是在業(yè)主給定的平面控制點上加密地面精密導(dǎo)線點，然后是為了向洞內(nèi)投點定向而做聯(lián)系測量，最后是在洞內(nèi)為了保證隧道的掘進而做施工控制導(dǎo)線測量。不管是地面精密導(dǎo)線還是洞內(nèi)施工控制導(dǎo)線都是精密導(dǎo)線測量，雖然邊長不滿足四等導(dǎo)線的要求，但是基本上是采用四等導(dǎo)線的技術(shù)要求施測，其中具體技術(shù)要求在鐵路工程測量規(guī)范、城市軌道交通工程測量規(guī)范都有規(guī)定。1.1.2地面平

2、面控制測量： 在業(yè)主交接樁后，施工單位要馬上對所交樁位進行復(fù)測。業(yè)主交樁數(shù)量有限，不一定能很好地滿足施工的需要，所以經(jīng)常要在業(yè)主所交樁的基礎(chǔ)上加密精密導(dǎo)線點，以方便施工。特別是在始發(fā)井附近，一定要保證有足夠數(shù)量的控制點，不少于個。其具體技術(shù)要求在鐵路工程測量規(guī)范、城市軌道交通工程測量規(guī)范都有規(guī)定。1.1.3 洞內(nèi)平面控制測量 洞內(nèi)施工控制導(dǎo)線一般采用支導(dǎo)線的形式向里傳遞。但是支導(dǎo)線沒有檢核條件，很容易出錯，所以最好采用雙支導(dǎo)線的形式向前傳遞。然后在雙支導(dǎo)線的前面連接起來，構(gòu)成附合導(dǎo)線的形式，以便平差測量精度。洞內(nèi)施工控制導(dǎo)線一般采用在管片最大跨度附近安裝牽制對中托架，測量起來非常方便，且可以提

3、高對中精度，還不影響洞內(nèi)運輸。強制對中托架尺寸形狀要控制好，以便可以直接安裝在管片的螺栓上面，不需要電鉆打眼安裝。由于盾構(gòu)施工一般都是雙線隧道錯開50環(huán)左右掘進，如果錯開環(huán)數(shù)很大，后面掘進的盾構(gòu)機由于推力很大，會對前面另一個洞的導(dǎo)線點產(chǎn)生影響。特別是在左右線間距較小巖層很軟時，影響很大，很容易導(dǎo)致測量出大錯。還有就是如果在曲線隧道里，管片上的導(dǎo)線點間的邊角關(guān)系經(jīng)常受盾構(gòu)機的推力和地質(zhì)條件的影響，所以要經(jīng)常復(fù)測。1.2 高程控制測量：1.2.1高程控制測量概述： 高程控制測量主要包括地面精密水準測量和高程傳遞測量及洞內(nèi)精密水準測量，在東莞地鐵領(lǐng)域里的精密水準測量也就是城市二等水準測量。不管是地面

4、還是洞內(nèi)都采用的是城市二等水準測量。其技術(shù)要求在鐵路工程測量規(guī)范、城市軌道交通工程測量規(guī)范都有規(guī)定。L1.2.2 地面高程控制測量1.2.3洞內(nèi)高程控制測量 地面水準測量按城市二等水準的要求施測。 洞內(nèi)由于光線不足，二等水準施測時相對麻煩，利用手電和電子水準儀相結(jié)合進行施測。水準線路往返較差、附合或閉合差為8 mm。水準測量應(yīng)在隧道貫通前進行三次，并應(yīng)與傳遞高程測量同步進行。1.3 聯(lián)系測量1.3.1 定向測量 地鐵施工規(guī)定，在任何貫通面上，地下測量控制網(wǎng)的貫通中誤差，橫向不超過，豎向不超過。 聯(lián)系測量主要有一井定向（聯(lián)系三角形定向）、兩井定向、陀螺儀聯(lián)合定向、導(dǎo)線定向四中方式，其中我們施工單

5、位一般都沒有陀螺儀，超過1.6km的隧道要加陀螺儀定向，所以很少采用陀螺儀聯(lián)合定向。用導(dǎo)線定向精度最好且最方便，但是用導(dǎo)線定向受始發(fā)井的長度和深度制約，一般也很少用。所以一般都采用一井定向（聯(lián)系三角形定向）或兩井定向，其中用兩井定向受地面及洞內(nèi)各種因素的制約要少，很方便，一井定向（聯(lián)系三角形定向）對場地要求較高，做起來也很麻煩，但是定向精度很有保證。聯(lián)系測量向洞內(nèi)投點時把點間距盡量拉大些，在始發(fā)井底板，最好投四個點，保證始發(fā)井兩端都各有兩個控制點。且盡量保證每次聯(lián)系測量投點時都投在這四個點上。以便取多次聯(lián)系測量的加權(quán)平均值做為最終的始發(fā)控制點坐標。定向示意圖 一井定向定向示意圖 二井定向1.3

6、.2 高程傳遞測量 向洞內(nèi)傳遞高程一般采用懸掛鋼尺的方法，一定要注意加溫度和尺長改正，才能保證導(dǎo)入井下的水準點的精度。如果有斜井或通道，也可以用水準測量的方法向井下傳遞高程。如果全站儀的仰俯角不大的話還可以直接用全站儀三角高程測高差的辦法傳遞高程。2導(dǎo)向系統(tǒng):2.1導(dǎo)向系統(tǒng)應(yīng)用2.1.1 始發(fā)托架和反力架定位 盾構(gòu)機初始狀態(tài)主要決定于始發(fā)托架和反力架的安裝，因此始發(fā)托架的定位在整個盾構(gòu)施工測量過程中顯得格外重要。盾構(gòu)機在曲線段始發(fā)方式通常有兩種：切線始發(fā)和割線始發(fā)，兩種始發(fā)方式示意圖見下圖 始發(fā)托架的高程要比設(shè)計提高約15，以消除盾構(gòu)機入洞后“栽頭”的影響。反力架的安裝位置由始發(fā)托架來決定，反

7、力架的支撐面要與隧道的中心軸線的法線平行，其傾角要與線路坡度保持一致。2.2導(dǎo)向系統(tǒng)介紹2.2.1VMT導(dǎo)向系統(tǒng)概述： 在掘進隧道的過程中,為了避免隧道掘進機(TBM)發(fā)生意外的運動及方向的突然改變, 必須對TBM的位置和DTA(隧道設(shè)計軸線)的相對位置關(guān)系進行持續(xù)地監(jiān)控測量。TBM能夠按照設(shè)計路線精確地掘進，則對掘進各個方面都有好處（計劃更精確，施工質(zhì)量更高）。這就是TBM采用“導(dǎo)向系統(tǒng)”（SLS）的原因。德國VMT公司的SLS-T系統(tǒng)就是為此而開發(fā)，該系統(tǒng)為使TBM沿設(shè)計軸線（理論軸線）掘進提供所有重要的數(shù)據(jù)信息。SLS-T系統(tǒng)功能完美，操作簡單。2.2.2導(dǎo)向系統(tǒng)基本組成與功能 導(dǎo)向系統(tǒng)

8、是由激光全站儀（TCA）、中央控制箱、ESL靶、黃盒子和計算機及掘進軟件組成。其組成見下圖：2.2.2.1全站儀(TCA) 具有伺服馬達，可以自動照準目標和跟蹤，并可發(fā)射激光束，主要用于后視定向，測量距離、水平角和豎直角，并將測量結(jié)果傳輸?shù)接嬎銠C。2.2.2.2ESL靶 也稱激光靶，是一臺智能性的傳感器。ELS接收全站儀發(fā)射的激光束，測定水平和垂直方向的入射點。偏角由ELS上激光的入射角確認，坡度由該系統(tǒng)內(nèi)的傾斜儀測量。ELS在盾構(gòu)機體上的位置是確定的，即對TBM坐標系的位置是確定的。2.2.2.3中央控制箱 主要的接口箱，數(shù)據(jù)交換中心。它為黃盒子（繼而為激光全站儀）及ELS靶提供電源。2.2

9、.2.4黃盒子 它主要為全站儀供電，保證全站儀工作和與計算機之間的通信和數(shù)據(jù)傳輸。2.2.2.5計算機及掘進軟件 SLS-T軟件是自動導(dǎo)向系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和自動控制的核心，通過計算機分別與全站儀和ELS通信接收數(shù)據(jù)，盾構(gòu)機在線路平、剖面上的位置計算出來后，以數(shù)字和圖形在計算機上顯示出來。如下圖所示：2.2.3導(dǎo)向基本原理 洞內(nèi)控制導(dǎo)線是支持盾構(gòu)機掘進導(dǎo)向定位的基礎(chǔ)。激光全站儀安裝在位于盾構(gòu)機的右上側(cè)管片上的拖架上，后視一基準點（后視靶棱鏡）定位后。全站儀自動掉過方向來，搜索ELS靶， ELS接收入射的激光定向光束，即可獲取激光站至ELS靶間的方位角、豎直角，通過ELS棱鏡和激光全站儀就可以測量出激

10、光站至ELS靶間的距離。TBM的仰俯角和滾動角通過ELS靶內(nèi)的傾斜儀來測定。ELS靶將各項測量數(shù)據(jù)傳向主控計算機，計算機將所有測量數(shù)據(jù)匯總，就可以確定TBM在全球坐標系統(tǒng)中的精確位置。將前后兩個參考點的三維坐標與事先輸入計算機的DTA（隧道設(shè)計軸線）比較，就可以顯示盾構(gòu)機的姿態(tài)了。2.2.4 移站2.2.4.1激光站人工移站 盾構(gòu)機的掘進時的姿態(tài)控制是通過全站儀的實時測設(shè)ELS的坐標，反算出盾構(gòu)機盾首、盾尾的實際三維坐標，通過比較實測三維坐標與DTA三維坐標，從而得出盾構(gòu)姿態(tài)參數(shù)。隨著盾構(gòu)機的往前推進，每隔規(guī)定的距離就必須進行激光站的移站。激光站的支架用角鋼和板做成可以安裝在管片螺栓的托架形似

11、, 托架的底板采用40040010mm鋼板，底板中心焊上儀器連接螺栓,長1。采取強制對中，減少儀器對中誤差。托架安裝位置在隧道右側(cè)頂部不受行車的影響和破壞的地方。安裝時，用水平尺大致調(diào)平托架底板后，將其固定好，然后可以安裝前視棱鏡或儀器。托架示意圖如下圖 一般在后視靶托架即將脫出盾構(gòu)機最后一節(jié)臺車后進行，這樣就可以直接站在盾構(gòu)機上移站，不需要搭樓梯，既安全又方便。把前視棱鏡安裝在后視托架后，測量出棱鏡中心到托架底板的高程，然后直接從下面的測站采用極坐標測量方式測出托架的三維坐標。然后在后視靶托架上設(shè)站，前視直接采用極坐標測量方式測出激光站托架的三維坐標。然后把后視棱鏡安裝在后視靶托架上，把激光

12、全站儀安裝在激光站托架上整平，把黃盒子固定好，給全站儀接上電源，手動把全站儀瞄準后視棱鏡，瞄準的精度在10左右，然后把全站儀電源關(guān)閉。接著在主空室里，啟動SLS-T，按“編輯器F2”進入編輯器窗口，進入激光站編輯窗口，輸入激光全站儀中心和后視靶棱鏡中心的三維坐標。按“保存”鍵保存，然后關(guān)閉編輯器窗口。再按“定位F5”鍵，給激光全站儀定位。定位完成后，再按“方位檢查F5”鍵，檢查激光站和后視棱鏡的坐標有沒有錯誤。如果超限，將會顯示差值，如果不超限，那么將不顯示。最后再按“推進F4”就完成了激光站的人工移站的全過程。2.2.4.2激光站自動移站VMT導(dǎo)向軟件SLST有激光站自動移站功能，移站的過程

13、除了托架和全站儀及后視棱鏡的安裝，其它測量工作都可以通過此功能完成。程序的啟動及后續(xù)測量工作在主控室進行。此時SLS-T軟件處于“管片拼裝”狀態(tài)，按功能鍵F3，關(guān)閉測量后，通過功能鍵“激光站移站F6”來啟動程序。在初始窗口中，按下按鈕“測量開始F2”，啟動方位檢測程序。方位檢測被成功的執(zhí)行后，顯示檢測結(jié)果，在得到理想的結(jié)果后，按下F2確認后方位檢測的結(jié)果。在測定新激光站點坐標前，事先在信息輸入窗口中輸入如下信息：水平與垂直方向上偏移的近似值及新激光站點的大致里程；當前棱鏡的高度及儀器的高度；新站點的點位編碼。在信息輸入窗口下，按下F2鍵啟動程序。全站儀自動搜索到前視棱鏡（即新激光站點）后，自動

14、瞄準棱鏡進行測量。屏幕顯示計算出來的新激光站點坐標。在測定新激光站坐標時，為避免獲得錯誤的數(shù)據(jù)，須遮蓋住其他的反射棱鏡。新激光站點的坐標測定后，將全站儀和后視棱鏡轉(zhuǎn)移到新的位置。全站儀和后視棱鏡轉(zhuǎn)移到新的位置后，主控室按功能鍵F2進行確認，新的信息窗口會顯示新激光站點三維坐標，然后將新激光站點上的全站儀手動轉(zhuǎn)向新的后視點即原先的激光站，按下F2，重新調(diào)整定位全站儀上的刻度。成功執(zhí)行上述的步驟后，出現(xiàn)一新的信息窗口。通過按下F2功能鍵完成激光站移站程序。2.3 導(dǎo)向系統(tǒng)維護與檢修2.3.1導(dǎo)向系統(tǒng)維護2.3.1.1ELS靶： 1.由于ELS靶的安裝位置附近有注漿管，在注漿的過程中很容易噴到水泥漿

15、，在盾構(gòu)始發(fā)前用塑料包裹激光靶，下次拆卸的時候也很方便。 2.ELS靶前面板保護屏要經(jīng)常擦干凈，防止激光接收靶接收的信號太弱； 3. ELS靶附近不能有強光，強光會使VMT姿態(tài)顯示不正常。2.2.2.3激光站的人工檢查 在推進的過程中，可能會由于安裝托架的管片出現(xiàn)沉降、位移或托架被碰動，使激光站點或后視靶的位置發(fā)生變化，從而全站儀測得錯誤的盾構(gòu)機姿態(tài)信息。為了保證激光全站儀的準確定位，在SLS-T軟件的狀態(tài)為“推進”時，通過功能鍵F5對全站儀的定位進行檢查，如果測得的后視靶的值超過了在編輯器中設(shè)定的限值時，需要對激光站進行人工檢查。檢查方法是利用洞內(nèi)精密導(dǎo)線點對激光站點及后視靶點位置進行測量，

16、重新確定兩點的三維坐標。 設(shè)站導(dǎo)線點盡量選擇在右側(cè)管片側(cè)壁上的強制對中導(dǎo)線點，這樣建測站時能夠一次建站測算出兩個點位的坐標，避免誤差的積累。當不滿足上述建站條件時，從隧道內(nèi)主控制導(dǎo)線點引測至后視靶托架上，在托架上建立測站，測定激光站點的三維坐標。2.3.1.2電纜： 在前期我們按常規(guī)安裝好導(dǎo)向系統(tǒng)傳輸電纜卷后，在盾構(gòu)機向前推進的過程中，經(jīng)常把傳輸電纜拉斷。嚴重的時候，甚至把激光站托架都拉動，把黃盒子拉掉，還威脅到激光全站儀的安全，極大地破壞了導(dǎo)向系統(tǒng)。為了克服這個問題，我們采用了三種辦法。 1.把在導(dǎo)向系統(tǒng)的傳輸電纜卷安裝在激光站的前面，這樣盾構(gòu)機推進時，電纜一直是順著拉； 2.在盾構(gòu)機電纜經(jīng)

17、過的地方用安全網(wǎng)覆蓋，把盾構(gòu)機上的各個突起物蓋住，防止勾斷電纜； 3.通過加強平時的巡視，經(jīng)常整理傳輸電纜。通過以上辦法后，電纜再也沒有被拉斷過。2.3.1.3激光站和黃盒子： 1.在始發(fā)時，由于激光站托架是安裝在豎井里面，激光全站儀和黃盒子容易被雨水淋濕，一定要加以保護。 2.在隧道里面時，由于工人沖洗管片時，容易被水澆濕，需要經(jīng)常提醒掘進工人。激光全站儀和黃盒子要經(jīng)常擦干凈、涼干。2.3.2導(dǎo)向系統(tǒng)故障處理2.3.2.1ELS靶： 1. ELS靶的前面板被注漿的漿液覆蓋，ELS靶接收到的激光信號不夠強，導(dǎo)致不工作，處理辦法是把前面板的覆蓋物清理干凈； 2.ELS靶的前面板附近有很強的光源，

18、嚴重干擾了ELS靶對激光信號的接收，導(dǎo)致VMT顯示不正常，處理辦法是把光源移開； 3.ELS靶的溫度太高，導(dǎo)致ELS靶不工作，處理辦法是用濕毛巾冷敷ELS靶降溫。 4.ELS靶和激光站之間空間被人或其他東西擋了，導(dǎo)致ELS靶接收不到激光信號，處理辦法把障礙物移開，如果移不動，就移激光站，把激光站向前移到適當位置。2.3.2.2激光全站儀： 1.激光全站儀被水淋了，不能正常工作，處理辦法是把全站儀卸下來，擦干凈涼干； 2. 全站儀的氣泡偏了，VMT顯示姿態(tài)偏差變大，處理辦法是把全站儀再次整平，然后做一下全站儀方位檢查，如果檢查超限，就需要重新測定激光站的坐標，千萬不要在不測定變動后的激光站坐標的

19、情況下重新定位測量。這樣只能誤導(dǎo)VMT導(dǎo)向系統(tǒng)給出錯誤導(dǎo)向。如果檢查未超限，就直接重新整平儀器，重新定位測量。 3.全站儀在定位時沒有關(guān)掉全站儀的電源，定不了位，處理辦法是把全站儀的電源關(guān)掉，重新啟動定位程序。 4.全站儀找不到ELS靶，處理辦法是首先看全站儀與ELS靶之間的空間有沒有障礙物擋，如果有，將其移開。如果還收尋不到，就人工測量出激光站至ELS靶的方位，手動輸入到激光站編輯器里的方位當前值里。2.3.2.3電纜： 電纜被拉斷，導(dǎo)致不能傳輸數(shù)據(jù)或電流。處理辦法是沿著線路一直排查，直到找到斷裂出，把電纜接好。3.盾構(gòu)姿態(tài)人工復(fù)測3.1盾構(gòu)姿態(tài)人工檢測概述 在盾構(gòu)施工的過程中，為了保證導(dǎo)向

20、系統(tǒng)的正確性和可靠性，在盾構(gòu)機掘進一定的長度或時間之后，應(yīng)通過洞內(nèi)的獨立導(dǎo)線獨立的檢測盾構(gòu)機的姿態(tài)，即進行盾構(gòu)姿態(tài)的人工檢測。盾構(gòu)施工中所用到的坐標系統(tǒng)有三種：全球坐標系統(tǒng)、 DTA坐標系、TBM坐標系。3.2盾構(gòu)機參考點的測量 在進行盾構(gòu)機組裝時，VMT公司的測量工程師就已經(jīng)在盾體上布置了盾構(gòu)姿態(tài)測量的參考點(共21個)，如圖9。并精確測定了各參考點在TBM坐標系中的三維坐標。我們在進行盾構(gòu)姿態(tài)的人工檢測時，可以直接利用VMT公司提供的相關(guān)數(shù)據(jù)來進行計算。其中盾體前參考點及后參考點是虛擬的，實際是不存在的): 盾構(gòu)姿態(tài)人工檢測的測站位置選在盾構(gòu)機第一節(jié)臺車的連接橋上,此處通視條件非常理想,而

21、且很好架設(shè)全站儀。只要在連接橋上的中部焊上一個全站儀的連接螺栓就可以了。測量時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場條件盡量使所選參考點之間連線距離大一些，以保證計算時的精度，最好保證左、中、右各測量一兩個點，這樣就可以提高測量計算的精度。3.3 盾構(gòu)姿態(tài)的計算3.3.1盾構(gòu)姿態(tài)的計算原理 盾構(gòu)機作為一個近似的圓柱體，在開挖掘進過程中我們不能直接測量其刀盤的中心坐標，只能用間接法來推算出刀盤中心的坐標。 3.3.2通過AutoCAD作圖求解盾構(gòu)姿態(tài)通過幾何解算盾構(gòu)姿態(tài)方法的缺點是在內(nèi)業(yè)計算時，如果用人工手算，其工作量相當大，而且難免出錯，因此我們在進行解算時，是利用AutoCAD進行作圖求解，相對于用幾何方法解算，速度

22、要快很多。其操作過程如下：首先是把隧道中心線（三維坐標）通過建立CAD腳本文件輸入CAD中，這個工作一個工地只要做一次。然后是把所測參考點2、6、10的坐標（三維）輸入到CAD里面。分別以1、10、21為球心，以1、10、21到前點的距離為半徑畫球，求三個球的交集。用鼠標左鍵點擊交集后的體，就可以找到兩個端點，這兩個端點到1、10、21的距離就分別等于1、10、21到前點的距離。然后根據(jù)盾構(gòu)掘進的方向，舍去其中一個點。同樣方法把后點在CAD里畫出來。由于后點通過求交集的方法求出的兩個端點距離很近，通過盾構(gòu)機的掘進方向很南判斷，于是通過前點到后點的距離是4.109米來判斷。畫出前后點的位置后，通

23、過前后點向隧道中線做垂線，通過測量垂線在水平和垂直方向上偏離值來求解盾構(gòu)機前后點的姿態(tài)。盾構(gòu)機的坡度= （ 為盾體前后參考點連線長度）。根據(jù)測量平差理論可知，實際測量時，需要觀測至少4個點位以上，觀測的參考點越多，多余觀測就越多，因此計算的精度就越高。比較VMT導(dǎo)向系統(tǒng)測得的盾構(gòu)姿態(tài)值和人工檢測的盾構(gòu)姿態(tài)值，其精度基本上能達到5mm之內(nèi)。4.管環(huán)檢測4.1管環(huán)測量概述 由于在盾構(gòu)掘進過程中，剛拼裝的管環(huán)還沒有來得及注入雙液漿加固，因此還不穩(wěn)定，經(jīng)常發(fā)生管環(huán)位移現(xiàn)象。有時位移量很大，特別是上浮，位移量大常常引起管環(huán)限界超限。因為地鐵施工中規(guī)定，拼裝好的管環(huán)允許最大限界值是10。為了防止管環(huán)的侵限，我們首先是提高控制測量的精度外，其次是提高導(dǎo)線系統(tǒng)的精度，最后就是通過每天的管環(huán)測量，實測出管環(huán)的位移趨勢，采取措施盡量減小位移量。當然，管環(huán)測量還起到復(fù)核導(dǎo)向系統(tǒng)的作用。4.2管環(huán)測量方法 根據(jù)管環(huán)的內(nèi)徑是2.7米, 采用鋁合金制作一鋁合金尺,鋁合金尺長3.8米（可根據(jù)實際情況調(diào)整長度）。在鋁合金尺正中央，貼上一個反射貼片。根據(jù)管環(huán)、鋁合金尺、反射貼片的尺寸，就可以計算出實際上的管環(huán)中心與鋁合金尺上反射貼片中心的高差。測量時，首先用水平尺把鋁合金尺