以德國VMT公司的盾構(gòu)機為例淺談盾構(gòu)機姿態(tài)的控制方法

1、淺談盾構(gòu)機姿態(tài)的控制方法摘 要南水北調(diào)中線穿黃一期工程以德國VMT公司的盾構(gòu)機為例，介紹盾構(gòu)機的組成、工作原理和激光導(dǎo)向系統(tǒng)的組成，探討盾構(gòu)隧道施工中盾構(gòu)機姿態(tài)控制的原理。分析盾構(gòu)施工過程中不同地質(zhì)條件下姿態(tài)控制技術(shù)，并提出一些盾構(gòu)機的糾編措施。關(guān)鍵詞： 盾構(gòu)施工; 盾構(gòu)機; 姿態(tài)控制目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc241237744 第1章 緒 論 PAGEREF _Toc241237744 h 1 HYPERLINK l _Toc241237745 1.1前言 PAGEREF _Toc241237745 h 1 HYPERLINK l _Toc241

2、237746 第2章 盾構(gòu)機姿態(tài)控制的組成與功能 PAGEREF _Toc241237746 h 2 HYPERLINK l _Toc241237747 2.1推進系統(tǒng) PAGEREF _Toc241237747 h 2 HYPERLINK l _Toc241237748 2.2導(dǎo)向系統(tǒng) PAGEREF _Toc241237748 h 3 HYPERLINK l _Toc241237749 2.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) PAGEREF _Toc241237749 h 4 HYPERLINK l _Toc241237750 第3章 定位的根本原理 PAGEREF _Toc241237750 h 4 HYP

3、ERLINK l _Toc241237751 第4章 盾構(gòu)掘進方向的控制與調(diào)整 PAGEREF _Toc241237751 h 5 HYPERLINK l _Toc241237752 4.1穿黃隧洞II-A標盾構(gòu)施工地質(zhì)條件 PAGEREF _Toc241237752 h 5 HYPERLINK l _Toc241237753 4.2盾構(gòu)姿態(tài)偏差 PAGEREF _Toc241237753 h 6 HYPERLINK l _Toc241237754 4.3盾構(gòu)機的糾偏措施 PAGEREF _Toc241237754 h 7 HYPERLINK l _Toc241237755 4.4不同地質(zhì)環(huán)境

4、中盾構(gòu)機掘進姿態(tài)的控制方法 PAGEREF _Toc241237755 h 7 HYPERLINK l _Toc241237756 第5章 盾構(gòu)機姿態(tài)位置的測量及檢測 PAGEREF _Toc241237756 h 8 HYPERLINK l _Toc241237757 5.1 盾構(gòu)機始發(fā)定位測量 PAGEREF _Toc241237757 h 8 HYPERLINK l _Toc241237758 5.2盾構(gòu)推進中姿態(tài)測量和計算 PAGEREF _Toc241237758 h 9 HYPERLINK l _Toc241237759 5.4環(huán)片成環(huán)現(xiàn)狀測量 PAGEREF _Toc241237

5、759 h 10 HYPERLINK l _Toc241237760 5.5隧洞沉降測量 PAGEREF _Toc241237760 h 11 HYPERLINK l _Toc241237761 5.6盾構(gòu)機推進中導(dǎo)向控制點的復(fù)測 PAGEREF _Toc241237761 h 11 HYPERLINK l _Toc241237762 5.7貫穿測量 PAGEREF _Toc241237762 h 12 HYPERLINK l _Toc241237763 5.8貫穿測量誤差估算 PAGEREF _Toc241237763 h 13 HYPERLINK l _Toc241237764 結(jié) 論 P

6、AGEREF _Toc241237764 h 14 HYPERLINK l _Toc241237766 致謝 PAGEREF _Toc241237766 h 15第1章 緒 論1.1前言20世紀70年代以來，盾構(gòu)掘進機施工技術(shù)有了新的飛躍。伴隨著激光、計算機以及自動控制等技術(shù)的開展成熟，激光導(dǎo)向系統(tǒng)在盾構(gòu)機中逐漸得到成功運用、開展和完善。激光導(dǎo)向系統(tǒng)，使得盾構(gòu)法施工極大地提高了準確性、可靠性和自動化程度，從而被廣泛應(yīng)用于鐵路、公路、市政、油氣等專業(yè)領(lǐng)域。1.2 盾構(gòu)機的根本工作原理盾構(gòu)機主要依靠千斤頂?shù)耐屏ο蚯巴七M的，盾構(gòu)機千斤頂分置上下左右四個區(qū)，各區(qū)千斤頂相對獨立，同一分區(qū)的千斤頂?shù)膭幼魇?/p>

7、一致的，對盾構(gòu)機的位置和姿態(tài)的線形管理是靠設(shè)定盾構(gòu)機各區(qū)千斤頂?shù)膲毫φ{(diào)節(jié)來實現(xiàn)的。穿黃隧洞盾構(gòu)受地質(zhì)條件影響，盾構(gòu)機在推進過程中開挖面上土壓力的不均衡性、地下土層變化及其他方面的影響，盾構(gòu)機的實際推進軸線無法與理論軸線保持一致(如下列圖)。在實際施工過程中，盾構(gòu)機推進方向主要是通過調(diào)整推進千斤頂?shù)耐屏Υ笮砜刂频?。?章 盾構(gòu)機姿態(tài)控制的組成與功能2.1推進系統(tǒng)穿黃隧洞海瑞克S-359盾構(gòu)機推進系統(tǒng)提供盾構(gòu)向前推進的動力，包括28根推進油缸和相應(yīng)的液壓泵站，盾體的前進由操作分組的推進油缸來完成。推進油缸的后端頂在管片上以提供盾構(gòu)前進的反力，推進油缸按照在圓周上的區(qū)域分為上下左右4組，下組為10

8、根油缸，其余3組為每組6根油缸如下列圖。通過調(diào)整每組油缸的行程來對盾構(gòu)進行糾偏和調(diào)向，每組油缸均有單獨的壓力調(diào)整，這樣可防止引起管片移位或產(chǎn)生損壞的壓力過載。為使盾構(gòu)沿著正確的方向開挖，操作手可以單獨調(diào)整4組油缸的壓力和行程。為了測量盾構(gòu)機在操作過稱中的姿態(tài)的變化，其4組推進油缸裝分別裝有行程傳感器和每組油缸壓力傳感器，并能顯示掘進中的4組油缸的行程差?？偼七M速度通過控制旋鈕在主控室進行調(diào)整。盾構(gòu)機每一組油缸均可獨立控制壓力進行操縱，在控制室里操作手可以看到每組油缸行程及壓力的數(shù)字顯示。在管片安裝過程中，正在安裝管片的對應(yīng)油缸縮回，其它油缸的撐靴保持壓力狀態(tài)以足夠的推力與管片接觸，以防止盾構(gòu)后

9、退。油缸的布置避開了管片接縫，所有的油缸撐靴均為球形絞接式以防止造成管片裂縫或損壞。推進油缸頂在壓力艙板后部。油缸活塞桿端缸體由一個橡膠軸承支撐；這樣，這些油缸從管片到壓力艙板之間就可以不受側(cè)向力的作用。推進油缸設(shè)計為雙缸，每對油缸均有獨立的撐靴。所有的油缸被分成4組，在推進時，可以獨立調(diào)節(jié)4組油缸的壓力控制姿態(tài)的變化?？偟耐七M速度由一個總流量控制閥來調(diào)節(jié)。推進油缸系統(tǒng)設(shè)計最大推進速度為60mm/分鐘。根據(jù)計算，最大總推力約為60,000kN并有平安余量。2.2導(dǎo)向系統(tǒng)盾構(gòu)機上的自動導(dǎo)向系統(tǒng)為德國VMT公司的SLS-T導(dǎo)向系統(tǒng),主要有以下四局部組成：1全站儀。具有電腦控制及自動識別精確鎖定目標

10、棱鏡。主要用于測量(水平和垂直的)角度和距離、發(fā)射激光束。2活動ELS靶(電子激光靶),簡稱激光靶。激光靶用來接受激光束,決定激光束的水平及豎向入射點。此外激光靶的滾動角和仰俯角也通過集成于激光靶內(nèi)部的傾斜計來測得。偏航角通過擊到激光靶上的激光的入射角來決定。激光靶固定在機器上,在安裝激光靶時,激光靶確實切位置已經(jīng)被確定,激光靶跟機器軸線的關(guān)系也已經(jīng)確定。3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WindowsXP,確保用戶操作簡便。4黃盒子，黃盒子用來給全

11、站儀和激光供電。系統(tǒng)電腦和全站儀之間的通訊也通過黃盒子進行 5中央控制箱。中央控制箱是電腦和系統(tǒng)的各個傳感器進行通訊的端口,中央控制箱將傳感器傳來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為工業(yè)電腦可以識別的適宜數(shù)據(jù),同時工業(yè)電腦發(fā)出的控制指令也被轉(zhuǎn)化并輸向各個傳感器。1. 全站儀2. 工業(yè)計算機3. 間隙測量裝置4. 行程傳感器5. 傾斜儀6. 光靶7. 數(shù)據(jù)線8. 計算機9. 后視棱鏡10. 無線連接刀 盤 導(dǎo)向系統(tǒng)示意圖2.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集處理和故障自動顯示功能，可以記錄盾構(gòu)操作全過程的所有參數(shù)，采集、處理、儲存、顯示、評估與盾構(gòu)有關(guān)的數(shù)據(jù)。所有測量數(shù)據(jù)都通過被時鐘脈沖控制的測量傳感器連續(xù)的采集和

12、顯示。所有必須記錄的測量值都以圖形的形式顯示在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的監(jiān)測器上。第3章 定位的根本原理隧洞貫穿測量中的地下控制導(dǎo)線是一條支導(dǎo)線,它指示著盾構(gòu)的推進方向,導(dǎo)線點隨著盾構(gòu)機的推進延伸,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,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(但又不能無限制的拉長),并盡可能布設(shè)近乎直伸的導(dǎo)線。穿黃隧洞施工中一般兩導(dǎo)線點的間距宜控制在70環(huán)即100m左右。盾構(gòu)機自動導(dǎo)向系統(tǒng)的姿態(tài)定位主要是依據(jù)地下控制導(dǎo)線點來精確確定盾構(gòu)機掘進的方向和位置。在掘進中盾構(gòu)機的自動導(dǎo)向系統(tǒng)是如何定位的呢?它主要是根據(jù)地下控制導(dǎo)線上

13、一個點的坐標(即X、Y、Z)來確定的,這個點就是帶有激光器的全站儀的位置,然后全站儀將依照作為后視方向的另一個地下導(dǎo)線的控制點來定向,這樣就確定了北方向,即方位角。再利用全站儀自動測出的測站與ELS棱鏡之間的距離和方位角,就可以知道ELS棱鏡的平面坐標(即X、Y),利用三角高程測出ELS棱鏡的高程值(即Z)。激光束射向ELS,ELS就可以測定激光相對于ELS平面的偏角。在ELS入射點之間測得的折射角及入射角用于測定盾構(gòu)機相對于隧道設(shè)計軸線(DTA)的偏角。坡度和旋轉(zhuǎn)直接用安裝在ELS內(nèi)的傾斜儀測量。這個數(shù)據(jù)大約每秒鐘兩次傳輸至控制用的計算機。通過全站儀測出的與ELS之間的距離可以提供沿著DTA

14、掘進的盾構(gòu)機的里程長度。所有測得的數(shù)據(jù)由通信電纜傳輸至計算機,通過軟件組合起來用于計算盾構(gòu)機軸線上前后兩個參考點的精確的空間位置,并與隧道設(shè)計軸線(DTA)比擬,得出的偏差值顯示在屏幕上,這就是盾構(gòu)機的姿態(tài),在推進時只要控制好姿態(tài),盾構(gòu)機就能精確地沿著隧道設(shè)計軸線掘進,保證隧洞能順利準確的貫穿。第4章 盾構(gòu)掘進方向的控制與調(diào)整4.1穿黃隧洞II-A標盾構(gòu)施工地質(zhì)條件根據(jù)目前地質(zhì)勘察資料，過河隧洞開挖范圍內(nèi)，Q2粉質(zhì)壤土中夾有鈣質(zhì)結(jié)核層，Q41砂層中石英顆粒含量較高，達4070，且分布有泥礫層和砂礫石透鏡體，局部有淤泥質(zhì)粉質(zhì)壤土透鏡體，對盾構(gòu)機施工有影響。在樁號8+6708+940之間，隧洞底板

15、分布有Q3粉質(zhì)粘土，施工中具變形特性。在隧洞掘進過程中可能會遇粒徑大于15cm的塊石、枯樹及成巖差的上第三系粘土巖、砂巖、粉砂巖和砂質(zhì)粘土巖，其中薄層狀鈣質(zhì)膠結(jié)的砂巖呈堅硬狀，強度較高，抗壓強度到達16.5MPa。邙山隧洞樁號4+893.575658.57，長765m，其中盾構(gòu)掘進749 m。其中全土層樁號4+893.575360.57長度467 m，由黃土狀粉質(zhì)壤土、古土壤、淤泥、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)壤土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、砂壤土中的一種或幾種組成。鈣質(zhì)結(jié)核土層長度298 m，樁號5+360.575+658.57。層中只要含有鈣質(zhì)結(jié)核就作為單獨的一層。由于穿黃隧洞整個工程都在地下進行，且

16、地層軟硬不均和坡度變化以及操作等因素的影響，工程所穿越的地層、各層土層的特性和物理指標都大不一樣，盾構(gòu)機必定受到各土層物理性質(zhì)的制約和影響，盾構(gòu)推進不可能完全按照設(shè)計的隧洞軸線前進，而會產(chǎn)生一定的偏差。當這種偏差超過一定限界時就會使隧洞襯砌侵限、盾尾間隙變小使管片局部受力惡化，并造成地層損失增大而使地表沉降加大，因此盾構(gòu)施工中必須采取有效技術(shù)措施控制掘進方向，及時有效糾正掘進偏差。4.2盾構(gòu)姿態(tài)偏差在盾構(gòu)掘進過程中，由于不同部位掘進千斤頂參數(shù)設(shè)定的偏差引起掘進方向的偏差。同時由于盾構(gòu)外表與隧洞間的摩擦阻力不均勻，開挖掌子面上的土壓力以及切口環(huán)切削欠挖地層引起的阻力不均勻，也會引起一定的偏差。開

17、挖掌子面巖層分界面起伏較大，掌子面土層軟硬不均，也易引起方向偏差。即使在開挖掌子面土體的力學(xué)性質(zhì)十分均勻的情況下，受刀盤自重的影響，盾構(gòu)也有低頭的趨勢。因此，在掘進過程中，應(yīng)對豎直方向的誤差進行監(jiān)測和控制。盾構(gòu)機的前進方向水平向右偏，那么需要提高右側(cè)千斤頂分區(qū)的推力；反之，那么需要提高左側(cè)千斤頂分區(qū)的推力。如果盾構(gòu)機機頭向下偏，那么需要提高低部千斤頂分區(qū)的推力；反之亦然。一般情況下，盾構(gòu)機的方向糾偏應(yīng)控制在20mm以內(nèi)，在緩和曲線及圓曲線段，盾構(gòu)機的方向糾偏應(yīng)控制在30mm以內(nèi)。盡量保持盾構(gòu)機軸線與隧道設(shè)計軸線平行，否那么可能會因為姿態(tài)不好而造成盾尾間隙過小和管片錯臺裂縫，造成管片破損。當開挖

18、土體較均勻時，盾構(gòu)機姿態(tài)控制較容易，一般情況下方向角控制在5mm/m以內(nèi)。當開挖面內(nèi)地層左、右軟硬不均而且又是處在曲線段時，盾構(gòu)機姿態(tài)控制比擬困難。此時，可降低掘進速度，合理調(diào)節(jié)各千斤頂推力，有必要時可考慮在硬巖區(qū)使用超挖刀備有超挖刀的盾構(gòu)機進行超挖。當盾構(gòu)機遇到上軟下硬土層中，為防止盾構(gòu)機抬頭，要保持下俯姿態(tài)；反之，那么要保持上仰姿態(tài)。掘進時要注意上下兩端和左右兩側(cè)的千斤頂行程不能相差太大，一般控制在20mm以內(nèi)，千斤頂行程差可以通過每環(huán)管片的楔形量調(diào)整。在曲線段掘進時，一般情況下根據(jù)曲線半徑的不同讓盾構(gòu)機向曲線內(nèi)側(cè)偏移一定量，偏移量一般取1030mm。在盾構(gòu)機姿態(tài)控制中，推進油缸的行程控制

19、是重點，對于1.6m寬的管片，原那么上行程控制在23002500mm之間。行程差控制在040mm內(nèi)。行程過大，那么盾尾刷容易露出，管片脫離盾尾較多，變形較大；行程差過大，易使盾體與管片之間的夾角增大，易造成管片的破損、錯臺。4.3盾構(gòu)機的糾偏措施盾構(gòu)機在掘進過程中總會偏離設(shè)計軸線，進行糾偏時必須有方案有步驟地進行。糾偏措施如下：1在掘進過程中隨時注意滾角的變化，及時根據(jù)盾構(gòu)機的滾角值調(diào)整刀盤的轉(zhuǎn)動方向。2應(yīng)根據(jù)各段地質(zhì)情況對各項掘進參數(shù)進行調(diào)整。3在糾偏過程中，掘進速度要放慢，并且要注意防止糾偏時由于單側(cè)千斤頂受力過大對管片造成的破損。4盡量選擇合理的管片類型，防止人為因素對盾構(gòu)機姿態(tài)造成過大

20、的影響，嚴格管片拼裝質(zhì)量，防止因此而引起的對盾構(gòu)機姿態(tài)的調(diào)整。5在糾偏時，要密切注意盾構(gòu)機的姿態(tài)、管片的選型及盾尾的間隙等，盾尾與管片四周的間隙要均勻。6當盾構(gòu)機偏離設(shè)計軸線較大時，不得猛糾猛調(diào)，防止往相反方向糾偏過大或盾尾與管片摩擦，使管片破裂。4.4不同地質(zhì)環(huán)境中盾構(gòu)機掘進姿態(tài)的控制方法1淤泥層中盾構(gòu)機掘進姿態(tài)的控制盾構(gòu)機在淤泥層中掘進時，由于地層自穩(wěn)性能極差，為控制盾構(gòu)機水平和垂直偏差在允許范圍內(nèi)，防止盾構(gòu)機蛇形量過大造成對地層的過量攏動，宜將盾構(gòu)機掘進速度控制在3040mm/min之間，刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.5rpm/min左右。在該段地層中掘進時，四組千斤頂推力應(yīng)較為均衡，防止掘進過程中

21、千斤頂行程過大，否那么可能會造成推力軸線與管片中心線不在同一直線上。在掘進過程中應(yīng)保持泥水系統(tǒng)進漿質(zhì)量，保證其比重和粘度，使得順利出渣，盡量保持盾構(gòu)機的連續(xù)掘進，同時要嚴格控制同步注漿量，以保證管背間隙被有效充填。2全斷面土層中盾構(gòu)機掘進姿態(tài)的控制全斷面土層屬于均一地層，盾構(gòu)機在該類地層中掘進其軸線姿態(tài)能較好地控制，在掘進時保持各分區(qū)千斤頂均勻，總推力和掘進速度均勻，即可保持盾構(gòu)較好的姿態(tài)。3砂層中盾構(gòu)機掘進姿態(tài)的控制盾構(gòu)機在全斷面富水砂層中掘進，由于含水砂層的自穩(wěn)性極差，含水量大，極易出現(xiàn)盾構(gòu)機磕頭現(xiàn)象，同時在含水砂層中盾構(gòu)機也易出現(xiàn)上浮現(xiàn)象。為防止盾構(gòu)機在含水砂層中掘進出現(xiàn)磕頭現(xiàn)象，在推進

22、過程中盾構(gòu)機應(yīng)保持向上抬頭的趨勢，如果發(fā)現(xiàn)有磕頭趨勢，應(yīng)立即調(diào)節(jié)上下部壓力，維持盾構(gòu)機向上的趨勢。為防止盾構(gòu)機在含水砂層中掘進出現(xiàn)上浮現(xiàn)象，在盾構(gòu)機掘進時應(yīng)減小刀盤轉(zhuǎn)速，減小對周圍砂層的攏動。4軟硬不均的地層中盾構(gòu)機掘進姿態(tài)的控制巖層層面起伏大的地層中會導(dǎo)致隧洞開挖面內(nèi)的巖層出現(xiàn)軟硬不均。盾構(gòu)機在這種地層中掘進，其盾構(gòu)機的姿態(tài)控制難度大，易產(chǎn)生盾構(gòu)機垂直方向上的過量蛇行，造成管片錯臺及開裂。以上軟下硬地層為例，在這類地質(zhì)條件下掘進，盾構(gòu)機刀盤受力不均，掘進速度不均衡，這就要求在掘進過程中，必須時刻觀察測量系統(tǒng)提供的盾構(gòu)機姿態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合推進千斤頂?shù)男谐滩?，就會造成管片選型變化大，甚至造成過小的盾

23、尾間隙使管片不能順利脫出盾尾。因此，在推進過程中不能單一的只注意測量系統(tǒng)所提供的盾構(gòu)姿態(tài)來指導(dǎo)掘進，還應(yīng)兼顧各千斤頂?shù)男谐滩?。?章 盾構(gòu)機姿態(tài)位置的測量及檢測為了保證導(dǎo)向系統(tǒng)的準確性、確保盾構(gòu)機沿著正確的方向掘進，需周期性的對VMT導(dǎo)向系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行人工測量校核。5.1 盾構(gòu)機始發(fā)定位測量A、洞門的復(fù)核測量以聯(lián)測后地下平面和高程控制點為基準，檢查洞門里程、中線、高程、預(yù)埋鋼環(huán)的橢圓度。合格后放樣洞門，作為洞門端墻鑿除的依據(jù)。B、出發(fā)支架的測量安裝盾構(gòu)導(dǎo)軌始發(fā)架時，測設(shè)其坡度和高程，高程與設(shè)計值按抬高后的值較差小于2mm，盾構(gòu)機拼裝竣工后，進行盾構(gòu)縱向軸線和徑向軸線測量，主要有刀口、機頭與盾尾

24、連接點中心、盾尾之間的長度測量；盾構(gòu)外殼長度測量；盾構(gòu)刀口、盾尾和支承環(huán)的直徑測量。C、始發(fā)姿態(tài)定位以聯(lián)測后地下平面和高程控制點為基準，精確測定盾構(gòu)機零參考面的58個點的坐標，使其零參考面位于設(shè)計里程和標高，盾構(gòu)機零參考面和始發(fā)里程相吻合。將測站坐標和后視點坐標輸入SLS-T導(dǎo)向系統(tǒng)，檢查系統(tǒng)顯示零參考面是否與盾構(gòu)機零參考面一致。如果在誤差范圍內(nèi)，啟用系統(tǒng)來指導(dǎo)掘進方向5.2盾構(gòu)推進中姿態(tài)測量和計算包括曲線、縱向坡度橫向坡度平面偏離值高程偏離值切口里程滾動值等。1. 水平和垂直偏差 mm2. 水平和垂直趨向 mm/m3. 前參考點里程m4. 當前推進環(huán)號5. 盾構(gòu)機姿態(tài)。6. 滾動角 mm/m

25、. 正值 = 向右滾動, 負值 = 向左滾動7. 絕對仰俯角 mm/m. 正值 = 向上前進, 負值 =向下前進5.3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。盾構(gòu)姿態(tài)計算原理圖如圖A點是盾構(gòu)機刀盤中心，E是盾構(gòu)機中體斷面的中心點，即AE連線為盾構(gòu)機的中心軸線，由A、B、C、D、四點構(gòu)成一個四面體，測量出B、C、D 三個角點的三維坐標xi,yi,zi,根據(jù)三個點的三維坐標xi, yi, zi分別計算出LAB, LAC, LAD, LBC, LBD,LCD, 四面體中的六條邊長，作為以后計算的初始值，在盾構(gòu)

26、機掘進過程中Li是不變的常量，通過對B、C、D三點的三維坐標測量來計算出A點的三維坐標。同理，B、C、D、E四點也構(gòu)成一個四面體，相應(yīng)地求得E點的三維坐標。由A、E兩點的三維坐標就能計算出盾構(gòu)機刀盤中心的水平偏航，垂直偏航，由B、C、D三點的三維坐標就能確定盾構(gòu)機的仰俯角和滾動角，從而到達檢測盾構(gòu)機姿態(tài)的目的。5.4環(huán)片成環(huán)現(xiàn)狀測量主要包括管片環(huán)中心偏差、管片橢圓度和管片的姿態(tài)。管片中心位置確定：將鋁合金尺橫在管片環(huán)兩側(cè)，并借助水準器使標尺處于水平位置。這時標尺的中央位置就是管片環(huán)的中央，測得其坐標即管片環(huán)的中心坐標。同理將一根5米長的塔尺置于環(huán)片的上、下的中央最大讀數(shù)處位置，測得環(huán)片豎徑，管

27、片底部高程加上豎徑的一半既為中心高程。管片中心位置35環(huán)測量一次，測量時每環(huán)管片都應(yīng)當測量。管片橢圓度和管片的姿態(tài)通過測定待測管片的前端面57個點的坐標來確定。5.5隧洞沉降測量1施工過程中的隧洞沉降觀測與使用階段長期沉降觀測結(jié)合起來考慮；2隧洞沉降點每隔10環(huán)設(shè)置一點，在某些特定部位可適當加密。點位應(yīng)考慮不破壞管片外觀，觀測方便又能長期保存；3隧洞沉降觀測采用附近的地下水準點作為起始點。地下水準路線經(jīng)常修正各點高程。施工期間先用S3級水準儀觀測隧洞沉降；4管片成環(huán)后的觀測數(shù)據(jù)作為隧洞沉降點的起始高程，其后的觀測時間間隔可根據(jù)場地條件和實際需要另行規(guī)定。一般情況下，盾尾后部100m內(nèi)的沉降點每

28、隔4天觀測一次，位于盾尾后面100m以外的各沉降點每隔57天觀測一次；以后隨著隧洞的延伸及沉降趨向穩(wěn)定，可適當延長觀測周期。5.6盾構(gòu)機推進中導(dǎo)向控制點的復(fù)測 由于導(dǎo)向控制點固定在管片上，而隧道推進的過程中,壁后注漿會使管片產(chǎn)生沉降和錯位，所以必須定期對導(dǎo)向控制點進行復(fù)測，頻率為每500環(huán)1次。復(fù)測內(nèi)容包括豎井投點聯(lián)系測量，高程傳遞測量，井下導(dǎo)線測量。1最初掘進的100米段：同時采用以下兩種測量方法：聯(lián)系三角形測量： 懸吊兩根鋼絲，鋼絲直徑0.5mm，掛25kg重錘，重錘懸吊于盛滿水的桶中，以減小鋼絲的擺動。兩鋼絲夾角小于2度，井上井下同時觀測兩根鋼絲的方向和距離，共觀測三組數(shù)據(jù)，三組數(shù)據(jù)相互

29、獨立，每組之間對鋼絲的位置稍加調(diào)整。最后計算出的井下方位較差限制在20秒以內(nèi)。投點儀直接投點：投點儀架設(shè)于井下固定點，向上投到井口標志牌上。在井口近井點上用全站儀測量出標志牌上點位坐標，井下固定點坐標即可得出。方案投到井下三個固定點，均布設(shè)于圈梁上，以利于井底測量放樣工作不受盾構(gòu)組裝的影響。三點的相對位置用全站儀進行直接檢查，以確定投點精度，防止粗差。投點儀投下的點位和聯(lián)系三角形投下的點位盡量重合，以利于對兩種方法的結(jié)果進行比照，確保成果準確無誤。2掘進100米600米段：采用聯(lián)系三角形測量，加大鋼絲間距，在井下儀器與鋼絲的距離以及儀器與定向點之間的距離也適當加大，共測量三組成果，方位較差控制

30、在20秒以內(nèi)?？紤]到現(xiàn)場施工影響，必要時直接采用投點儀投點，15秒陀螺儀定向。此種方法可保證隧道600米左右的掘進方向。3掘進600米最后貫穿： 采用投點儀投點，投點精度1/30000，6秒陀螺儀定向，井下定向精度按照2秒控制。4高程傳遞測量高程傳遞在豎井內(nèi)懸吊長鋼尺配重，井上井下同時讀取鋼尺讀數(shù)，將高程傳遞至井下水準點。通過變動不同的儀器高，一共進行了三組讀數(shù)，最后采用三組數(shù)據(jù)的平均值作為最終成果。5.7貫穿測量盾構(gòu)通過一個隧洞后，聯(lián)測地上、井下導(dǎo)線網(wǎng)、水準網(wǎng)，并進行平差，為盾構(gòu)到達提供具有一定精度和密度的導(dǎo)線點與水準點；1) 盾構(gòu)推進過程中除日常性和階段性復(fù)測外，隧洞貫穿前需有選擇性地對關(guān)

31、鍵性測量環(huán)節(jié)進行重點復(fù)測；復(fù)測時盾構(gòu)距接收井至少有200m以上的推進距離，以供糾偏使用；2) 復(fù)測過程中特別注重角度觀測精度，高程控制系統(tǒng)的復(fù)測通常是對地下水準點進行全面復(fù)測，必要時提高水準測量的精度等級；3) 隧洞貫穿測量包括對地面控制測量、定向測量、地下導(dǎo)線測量、豎井中心位置測定等貫穿復(fù)測；4平面貫穿測量：在隧洞貫穿面處，采用坐標法從兩端測定貫穿，并歸算到預(yù)留洞門的斷面和中線上，求得橫向貫穿誤差和縱向貫穿誤差；5高程貫穿測量：用水準儀從貫穿面兩端測定貫穿點的高程，其誤差即為豎向貫穿誤差。5.8貫穿測量誤差估算1、洞外控制測量影響值： GPS地面復(fù)測所得基準邊的方向中誤差為0.5，角度誤差應(yīng)為方向誤差的倍，那么可估算得控制網(wǎng)測量誤差對橫向貫穿誤差影響值中誤差為： m外2 = s12 ( 0.5)/2 + s22 ( 2 0.6)/2=0.0122m m外=0.012mS1為北岸GPS點到南岸豎井距離在隧道軸線上的投影。S2為南岸GPS點到南岸豎井距離在隧道軸線上的投影。地面控制測量誤差對橫向貫穿中誤差影響值小于標準規(guī)定的0.030m。北岸近井