市政隧道盾构测量内容与施工监测PPT课件.ppt

市政隧道盾构测量内容与施工监测,盾构测量概述 1、概述 2、仪器设备和人员配备 3、VMT导向系统 盾构测量的主要内容 1、控制网、加密控制网的复测 2、联系测量 3、地下控制的测量 4、始发测量 5、掘进测量 6、贯通及竣工测量 施工监测 1、管片姿态测量 2、结构变形、地面、建筑物、管线监测,盾构测量概述 1、概述 盾构测量是确保盾构推进轴线与设计轴线一致的保证，是确保工程质量的前提和基础盾构掘进测量以德国VMT公司研发的SLS-T导向系统为主，辅以人工测量校核同时，严格贯彻执行测量双检制，保证隧道精确贯通2、仪器设备和人员配备 测量仪器设备表,测量人员配备表,3、VMT导向系统 1）导向系统概述 在掘进隧道的过程中,为了避免隧道掘进机(TBM)发生意外的运动及方向的突然改变, 必须对TBM的位置和DTA(隧道设计轴线)的相对位置关系进行持续地监控测量TBM能够按照设计路线精确地掘进，则对掘进各个方面都有好处（计划更精确，施工质量更高）这就是TBM采用“导向系统”（SLS）的原因德国VMT公司的SLS-T系统就是为此而开发，该系统为使TBM沿设计轴线（理论轴线）掘进提供所有重要的数据信息。

SLS-T系统功能完美，操作简单 2）导向系统组成 导向系统是由激光全站仪（TCA）、中央控制箱、ESL靶、黄盒子和计算机及掘进软件组成导向系统组成,激光站（伺服全站仪）,ELS激光靶,中央控制箱,激光全站仪具有伺服马达，可以自动照准目标和跟踪，并可发射激光束，主要用于后视定向，测量距离、水平角和竖直角的测量，并将测量结果传输到计算机 ESL靶也称光靶板，是一台智能性型的传感器ELS接收全站仪发射的激光束，测定水平和垂直方向的入射点偏角由ELS上激光的入射角确认，坡度由该系统内的倾斜仪测量ELS在盾构机体上的位置是确定的，即对TBM坐标系的位置是确定的 中央控制箱是主要的接口箱，它为黄盒子（继而为激光全站仪）及ELS靶提供电源 黄盒子主要为全站仪供电，保证全站仪工作和与计算机之间的通信和数据传输计算机及掘进软件（SLS-T软件）是自动导向系统数据处理和自动控制的核心，通过计算机分别与全站仪和ELS通信接收数据，盾构机路平、剖面上的位置计算出来后，以数字和图形在计算机上显示出来 3）导向基本原理 洞内控制导线是支持盾构机掘进导向定位的基础激光全站仪安装在位于盾构机的右上侧管片上的拖架上，后视一基准点（后视靶棱镜）定位后。

全站仪自动掉过方向来，收寻ELS靶， ELS接收入射的激光定向光束，即可获取激光站至ELS靶间的方位角、竖直角，通过ELS棱镜和激光全站仪就可以测量出激光站至ELS靶间的距离TBM的仰俯角和滚动角通过ELS靶内的倾斜计来测定ELS靶将各项测量数据传向主控计算机，计算机将所有测量数据汇总，就可以确定TBM在全球坐标系统中的精确位置将前后两个参考点的三维坐标与事先输入计算机的DTA（隧道设计轴线）比较，就可以显示盾构机的姿态了计算机及掘进软件的显示界面,盾构测量的主要内容 1、控制网、加密控制网的复测 （1）平面控制点复测按精密导线的技术要求进行精密导线沿线路方向布设，采用附合导线复测 精密导线测量过程中主要技术要求： 每边测距中误差：4mm 测距相对中误差：1/60000 测角中误差：2.5 级全站仪测回数：6测回 方位角闭和差：5n1/2 全长相对闭和差：1/35000 相邻点的相对点位中误差：8mm 精密导线点上只有两个方向时，按左右角观测，左右角平均值之和与360度的较差应小于4水平角观测遇到长、短边需要调焦时，应采用盘左长边调焦，盘右长边不调焦；盘右短边调焦，盘左短边不调焦的观测顺序进行观测。

每条导线边应往返观测各两个测回每测回间应重新照准目标，每测回三次读数 测距时，一测回4次读数的较差应小于4mm,测回间平均值的较差应小于6mm,往返平均值的较差应小于3mm （2）高程控制点复测按精密水准测量的技术要求进行复测线路为符合或闭合线路 精密水准测量观测方法： 往测 奇数站上为：后前前后 偶数站上为：前后后前 返测 奇数站上为：前后后前 偶数站上为：后前前后,每一测段的往测与返测，分别在上午、下午进行，也可在夜间观测 由往测转向返测时，两根标尺必须互换位置 精密水准测量的主要技术要求： 每千米高差中数中误差偶然中误差：2mm 每千米高差中数中误差权中误差：4mm 附合水准路线平均长度：24km 观测次数：往返测各一次 平坦地往返较差、附合或环线闭和差：8L1/2mm 视距：60m 前后视距差: 2.0m 前后视距累计差: 4.0m,2、联系测量 联系测量指将地面的平面坐标系统和高程系统数据传递到地下的测量工作分为定向联系测量和高程联系测量一般在进行联系测量前需要进行地面近井点的测量，其测量技术要求应按照精密导线测量和二等水准测量要求 一般在隧道贯通前联系测量工作不应少于3次，宜在隧道掘进到100m、300m以及距贯通面100200m时分别进行一次。

当地下起始边方位角较差小于12时，可取各次测量成果的平均值作为后续测量的起算数据指导隧道贯通当隧道贯通面一侧的隧道长度大于1500m时，应增加联系测量次数或采用高精度联系测量方法等，提高定向测量精度 （1）定向联系测量 定向联系测量的方法有：联系三角形法、陀螺经纬仪与铅垂仪（钢丝）组合法、导线直接传递法、投点定向法一般在施工中常用的方法是联系三角形法在同一井内可悬挂两根钢丝组成联系三角形有条件时，应悬挂三根钢丝组成双联系三角形井上、井下联系三角形的布设要求应满足下列要求：,1 ） 竖井中悬挂钢丝间的距离c应尽可能长； 2 ） 联系三角形锐角C、C1宜小于1，呈直伸三角形； 3 ）a/c及a1/c1宜小于1.5，a 、a为近井点至悬挂钢丝的最短距离联系三角形测量宜选用0.3mm钢丝，悬挂10kg重锤，重锤应浸没在阻尼液中保证钢丝的垂直及稳定，从而提高测量的精度 联系三角形边长测量可采用光电测距或经检定的钢尺丈量，每次应独立测量三测回，每测回三次读数，各测回较差应小于1mm地上与地下丈量的钢丝间距较差应小于2mm钢尺丈量时应施加钢尺鉴定时的拉力，并应进行倾斜、温度、尺长改正 角度观测应采用不低于II级全站仪，用方向观测法观测六测回，测角中误差应在2.5之内。

联系三角形定向推算的地下起始边方位角的较差应小于12，方位角平均值中误差应在8之内 （2）高程联系测量 高程联系测量应包括地面近井水准测量、高程传递测量以及地下近井水准测量 测定近井水准点高程的地面近井水准路线，应附合在地面二等水准点上测量技术要求按照二等水准测量标准执行高程传递采用在竖井内悬挂钢尺的方法进行高程传递测量时，地上和地下安置的两台水准仪应同时读数，并应在钢尺上悬挂与钢尺鉴定时相同质量的重锤每次应独立观测三测回，测回间应变动仪器高，三测回测得地上、地下水准点间的高差较差应小于3mm测量时需进行温度、尺长改正，当井深超过50m时应进行钢尺自重张力改正3、地下控制测量 地下控制测量包括地下平面控制测量和地下高程控制测量地下控制测量，是利用直接从地面通过联系测量传递到地下的近井点，随着隧道掘进不断向内延伸，指导隧道沿设计线形施工 地下控制测量点标志，应根据施工方法和隧道结构形状确定，并宜埋设在隧道底板、顶板或两侧边墙上（盾构隧道一般设置在隧道管片上） 一般贯通面一侧的隧道长度大于1500m时，应在适当位置，通过钻孔投测坐标点或加测陀螺方位角等方法提高控制导线精度 地下平面和高程控制点使用前，必须进行检测。

1）地下平面控制测量 地下控制一般是采用支导线的形式往前延伸，由于支导线无法校核，所以在盾构施工中经常采用双支导线进行相互校核，校核无误后再进行ELS和激光站坐标的测定从隧道掘进起始点开始，直线隧道每掘进200m或曲线隧道每掘进100m时，应布设地下平面控制点，并进行地下平面控制测量隧道内控制点间平均边长宜为150m曲线隧道控制点间距不应小于60m并且控制点应避开强光源、热源、淋水等地方，控制点间视线距隧道壁应大于0.5m导线测量应使用不低于级全站仪施测，左右角各观测两测回，左右角平均值之和与360较差应小于4，边长往返观测各两测回，往返平均值较差应小于4mm测角中误差应为2.5，测距中误差应为3mm 控制点点位横向中误差宜符合下式要求： mum(0.8d/D) 式中 mu 导线点横向中误差，单位：mm； m 贯通中误差，单位：mm； d 控制导线长度，单位：m； D 贯通距离，单位：m 每次延伸控制导线前，应对已有的控制导线点进行检测，并从稳定的控制点进行延伸测量控制导线点在隧道贯通前应至少测量三次，并应与竖井定向同步进行重合点重复测量坐标值的较差应小于30d/D（mm），其中：d控制导线长度，D贯通距离，单位均为米。

满足要求时，应取逐次平均值作为控制点的最终成果指导隧道掘进 当隧道长度超过1500m时，除通过钻孔投测坐标点或加测陀螺方位角等方法外，还宜将控制导线布设成网或边角锁等 相邻竖井间或相邻车站间隧道贯通后，地下平面控制点应构成附合导线(网) 2）地下高程控制测量 高程控制测量应采用二等水准测量方法，并应起算于地下近井水准点高程控制点可利用地下导线点，若单独埋设时宜每200m埋设一个地下高程控制测量的方法和精度，应符合二等水准测量要求水准测量应在隧道贯通前进行三次，并应与传递高程测量同步进行重复测量的高程点间的高程较差应小于5mm，满足要求时，应取逐次平均值作为控制点的最终成果指导隧道掘进相邻竖井间或相邻车站间隧道贯通后，地下高程控制点应构成附合水准路线 根据一些单位的施工经验，在盾构施工时受到运输列车的影响，采用水准测量的方法，比较麻烦，并且容易出错而采用全站仪三角高程就比较方便，这种方法是通过两点间的高差来向洞内传递高程据介绍采用这种方法，在长度约1500m的隧道，贯通后的误差仅有8mm 4、始发测量 盾构能顺利始发决定盾构隧道施工的成败，所以始发测量也显得尤为重要始发测量的主要内容是盾构初始姿态测量和始发架、反力架的放样等工作。

1）反力架托架定位 在盾构机托架反力架下井前，依据施工设计图纸，确定托架反力架位置通过联系测量在井下测定的坐标及标高，对其定位保证盾构机组装后的设定位置 在此应当注意，盾构始发时，由于盾构及在托架上无法对自身的状态做出调整，所以，托架的定位工作尤为重要 反力架安装固定时，保证反力架基准环面与隧道中心线、盾构机轴线垂直，保证盾构始发掘进时反力架受力均匀，同时也保证了施工安全 2）盾构初始姿态测量 盾构初始姿态测量是指人工对盾构机本身配置的激光测站（伺服全站仪）和后视棱镜的位置进行测量，取得这两点的空间坐标，输入到导向系统中，人工将激光站照准后视棱镜，启动导向系统软件使激光站定向并测量ELS激光接收靶，激光靶是高精度的感应元件，把接收到激光讯号传入导向系统可以显示出盾构机当前的状态盾构初始姿态测量检查点,测量检查点,盾构姿态可以人工测量检查 盾构姿态计算原理：盾构机作为一个近似的圆柱体，在开挖掘进过程中我们不能直接测量其刀盘的中心坐标，只能用间接法来推算出刀盘中心的坐标 盾构姿态计算原理图 如图A点是盾构机刀盘中心，E是盾构机中体断面的中心点，即AE连线为盾构机的中心轴线，人工测量出B、C、D 三个角点的三维坐标（xi,yi, zi）。

由于B、C、D三点与A、E点的关系Vmt公司的测量工程师已经给定，我们可以根据两点间的距离公式（xi-x）2+（yi-y）2+（zi-z）2=d2建立方程组，将测量的三点坐标代入求解可分别得出A、E点的坐标由A、E两点的三维坐标就能计算出盾构机刀盘中心的水平偏航，垂直偏航，由B、C、D三点的三维坐标就能确定盾构机的仰俯角和滚动角，从而达到检测盾构机姿态的目的 5、掘进测量 掘进测量的主要测量工作是地下控制测量延伸传递和。