地铁施工中盾构机姿态定位测量点研究

1、地铁施工中盾构机姿态定位测量点研究摘要:结结合南京京地铁一一号线两两个区间间段地下下隧道贯贯通的测测量实践践,简明明地介绍绍了地铁铁建设中中各种测测量过程程,并着着重对盾盾构机姿姿态定位位中的测测量工作作作了深深入细致致的研究究,阐述述了盾构构机自动动导向系系统姿态态定位测测量的原原理和方方法,以以及如何何使用人人工测量量的方法法来检核核自动导导向系统统的准确确性,分分析了盾盾构机姿姿态定位位检测的的情况。关键词词:地铁铁;自动动导向系系统;盾盾构1 概述述随着城城市建设设的飞速速发展,我国在在各大城城市都开开展了地地铁建设设,为了了满足盾盾构掘进进按设计计要求贯贯通(贯贯通误差差必须小小于550mmm),必必须研究究每一步步测量工工作所带带来的误误差,包包括地面面控制测测量,竖竖井联系系测量,地下导导线测量量,盾构构机姿态态定位测测量四个个阶段。本文主主要以南南京地铁铁南北线线一期工工程的22个区间间隧道的的贯通测测量项目目为背景景,探讨讨了地铁铁隧道施施工中盾盾构机自自动导向向系统定定位测量量的功能能及原理理,并阐阐述了如如何用棱棱镜法来来检核自自动导向向系统的的准确性性。2 盾构

2、构机自动动导向系系统的组组成与功功能现在在的盾构构机都装装备有先先进的自自动导向向系统,本区间间盾构机机上的自自动导向向系统为为德国VVMT公公司的SSLS-T系统统,主要要有以下下四部分分组成:(1)具有自自动照准准目标的的全站仪仪。主要要用于测测量(水水平和垂垂直的)角度和和距离、发射激激光束。(2)ELSS(电子子激光系系统),亦称为为标板或或激光靶靶板。这这是一台台智能型型传感器器,ELLS接受受全站仪仪发出的的激光束束,测定定水平方方向和垂垂直方向向的入射射点。坡坡度和旋旋转也由由该系统统内的倾倾斜仪测测量,偏偏角由EELS上上激光器器的入射射角确认认。ELLS固定定在盾构构机的机机身内,在安装装时其位位置就确确定了,它相对对于盾构构机轴线线的关系系和参数数就可以以知道。(3)计算机机及隧道道掘进软软件。SSLS-T软件件是自动动导向系系统的核核心,它它从全站站仪和EELS等等通信设设备接受受数据,盾构机机的位置置在该软软件中计计算,并并以数字字和图形形的形式式显示在在计算机机的屏幕幕上,操操作系统统采用WWinddowss20000,确确保用户户操作简简便。(4)黄黄色箱子

3、子。它主主要给全全站仪供供电,保保证计算算机和全全站仪之之间的通通信和数数据传输输。3 盾构构机自动动导向定定位的基基本原理理地铁隧隧道贯通通测量中中的地下下控制导导线是一一条支导导线,它它指示着着盾构的的推进方方向,导导线点随随着盾构构机的推推进延伸伸,导线线点通常常建立在在管片的的侧面仪仪器台上上和右上上侧内外外架式的的吊篮上上,仪器器采用强强制归心心(见图图1),为了提提高地下下导线点点的精度度,应尽尽量减少少支导线线点,拉拉长两导导线点的的距离(但又不不能无限限制的拉拉长),并尽可可能布设设近乎直直伸的导导线。一一般两导导线点的的间距宜宜控制在在1500m左右右。盾构机自自动导向向系统的的姿态定定位主要要是依据据地下控控制导线线点来精精确确定定盾构机机掘进的的方向和和位置。在掘进进中盾构构机的自自动导向向系统是是如何定定位的呢呢?它主主要是根根据地下下控制导导线上一一个点的的坐标(即X、Y、ZZ)来确确定的,这个点点就是带带有激光光器的全全站仪的的位置,然后全全站仪将将依照作作为后视视方向的的另一个个地下导导线的控控制点来来定向,这样就就确定了了北方向向,即方方位角。再利用用全

4、站仪仪自动测测出的测测站与EELS棱棱镜之间间的距离离和方位位角,就就可以知知道ELLS棱镜镜的平面面坐标(即X、Y),利用三三角高程程测出EELS棱棱镜的高高程值(即Z)。激光光束射向向ELSS,ELLS就可可以测定定激光相相对于EELS平平面的偏偏角。在在ELSS入射点点之间测测得的折折射角及及入射角角用于测测定盾构构机相对对于隧道道设计轴轴线(DDTA)的偏角角。坡度度和旋转转直接用用安装在在ELSS内的倾倾斜仪测测量。这这个数据据大约每每秒钟两两次传输输至控制制用的计计算机。通过全全站仪测测出的与与ELSS之间的的距离可可以提供供沿着DDTA掘掘进的盾盾构机的的里程长长度。所所有测得得的数据据由通信信电缆传传输至计计算机,通过软软件组合合起来用用于计算算盾构机机轴线上上前后两两个参考考点的精精确的空空间位置置,并与与隧道设设计轴线线(DTTA)比比较,得得出的偏偏差值显显示在屏屏幕上,这就是是盾构机机的姿态态,在推推进时只只要控制制好姿态态,盾构构机就能能精确地地沿着隧隧道设计计轴线掘掘进,保保证隧道道能顺利利准确的的贯通。4 盾构构机姿态态位置的的检测和和计算在在隧道推推进的

5、过过程中,必须独独立于SSLS-T系统统定期对对盾构机机的姿态态和位置置进行检检查。间间隔时间间取决于于隧道的的具体情情况,在在有严重重的光折折射效应应的隧道道中,每每次检查查之间的的间隔时时间应该该比较短短。这主主要是由由于空气气温度差差别很大大的效应应。论述述折射及及其效应应的题目目有大量量的文献献资料,此处不不再详述述。在隧隧道测量量时必须须始终考考虑这一一效应。低估这这个问题题可能会会引起严严重的困困难,尤尤其在长长隧道中中。我们们采用棱棱镜法来来对盾构构机的姿姿态进行行检查。在盾构构机内有有18个个参考点点(M88螺母),这些些点在盾盾构机构构建之前前就已经经定好位位了,它它们相对对于盾构构机的轴轴线有一一定的参参数关系系(见表表1),即它们们与盾构构机的轴轴线构成成局部坐坐标系(见图22)。在在进行测测量时,只要将将特制的的适配螺螺栓旋到到M8螺螺母内,再装上上棱镜。现在这这些参考考点的测测量可以以达到毫毫米的精精度。已已知的坐坐标和测测得的坐坐标经过过三维转转换,与与设计坐坐标比较较,就可可以计算算出盾构构机的姿姿态和位位置参数数等。下下面来说说明如何何用棱镜镜法来计计算

6、盾构构机的姿姿态和位位置。我我们利用用洞内地地下导线线控制点点,只要要测出118个参参考点中中的任意意三个点点(最好好取左、中、右右三个点点)的实实际三维维坐标,就可以以计算盾盾构机的的姿态。对于以以盾构机机轴线为为坐标系系的局部部坐标来来说,无无论盾构构机如何何旋转和和倾斜,这些参参考点与与盾构机机的盾首首中心和和盾尾中中心的空空间距离离是不会会变的,他们始始终保持持一定的的值,这这些值我我们可以以从它的的局部坐坐标计算算出来。假设我我们已经经测出左左,中,右(33,8,15号号)三个个参考点点的实际际三维坐坐标,分分别为(X1,Y1,Z1),(XX2,YY2,ZZ2),(X33,Y33,Z33),并并设未知知量为盾盾首中心心的实际际三维坐坐标(XX首,YY首,ZZ首)和和盾尾中中心的实实际三维维坐标(X尾,Y尾,Z尾),从图图2中可可以看出出,在以以盾构机机轴线构构成局部部坐标系系中,盾盾首中心心为坐标标原点,坐标为为(0,0,00),盾盾尾中心心坐标为为(-44 344,0,0)。从表11中也可可以看出出各参考考点在局局部坐标标系的坐坐标值。三个方程程三个未未知量,采用专专业软件

7、件解算方方程组。我们测测出某一一里程盾盾构机上上三个参参数点(3,88,155)的实实际三维维坐标分分别为:从以上数数据可以以得知,在与对对应里程程上盾首首中心和和盾尾中中心设计计的三维维坐标比比较后,就可以以得出盾盾构机轴轴线与设设计轴线线的左右右偏差值值和上下下偏差值值,以及及盾构机机的坡度度,这就就是盾构构机的姿姿态。把把计算得得出的盾盾构机姿姿态与自自动导向向系统在在计算机机屏幕上上显示的的姿态作作比较,据我们们的实践践经验,只要两两者的差差值不大大于100mm,就可以以认为自自动导向向系统是是正确的的。5 结束束语在南南京地铁铁一号线线中,张张府园三山街街区间隧隧道分为为上行线线和下行行线两条条互相平平行的线线路,即即往返两两条隧道道。在这这两个区区间段的的实际应应用中,曾多次次采用棱棱镜法检检核盾构构机姿态态,两者者的偏差差值较差差均不大大于100mm,证明了了该方法法在检核核自动导导向系统统的正确确性是可可靠有效效的。在在贯通测测量中,由于采采用了以以上一系系列的方方法和措措施,以以及先进进的自动动导向系系统指导导推进,上行线线于20002年年9月准准确贯通通,经甲甲方检测测,平面面贯通误误差为118mmm,高程程贯通误误差为22mm;下行线线于122月准确确贯通,平面贯贯通误差差为200mm,高程贯贯通误差差为3mmm,均均能很好好的满足足贯通误误差不大大于500mm的的要求。参考文文献11李李青岳.工程测测量学.北京:测绘出出版社,19884.2王兆祥祥等.铁铁路工程程测量.北京:测绘出出版社,19888.3中华人人民共和和国国家家标准.地下铁铁道、轻轻轨交通通工程测测量规范范GB5503008-119999.北京京:中国国计划出出版社,20000. 文章来源源： 工程勘勘察原原作者：冯冬健健,潘庆庆林,张张凤梅

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