地铁盾构施工测量

地铁盾构施工测量地铁盾构施工测量 1 控制测量控制测量 1.1 平面控制测量平面控制测量: 1.1.1 平面控制测量概述平面控制测量概述: 地铁施工领域里平面控制网分两级布设，首级为地铁施工领域里平面控制网分两级布设，首级为 GPS 控控 制网，二级为精密导线网。施工前业主会提供一定数量的制网，二级为精密导线网。施工前业主会提供一定数量的 GPS 点和精密导线点以满足施工单位的需要。施工单位需点和精密导线点以满足施工单位的需要。施工单位需 要做的是在业主给定的平面控制点上加密地面精密导线点要做的是在业主给定的平面控制点上加密地面精密导线点 ，然后是为了向洞内投点定向而做联系测量，最后是在洞，然后是为了向洞内投点定向而做联系测量，最后是在洞 内为了保证隧道的掘进而做施工控制导线测量。不管是地内为了保证隧道的掘进而做施工控制导线测量。不管是地 面精密导线还是洞内施工控制导线都是精密导线测量，虽面精密导线还是洞内施工控制导线都是精密导线测量，虽 然边长不满足四等导线的要求，但是基本上是采用四等导然边长不满足四等导线的要求，但是基本上是采用四等导 线的技术要求施测，其中具体技术要求在线的技术要求施测，其中具体技术要求在地下铁道、轻地下铁道、轻 轨交通工程测量规范轨交通工程测量规范都有规定。都有规定。 1.1.2 地面平面控制测量：地面平面控制测量： 在业主交接桩后，施工单位要马上对所交桩位进行复测在业主交接桩后，施工单位要马上对所交桩位进行复测 。业主交桩数量有限，不一定能很好地满足施工的需要，。业主交桩数量有限，不一定能很好地满足施工的需要， 所以经常要在业主所交桩的基础上加密精密导线点，以方所以经常要在业主所交桩的基础上加密精密导线点，以方 便施工。特别是在始发井附近，一定要保证有足够数量的便施工。特别是在始发井附近，一定要保证有足够数量的 控制点，不少于个。其具体技术要求在控制点，不少于个。其具体技术要求在地下铁道、轻地下铁道、轻 轨交通工程测量规范轨交通工程测量规范都有规定。都有规定。 1.1.3 洞内平面控制测量洞内平面控制测量 洞内施工控制导线一般采用支导线的形式向里传递。但洞内施工控制导线一般采用支导线的形式向里传递。但 是支导线没有检核条件，很容易出错，所以最好采用双支是支导线没有检核条件，很容易出错，所以最好采用双支 导线的形式向前传递。然后在双支导线的前面连接起来，导线的形式向前传递。然后在双支导线的前面连接起来， 构成附合导线的形式，以便平定测量精度。洞内施工控制构成附合导线的形式，以便平定测量精度。洞内施工控制 导线一般采用在管片最大跨度附近安装牵制对中托架，测导线一般采用在管片最大跨度附近安装牵制对中托架，测 量起来非常方便，且可以提高对中精度，还不影响洞内运量起来非常方便，且可以提高对中精度，还不影响洞内运 输。强制对中托架尺寸形状要控制好，以便可以直接安装输。强制对中托架尺寸形状要控制好，以便可以直接安装 在管片的螺栓上面，不需要电钻打眼安装。由于盾构施工在管片的螺栓上面，不需要电钻打眼安装。由于盾构施工 一般都是双线隧道错开一般都是双线隧道错开 50 环左右掘进，如果错开环数很大环左右掘进，如果错开环数很大 ，后面掘进的盾构机由于推力很大，会对前面另一个洞的，后面掘进的盾构机由于推力很大，会对前面另一个洞的 导线点产生影响。特别是在左右线间距较小岩层很软时，导线点产生影响。特别是在左右线间距较小岩层很软时， 影响很大，很容易导致测量出大错。还有就是如果在曲线影响很大，很容易导致测量出大错。还有就是如果在曲线 隧道里，管片上的导线点间的边角关系经常受盾构机的推隧道里，管片上的导线点间的边角关系经常受盾构机的推 力和地质条件的影响，所以要经常复测。力和地质条件的影响，所以要经常复测。 1.2 高程控制测量：高程控制测量： 1.2.1 高程控制测量概述：高程控制测量概述： 高程控制测量主要包括地面精密水准测量和高程传递测高程控制测量主要包括地面精密水准测量和高程传递测 量及洞内精密水准测量，在广州地铁领域里的精密水准测量及洞内精密水准测量，在广州地铁领域里的精密水准测 量也就是城市二等水准测量。不管是地面还是洞内都采用量也就是城市二等水准测量。不管是地面还是洞内都采用 的是城市二等水准测量。其技术要求在的是城市二等水准测量。其技术要求在地下铁道、轻轨地下铁道、轻轨 交通工程测量规范交通工程测量规范都有规定。都有规定。 1.2.2 地面高程控制测量地面高程控制测量 地面水准测量按城市二等水准的要求施测。地面水准测量按城市二等水准的要求施测。 1.2.3 洞内高程控制测量洞内高程控制测量 洞内由于轨道上钢枕太多，轨道下的泥水经常盖到钢枕洞内由于轨道上钢枕太多，轨道下的泥水经常盖到钢枕 上来了，立尺很不方便，用水准仪配因钢尺测量非常麻烦上来了，立尺很不方便，用水准仪配因钢尺测量非常麻烦 。而采用全站仪三角高程测高差的办法传递高程就很方便。而采用全站仪三角高程测高差的办法传递高程就很方便 。见图。见图 1。当然此时一定要保证前后视的棱镜高要不变，。当然此时一定要保证前后视的棱镜高要不变， 由于不需要量仪器高，而是通过测量前后两个点的高差来由于不需要量仪器高，而是通过测量前后两个点的高差来 传递高程，所以往返观测取平均值精度可以满足施工的需传递高程，所以往返观测取平均值精度可以满足施工的需 要。这在我们仑官区间左、右线都得到证实，仑官区间约要。这在我们仑官区间左、右线都得到证实，仑官区间约 1.5 公里，高程贯通误差左线是公里，高程贯通误差左线是 8、右线都在、右线都在 11左右左右 。 图图 1 全站仪三角高程测量传递高程全站仪三角高程测量传递高程 1.3 联系测量联系测量 1.3.1 定向测量定向测量 地铁施工规定，在任何贯通面上，地下测量控制网的贯地铁施工规定，在任何贯通面上，地下测量控制网的贯 通中误差，横向不超过通中误差，横向不超过，竖向不超过，竖向不超过。联。联 系测量主要有一井定向（联系三角形定向）、两井定向、系测量主要有一井定向（联系三角形定向）、两井定向、 铅垂仪陀螺经纬仪联合定向、导线定向四中方式，其中我铅垂仪陀螺经纬仪联合定向、导线定向四中方式，其中我 们施工单位一般都没有陀螺经纬仪，所以很少采用铅垂仪们施工单位一般都没有陀螺经纬仪，所以很少采用铅垂仪 陀螺经纬仪联合定向。用导线定向精度最好且最方便，但陀螺经纬仪联合定向。用导线定向精度最好且最方便，但 是用导线定向受始发井的长度和深度制约，一般也很少用是用导线定向受始发井的长度和深度制约，一般也很少用 。所以一般都采用一井定向（联系三角形定向）或两井定。所以一般都采用一井定向（联系三角形定向）或两井定 向，其中用两井定向受地面及洞内各种因素的制约要少，向，其中用两井定向受地面及洞内各种因素的制约要少， 很方便，但是在同样的始发井长度和深度的情况下最好采很方便，但是在同样的始发井长度和深度的情况下最好采 用一井定向（联系三角形定向），这样有利于提高井下定用一井定向（联系三角形定向），这样有利于提高井下定 向的精度。这在我们仑大始发井的多次联系测量中得到证向的精度。这在我们仑大始发井的多次联系测量中得到证 实。虽然一井定向（联系三角形定向）对场地要求较高，实。虽然一井定向（联系三角形定向）对场地要求较高， 做起来也很麻烦，但是定向精度很有保证。联系测量向洞做起来也很麻烦，但是定向精度很有保证。联系测量向洞 内投点时把点间距尽量拉大些，在始发井底板，最好投四内投点时把点间距尽量拉大些，在始发井底板，最好投四 个点，保证始发井两端都各有两个控制点。且尽量保证每个点，保证始发井两端都各有两个控制点。且尽量保证每 次联系测量投点时都投在这四个点上。以便取多次联系测次联系测量投点时都投在这四个点上。以便取多次联系测 量的加权平均值做为最终的始发控制点坐标。量的加权平均值做为最终的始发控制点坐标。 图图 2 一井定向联系测量示意图一井定向联系测量示意图 图图 3 两井定向联系测量示意图两井定向联系测量示意图 1.3.2 高程传递测量高程传递测量 向洞内传递高程一般采用悬挂钢尺的方法，一定要注意向洞内传递高程一般采用悬挂钢尺的方法，一定要注意 加温度和尺长改正，才能保证导入井下的水准点的精度。加温度和尺长改正，才能保证导入井下的水准点的精度。 如果有斜井或通道，也可以用水准测量的方法向井下传递如果有斜井或通道，也可以用水准测量的方法向井下传递 高程。如果全站仪的仰俯角不大的话还可以直接用全站仪高程。如果全站仪的仰俯角不大的话还可以直接用全站仪 三角高程测高差的办法传递高程。三角高程测高差的办法传递高程。 图图 4 钢尺导入法传递高程钢尺导入法传递高程 2 导向系统导向系统: 2.1 导向系统介绍导向系统介绍 2.1.1VMT 导向系统概述：导向系统概述： 在掘进隧道的过程中在掘进隧道的过程中,为了避免隧道掘进机为了避免隧道掘进机(TBM)发生发生 意外的运动及方向的突然改变意外的运动及方向的突然改变, 必须对必须对 TBM 的位置和的位置和 DT A(隧道设计轴线隧道设计轴线)的相对位置关系进行持续地监控测量。的相对位置关系进行持续地监控测量。T BM 能够按照设计路线精确地掘进，则对掘进各个方面都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）。这就是有好处（计划更精确，施工质量更高）。这就是 TBM 采用采用 “导向系统导向系统”（SLS）的原因。德国）的原因。德国 VMT 公司的公司的 SLS-T 系系 统就是为此而开发，该系统为使统就是为此而开发，该系统为使 TBM 沿设计轴线（理论轴沿设计轴线（理论轴 线）掘进提供所有重要的数据信息。线）掘进提供所有重要的数据信息。SLS-T 系统功能完美系统功能完美 ，操作简单。，操作简单。 2.1.2 导向系统基本组成与功能导向系统基本组成与功能 导向系统是由激光全站仪（导向系统是由激光全站仪（TCA）、中央控制箱、）、中央控制箱、ESL 靶、黄盒子和计算机及掘进软件组成。其组成见下图：靶、黄盒子和计算机及掘进软件组成。其组成见下图： 图图 5 导向系统组成导向系统组成 2.1.2.1 全站仪全站仪(TCA) 具有伺服马达，可以自动照准目标和跟踪，并可发射激具有伺服马达，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，光束，主要用于后视定向，测量距离、水平角和竖直角， 并将测量结果传输到计算机。并将测量结果传输到计算机。 2.1.2.2ESL 靶靶 也称光靶板，是一台智能性型的传感器。也称光靶板，是一台智能性型的传感器。ELS 接收全站接收全站 仪发射的激光束，测定水平和垂直方向的入射点。偏角由仪发射的激光束，测定水平和垂直方向的入射点。偏角由 E LS 上激光的入射角确认，坡度由该系统内的倾斜仪测量。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，即对在盾构机体上的位置是确定的，即对 TBM 坐标系的坐标系的 位置是确定的。位置是确定的。 2.1.2.3 中央控制箱中央控制箱 主要的接口箱，它为黄盒子（继而为激光全站仪）及主要的接口箱，它为黄盒子（继而为激光全站仪）及 EL S 靶提供电源。靶提供电源。 2.1.2.4 黄盒子黄盒子 它主要为全站仪供电，保证全站仪工作和与计算机之间它主要为全站仪供电，保证全站仪工作和与计算机之间 的通信和数据传输。的通信和数据传输。 2.1.2.5 计算机及掘进软件计算机及掘进软件 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，通过计算机分别与全站仪和 ELS 通信接收数据，盾构机通信接收数据，盾构机 在线路平、剖面上的位置计算出来后，以数字和图形在计在线路平、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。如下图所示：算机上显示出来。如下图所示： 图图 6 VMT 导向系统盾构姿态显示导向系统盾构姿态显示 2.1.3 导向基本原理导向基本原理 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一基准点（后视靶棱镜）定位后。全站仪自动掉过方向来 ，收寻，收寻 ELS 靶，靶， ELS 接收入射的激光定向光束，即可获接收入射的激光定向光束，即可获 取激光站至取激光站至 ELS 靶间的方位角、竖直角，通过靶间的方位角、竖直角，通过 ELS 棱镜棱镜 和激光全站仪就可以测量出激光站至和激光全站仪就可以测量出激光站至 ELS 靶间的距离。靶间的距离。T BM 的仰俯角和滚动角通过的仰俯角和滚动角通过 ELS 靶内的倾斜计来测定。靶内的倾斜计来测定。EL S 靶将各项测量数据传向主控计算机，计算机将所有测量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，就可以确定数据汇总，就可以确定 TBM 在全球坐标系统中的精确位置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。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。（隧道设计轴线）比较，就可以显示盾构机的姿态了。 2.2 导向系统应用导向系统应用 2.2.1 始发托架和反力架定位始发托架和反力架定位 盾构机初始状态主要决定于始发托架和反力架的安装，盾构机初始状态主要决定于始发托架和反力架的安装， 因此始发托架的定位在整个盾构施工测量过程中显得格外因此始发托架的定位在整个盾构施工测量过程中显得格外 重要。盾构机在曲线段始发方式通常有两种：切线始发和重要。盾构机在曲线段始发方式通常有两种：切线始发和 割线始发，两种始发方式示意图见下图割线始发，两种始发方式示意图见下图 7： 图图 7 切线和割线始发示意图切线和割线始发示意图 始发托架的高程要比设计提高约始发托架的高程要比设计提高约 15，以消除盾构机，以消除盾构机 入洞后入洞后“栽头栽头”的影响。反力架的安装位置由始发托架来决的影响。反力架的安装位置由始发托架来决 定，反力架的支撑面要与隧道的中心轴线的法线平行，其定，反力架的支撑面要与隧道的中心轴线的法线平行，其 倾角要与线路坡度保持一致。倾角要与线路坡度保持一致。 2.2.2 移站移站 2.2.2.1 激光站人工移站激光站人工移站 盾构机的掘进时的姿态控制是通过全站仪的实时测设盾构机的掘进时的姿态控制是通过全站仪的实时测设 EL S 的坐标，反算出盾构机盾首、盾尾的实际三维坐标，通的坐标，反算出盾构机盾首、盾尾的实际三维坐标，通 过比较实测三维坐标与过比较实测三维坐标与 DTA 三维坐标，从而得出盾构姿态三维坐标，从而得出盾构姿态 参数。随着盾构机的往前推进，每隔规定的距离就必须进参数。随着盾构机的往前推进，每隔规定的距离就必须进 行激光站的移站。激光站的支架用角钢和钢板做成可以安行激光站的移站。激光站的支架用角钢和钢板做成可以安 装在管片螺栓的托架形似装在管片螺栓的托架形似, 托架的底板采用托架的底板采用 4004001 0mm 钢板，底板中心焊上仪器连接螺栓钢板，底板中心焊上仪器连接螺栓,长长 1。采取强。采取强 制对中，减少仪器对中误差。托架安装位置在隧道右侧顶制对中，减少仪器对中误差。托架安装位置在隧道右侧顶 部不受行车的影响和破坏的地方。安装时，用水平尺大致部不受行车的影响和破坏的地方。安装时，用水平尺大致 调平托架底板后，将其固定好，然后可以安装前视棱镜或调平托架底板后，将其固定好，然后可以安装前视棱镜或 仪器。托架示意图如下图仪器。托架示意图如下图 8： 图图 8 激光站的托架示意图激光站的托架示意图 一般在后视靶托架即将脱出盾构机最后一节台车后进行一般在后视靶托架即将脱出盾构机最后一节台车后进行 ，这样就可以直接站在盾构机上移站，不需要搭楼梯，既，这样就可以直接站在盾构机上移站，不需要搭楼梯，既 安全又方便。把前视棱镜安装在后视托架后，测量出棱镜安全又方便。把前视棱镜安装在后视托架后，测量出棱镜 中心到托架底板的高程，然后直接从下面的测站采用极坐中心到托架底板的高程，然后直接从下面的测站采用极坐 标测量方式测出托架的三维坐标。然后在后视靶托架上设标测量方式测出托架的三维坐标。然后在后视靶托架上设 站，前视直接采用极坐标测量方式测出激光站托架的三维站，前视直接采用极坐标测量方式测出激光站托架的三维 坐标。然后把后视棱镜安装在后视靶托架上，把激光全站坐标。然后把后视棱镜安装在后视靶托架上，把激光全站 仪安装在激光站托架上整平，把黄盒子固定好，给全站仪仪安装在激光站托架上整平，把黄盒子固定好，给全站仪 接上电源，手动把全站仪瞄准后视棱镜，瞄准的精度在接上电源，手动把全站仪瞄准后视棱镜，瞄准的精度在1 0左右，然后把全站仪电源关闭。接着在主空室里，启动左右，然后把全站仪电源关闭。接着在主空室里，启动 SLS-T，按，按“编辑器编辑器F2”进入编辑器窗口，进入激光站编进入编辑器窗口，进入激光站编 辑窗口，输入激光全站仪中心和后视靶棱镜中心的三维坐辑窗口，输入激光全站仪中心和后视靶棱镜中心的三维坐 标。按标。按“保存保存”键保存，然后关闭编辑器窗口。再按键保存，然后关闭编辑器窗口。再按“定位定位 F5”键，给激光全站仪定位。定位完成后，再按键，给激光全站仪定位。定位完成后，再按“方位检查方位检查 F5”键，检查激光站和后视棱镜的坐标有没有错误。如果键，检查激光站和后视棱镜的坐标有没有错误。如果 超限，将会显示差值，如果不超限，那么将不显示。最后超限，将会显示差值，如果不超限，那么将不显示。最后 再按再按“推进推进F4”就完成了激光站的人工移站的全过程。就完成了激光站的人工移站的全过程。 2.2.2.2 激光站自动移站激光站自动移站 VMT 导向软件导向软件 SLST 有激光站自动移站功能，移站有激光站自动移站功能，移站 的过程除了托架和全站仪及后视棱镜的安装，其它测量工的过程除了托架和全站仪及后视棱镜的安装，其它测量工 作都可以通过此功能完成。作都可以通过此功能完成。 操作流程为：操作流程为： 程序的启动及后续测量工作在主控室进行。此时程序的启动及后续测量工作在主控室进行。此时 SLS-T 软件处于软件处于“管片拼装管片拼装”状态，按功能键状态，按功能键 F3，关闭测量后，通，关闭测量后，通 过功能键过功能键“激光站移站激光站移站F6”来启动程序。在初始窗口中，来启动程序。在初始窗口中， 按下按钮按下按钮“测量开始测量开始F2”，启动方位检测程序。方位检测，启动方位检测程序。方位检测 被成功的执行后，显示检测结果，在得到理想的结果后，被成功的执行后，显示检测结果，在得到理想的结果后， 按下按下 F2 确认后方位检测的结果。在测定新激光站点坐标前确认后方位检测的结果。在测定新激光站点坐标前 ，事先在信息输入窗口中输入如下信息：水平与垂直方向，事先在信息输入窗口中输入如下信息：水平与垂直方向 上偏移的近似值及新激光站点的大致里程；当前棱镜的高上偏移的近似值及新激光站点的大致里程；当前棱镜的高 度及仪器的高度；新站点的点位编码。在信息输入窗口下度及仪器的高度；新站点的点位编码。在信息输入窗口下 ，按下，按下 F2 键启动程序。全站仪自动搜索到前视棱镜（即新键启动程序。全站仪自动搜索到前视棱镜（即新 激光站点）后，自动瞄准棱镜进行测量。屏幕显示计算出激光站点）后，自动瞄准棱镜进行测量。屏幕显示计算出 来的新激光站点坐标。在测定新激光站坐标时，为避免获来的新激光站点坐标。在测定新激光站坐标时，为避免获 得错误的数据，须遮盖住其他的反射棱镜。新激光站点的得错误的数据，须遮盖住其他的反射棱镜。新激光站点的 坐标测定后，将全站仪和后视棱镜转移到新的位置。全站坐标测定后，将全站仪和后视棱镜转移到新的位置。全站 仪和后视棱镜转移到新的位置后，主控室按功能键仪和后视棱镜转移到新的位置后，主控室按功能键 F2 进行进行 确认，新的信息窗口会显示新激光站点三维坐标，然后将确认，新的信息窗口会显示新激光站点三维坐标，然后将 新激光站点上的全站仪手动转向新的后视点即原先的激光新激光站点上的全站仪手动转向新的后视点即原先的激光 站，按下站，按下 F2，重新调整定位全站仪上的刻度。成功执行上，重新调整定位全站仪上的刻度。成功执行上 述的步骤后，出现一新的信息窗口。通过按下述的步骤后，出现一新的信息窗口。通过按下 F2 功能键完功能键完 成激光站移站程序。成激光站移站程序。 2.2.2.3 激光站的人工检查激光站的人工检查 在推进的过程中，可能会由于安装托架的管片出现沉降在推进的过程中，可能会由于安装托架的管片出现沉降 、位移或托架被碰动，使激光站点或后视靶的位置发生变、位移或托架被碰动，使激光站点或后视靶的位置发生变 化，从而全站仪测得错误的盾构机姿态信息。为了保证激化，从而全站仪测得错误的盾构机姿态信息。为了保证激 光全站仪的准确定位，在光全站仪的准确定位，在 SLS-T 软件的状态为软件的状态为“推进推进”时，时， 通过功能键通过功能键 F5 对全站仪的定位进行检查，如果测得的后视对全站仪的定位进行检查，如果测得的后视 靶的值超过了在编辑器中设定的限值时，需要对激光站进靶的值超过了在编辑器中设定的限值时，需要对激光站进 行人工检查。检查方法是利用洞内精密导线点对激光站点行人工检查。检查方法是利用洞内精密导线点对激光站点 及后视靶点位置进行测量，重新确定两点的三维坐标。设及后视靶点位置进行测量，重新确定两点的三维坐标。设 站导线点尽量选择在右侧管片侧壁上的强制对中导线点，站导线点尽量选择在右侧管片侧壁上的强制对中导线点， 这样建测站时能够一次建站测算出两个点位的坐标，避免这样建测站时能够一次建站测算出两个点位的坐标，避免 误差的积累。当不满足上述建站条件时，从隧道内主控制误差的积累。当不满足上述建站条件时，从隧道内主控制 导线点引测至后视靶托架上，在托架上建立测站，测定激导线点引测至后视靶托架上，在托架上建立测站，测定激 光站点的三维坐标。光站点的三维坐标。 2.3 导向系统维护与检修导向系统维护与检修 2.3.1 导向系统维护导向系统维护 2.3.1.1ELS 靶：靶： 1.由于由于 ELS 靶的安装位置附近有注浆管，在注浆的过程靶的安装位置附近有注浆管，在注浆的过程 中很容易被人碰到，而前面板是玻璃作成的，容易被破坏中很容易被人碰到，而前面板是玻璃作成的，容易被破坏 特别是特别是 ELS 棱镜更是容易被工人碰动，在没有对棱镜更是容易被工人碰动，在没有对 ELS 靶靶 进行保护之前，我们的进行保护之前，我们的 ELS 棱镜曾多次被工人碰掉，对掘棱镜曾多次被工人碰掉，对掘 进造成不小影响。后来我们在进造成不小影响。后来我们在 ELS 靶的四周用靶的四周用 4 块木板保块木板保 护起来后，就再也没有人碰掉护起来后，就再也没有人碰掉 ELS 棱镜了；棱镜了；2.ELS 靶前面靶前面 板保护屏要经常擦干净，防止激光接收靶接收的信号太弱板保护屏要经常擦干净，防止激光接收靶接收的信号太弱 ；3. ELS 靶附近不能有强光，强光会使靶附近不能有强光，强光会使 VMT 姿态显示不姿态显示不 正常。正常。 2.3.1.2 电缆：电缆： 在前期我们按常规安装好导向系统传输电缆卷后，在盾在前期我们按常规安装好导向系统传输电缆卷后，在盾 构机向前推进的过程中，经常把传输电缆拉断。严重的时构机向前推进的过程中，经常把传输电缆拉断。严重的时 候，甚至把激光站托架都拉动，把黄盒子拉掉，还威胁到候，甚至把激光站托架都拉动，把黄盒子拉掉，还威胁到 激光全站仪的安全，极大地破坏了导向系统。为了克服这激光全站仪的安全，极大地破坏了导向系统。为了克服这 个问题，我们采用了三种办法。个问题，我们采用了三种办法。1.把在导向系统的传输电把在导向系统的传输电 缆卷安装在激光站的前面，这样盾构机推进时，电缆一直缆卷安装在激光站的前面，这样盾构机推进时，电缆一直 是顺着拉；是顺着拉；2.在盾构机电缆经过的地方用安全网覆盖，把在盾构机电缆经过的地方用安全网覆盖，把 盾构机上的各个突起物盖住，防止勾断电缆；盾构机上的各个突起物盖住，防止勾断电缆；3.通过加强通过加强 平时的巡视，经常整理传输电缆。通过以上办法后，电缆平时的巡视，经常整理传输电缆。通过以上办法后，电缆 再也没有被拉断过。再也没有被拉断过。 2.3.1.3 激光站和黄盒子：激光站和黄盒子： 1.在始发时，由于激光站托架是安装在竖井里面，激光在始发时，由于激光站托架是安装在竖井里面，激光 全站仪和黄盒子容易被雨水淋湿，一定要加以保护。全站仪和黄盒子容易被雨水淋湿，一定要加以保护。2.在在 隧道里面时，由于工人冲洗管片时，容易被水浇湿，需要隧道里面时，由于工人冲洗管片时，容易被水浇湿，需要 经常提醒掘进工人。激光全站仪和黄盒子要经常擦干净、经常提醒掘进工人。激光全站仪和黄盒子要经常擦干净、 凉干。凉干。 2.3.2 导向系统故障处理导向系统故障处理 2.3.2.1ELS 靶：靶： 1. ELS 靶的前面板被注浆的浆液覆盖，靶的前面板被注浆的浆液覆盖，ELS 靶接收到靶接收到 的激光信号不够强，导致不工作，处理办法是把前面板的的激光信号不够强，导致不工作，处理办法是把前面板的 覆盖物清理干净；覆盖物清理干净；2.ELS 靶的前面板附近有很强的光源，靶的前面板附近有很强的光源， 严重干扰了严重干扰了 ELS 靶对激光信号的接收，导致靶对激光信号的接收，导致 VMT 显示不显示不 正常，处理办法是把光源移开；正常，处理办法是把光源移开；3.ELS 靶的温度太高，导靶的温度太高，导 致致 ELS 靶不工作，处理办法是用湿毛巾冷敷靶不工作，处理办法是用湿毛巾冷敷 ELS 靶降温靶降温 。4.ELS 靶和激光站之间空间被人或其他东西挡了，导致靶和激光站之间空间被人或其他东西挡了，导致 ELS 靶接收不到激光信号，处理办法把障碍物移开，如果靶接收不到激光信号，处理办法把障碍物移开，如果 移不动，就移激光站，把激光站向前移到适当位置。移不动，就移激光站，把激光站向前移到适当位置。 2.3.2.2 激光全站仪：激光全站仪： 1.激光全站仪被水淋了，不能正常工作，处理办法是把激光全站仪被水淋了，不能正常工作，处理办法是把 全站仪卸下来，擦干净凉干；全站仪卸下来，擦干净凉干；2. 全站仪的气泡偏了，全站仪的气泡偏了，VM T 显示姿态偏差变大，处理办法是把全站仪再次整平，然后显示姿态偏差变大，处理办法是把全站仪再次整平，然后 做一下全站仪方位检查，如果检查超限，就需要重新测定做一下全站仪方位检查，如果检查超限，就需要重新测定 激光站的坐标，千万不要在不测定变动后的激光站坐标的激光站的坐标，千万不要在不测定变动后的激光站坐标的 情况下重新定位测量。这样只能误导情况下重新定位测量。这样只能误导 VMT 导向系统给出错导向系统给出错 误导向。如果检查未超限，就直接重新整平仪器，重新定误导向。如果检查未超限，就直接重新整平仪器，重新定 位测量。位测量。3.全站仪在定位时没有关掉全站仪的电源，定不全站仪在定位时没有关掉全站仪的电源，定不 了位，处理办法是把全站仪的电源关掉，重新启动定位程了位，处理办法是把全站仪的电源关掉，重新启动定位程 序。序。4.全站仪找不到全站仪找不到 ELS 靶，处理办法是首先看全站仪与靶，处理办法是首先看全站仪与 ELS 靶之间的空间有没有障碍物挡，如果有，将其移开。靶之间的空间有没有障碍物挡，如果有，将其移开。 如果还收寻不到，就人工测量出激光站至如果还收寻不到，就人工测量出激光站至 ELS 靶的方位，靶的方位， 手动输入到激光站编辑器里的方位当前值里。手动输入到激光站编辑器里的方位当前值里。 2.3.2.3 电缆：电缆： 电缆被拉断，导致不能传输数据或电流。处理办法是沿电缆被拉断，导致不能传输数据或电流。处理办法是沿 着线路一直排查，直到找到断裂出，把电缆接好。着线路一直排查，直到找到断裂出，把电缆接好。 3.盾构姿态人工复测盾构姿态人工复测 3.1 盾构姿态人工检测概述盾构姿态人工检测概述 在盾构施工的过程中，为了保证导向系统的正确性和可在盾构施工的过程中，为了保证导向系统的正确性和可 靠性，在盾构机掘进一定的长度或时间之后，应通过洞内靠性，在盾构机掘进一定的长度或时间之后，应通过洞内 的独立导线独立的检测盾构机的姿态，即进行盾构姿态的的独立导线独立的检测盾构机的姿态，即进行盾构姿态的 人工检测。盾构施工中所用到的坐标系统有三种：全球坐人工检测。盾构施工中所用到的坐标系统有三种：全球坐 标系统、标系统、 DTA 坐标系、坐标系、TBM 坐标系。坐标系。 3.2 盾构机参考点的测量盾构机参考点的测量 在进行盾构机组装时，在进行盾构机组装时，VMT 公司的测量工程师就已经在盾公司的测量工程师就已经在盾 体上布置了盾构姿态测量的参考点体上布置了盾构姿态测量的参考点(共共 21 个个)，如图，如图 9。 并精确测定了各参考点在并精确测定了各参考点在 TBM 坐标系中的三维坐标。我们坐标系中的三维坐标。我们 在进行盾构姿态的人工检测时，可以直接利用在进行盾构姿态的人工检测时，可以直接利用 VMT 公司提公司提 供的相关数据来进行计算。其中盾体前参考点及后参考点供的相关数据来进行计算。其中盾体前参考点及后参考点 是虚拟的，实际是不存在的是虚拟的，实际是不存在的): 图图 9 S267 盾构机参考点的布置盾构机参考点的布置 盾构姿态人工检测的测站位置选在盾构机第一节台车的盾构姿态人工检测的测站位置选在盾构机第一节台车的 连接桥上连接桥上,此处通视条件非常理想此处通视条件非常理想,而且很好架设全站仪。只而且很好架设全站仪。只 要在连接桥上的中部焊上一个全站仪的连接螺栓就可以了要在连接桥上的中部焊上一个全站仪的连接螺栓就可以了 。测量时，应根据现场条件尽量使所选参考点之间连线距。测量时，应根据现场条件尽量使所选参考点之间连线距 离大一些，以保证计算时的精度，最好保证左、中、右各离大一些，以保证计算时的精度，最好保证左、中、右各 测量一两个点，这样就可以提高测量计算的精度。例如在测量一两个点，这样就可以提高测量计算的精度。例如在 我们在选择我们在选择 S267 盾构机的参考点时，即是选择的盾构机的参考点时，即是选择的 1、10 、21 三点作为盾构姿态人工检测的参考点。三点作为盾构姿态人工检测的参考点。 3.3 盾构姿态的计算盾构姿态的计算 3.3.1 盾构姿态的计算原理盾构姿态的计算原理 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。刀盘中心的坐标。 图图 10 盾构姿态计算原理图盾构姿态计算原理图 如图如图 A 点是盾构机刀盘中心，点是盾构机刀盘中心，E 是盾构机中体断面的中是盾构机中体断面的中 心点，即心点，即 AE 连线为盾构机的中心轴线，由连线为盾构机的中心轴线，由 A、B、C、D 、四点构成一个四面体，测量出、四点构成一个四面体，测量出 B、C、D 三个角点的三三个角点的三 维坐标（维坐标（xi,yi, zi）,根据三个点的三维坐标（根据三个点的三维坐标（xi, yi, zi） 分别计算出分别计算出 LAB, LAC, LAD, LBC, LBD,LCD, 四面体中的六四面体中的六 条边长，作为以后计算的初始值，在盾构机掘进过程中条边长，作为以后计算的初始值，在盾构机掘进过程中 Li 是不变的常量，通过对是不变的常量，通过对 B、C、D 三点的三维坐标测量来计三点的三维坐标测量来计 算出算出 A 点的三维坐标。同理，点的三维坐标。同理，B、C、D、E 四点也构成一四点也构成一 个四面体，相应地求得个四面体，相应地求得 E 点的三维坐标。由点的三维坐标。由 A、E 两点的两点的 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，由航，由 B、C、D 三点的三维坐标就能确定盾构机的仰俯角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。和滚动角，从而达到检测盾构机姿态的目的。 3.3.2 通过通过 AutoCAD 作图求解盾构姿态作图求解盾构姿态 通过几何解算盾构姿态方法的缺点是在内业计算时，如通过几何解算盾构姿态方法的缺点是在内业计算时，如 果用人工手算，其工作量相当大，而且难免出错，因此我果用人工手算，其工作量相当大，而且难免出错，因此我 们在进行解算时，是利用们在进行解算时，是利用 AutoCAD 进行作图求解，相对进行作图求解，相对 于用几何方法解算，速度要快很多。其操作过程如下：于用几何方法解算，速度要快很多。其操作过程如下： 首先是把隧道中心线（三维坐标）通过建立首先是把隧道中心线（三维坐标）通过建立 CAD 脚本文脚本文 件输入件输入 CAD 中，这个工作一个工地只要做一次。然后是把中，这个工作一个工地只要做一次。然后是把 所测参考点所测参考点 1、10、21 的坐标（三维）输入到的坐标（三维）输入到 CAD 里面里面 。分别以。分别以 1、10、21 为球心，以为球心，以 1、10、21 到前点的到前点的 距离为半径画球，求三个球的交集。用鼠标左键点击交集距离为半径画球，求三个球的交集。用鼠标左键点击交集 后的体，就可以找到两个端点，这两个端点到后的体，就可以找到两个端点，这两个端点到 1、10、21 的距离就分别等于的距离就分别等于 1、10、21 到前点的距离。然后根据到前点的距离。然后根据 盾构掘进的方向，舍去其中一个点。同样方法把后点在盾构掘进的方向，舍去其中一个点。同样方法把后点在 CA D 里画出来。由于后点通过求交集的方法求出的两个端点里画出来。由于后点通过求交集的方法求出的两个端点 距离很近，通过盾构机的掘进方向很南判断，于是通过前距离很近，通过盾构机的掘进方向很南判断，于是通过前 点到后点的距离是点到后点的距离是 3.9491 米来判断。画出前后点的位置米来判断。画出前后点的位置 后，通过前后点向隧道中线做垂线，通过测量垂线在水平后，通过前后点向隧道中线做垂线，通过测量垂线在水平 和垂直方向上偏离值来求解盾构机前后点的姿态。盾构机和垂直方向上偏离值来求解盾构机前后点的姿态。盾构机 的坡度的坡度=（ 为盾体前后参考点连线长度）为盾体前后参考点连线长度） 。根据测量平差理论可知，实际测量时，需要观测至少。根据测量平差理论可知，实际测量时，需要观测至少 4 个点位以上，观测的参考点越多，多余观测就越多，因此个点位以上，观测的参考点越多，多余观测就越多，因此 计算的精度就越高。比较计算的精度就越高。比较 VMT 导向系统测得的盾构姿态值导向系统测得的盾构姿态值 和人工检测的盾构姿态值，其精度基本上能达到和人工检测的盾构姿态值，其精度基本上能达到5mm 之之 内。内。 图图 11 盾构姿态盾构姿态 CAD 计算示意图计算示意图 4.管环检测管环检测 4.1 管环测量概述管环测量概述 由于在盾构掘进过程中，刚拼装的管环还没有来得及注由于在盾构掘进过程中，刚拼装的管环还没有来得及注 入双液浆加固，因此还不稳定，经常发生管环位移现象。入双液浆加固，因此还不稳定，经常发生管环位移现象。 有时位移量很大，特别是上浮，位移量大常常引起管环限有时位移量很大，特别是上浮，位移量大常常引起管环限 界超限。因为地铁施工中规定，拼装好的管环允许最大限界超限。因为地铁施工中规定，拼装好的管环允许最大限 界值是界值是10。为了防止管环的侵限，我们首先是提高控。为了防止管环的侵限，我们首先是提高控 制测量的精度外，其次是提高导线系统的精度，最后就是制测量的精度外，其次是提高导线系统的精度，最后就是 通过每天的管环测量，实测出管环的位移趋势，采取措施通过每天的管环测量，实测出管环的位移趋势，采取措施 尽量减小位移量。当然，管环测量还起到复核导向系统的尽量减小位移量。当然，管环测量还起到复核导向系统的 作用。作用。 4.2 管环测量方法管环测量方法 根据管环的内径是根据管环的内径是 2.7 米米, 采用铝合金制作一铝合金尺采用铝合金制作一铝合金尺, 铝合金尺长铝合金尺长 3.8 米（可根据实际情况调整长度）。在铝合米（可根据实际情况调整长度）。在铝合 金尺正中央，贴上一个反射贴片。根据管环、铝合金尺、金尺正中央，贴上一个反射贴片