盾构测量总结.docx

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盾构测量总结

盾构施工测量作业总结

一工程概况

轨道交通7号线西西区间隧道采用盾构法施工，隧道由两分离单洞组成，隧道结构采用两个单线圆形衬砌形式。

区间左线里程为DK0+600.000～DK2+283.587，长度1662.078m（含长链5.838m，短链27.347m）；右线里程为DK0+558.426～DK2+304.987，长度1752.073m（含长链5.512m），区间总长度为3414.151m。

二基本概念

1、桩号：

沿着道路前进方向，起点处的桩号是DK0+000，每隔一定距离（如100米）做1桩号标记，并在相应有需要的地方进行标记，但应以设计图纸上标明的为准。

2、断链：

指的是因局部改线或分段测量等原因造成的桩号不相连接的现象。

桩号重叠的称长链，桩号间断的称短链。

3、缓和曲线：

指的是平面线形中，在直线与圆曲线，圆曲线与圆曲线之间设置的曲率连续变化的曲线。

缓和曲线是道路平面线形要素之一，它是设置在直线与圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线。

4、坡度：

是地表单元陡缓的程度，通常把坡面的垂直高度H和水平距离L的比叫做坡度。

5、竖曲线：

在线路纵断面上，以变坡点为交点，连接两相邻坡段的曲线称为竖曲线。

6、方位角：

是在平面上量度物体之间的角度差的方法之一。

是从某点的指北方向线起，依顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角。

三联系测量

联系测量是将地面坐标系统和高程系统传递到地下，确定地下控制点、控制边，作为地下控制导线的起算数据，这一过程测量工作叫做联系测量。

将地面平面坐标系统传递到地下的测量称为平面联系测量，简称定向。

将地面高程系统传递到地下的测量称高程联系测量，简称导入高程。

联系测量工作应包括地面导线测量水准测量、通过竖井通道的定向测量和传递高程测量以及地下导线测量地下水准测量。

（本次以西西区间右线贯通前联系测量为例。

）测量控制网如图1-1所示。

图1-1联系测量控制网示意图

3.1导线联系测量

将测区内相邻控制点连成直线而构成的折线称为导线，其控制点称为导线点。

导线测量就是依次测定各导线边的长度和夹角，根据起算点的坐标和方位角推算各边的坐标和方位角。

导线布设有三种形式：

闭合导线、附和导线和支导线，根据施工现场条件以及精度要求选择埋设不同形式的导线点。

导线联系测量包括地面导线测量、双井定向坐标传递和洞内导线测量。

3.1.1地面导线测量

地面导线测量一般采用附和导线形式，以保证地面控制点的精度。

以西西区间右线贯通前联系测量地面控制网为例，采用武汉大学平差软件科傻输入相应的外业测量数据计算出控制点坐标及相对精度。

编写数据结构如下：

方向中误差，测距固定误差，距离比例误差

已知点名，X坐标，Y坐标

……

测站点

照准点，标识符，观测值

……

输入文件：

0.54,1,1

G705,24540.6321,104008.0547

G706,24084.6461,104199.9395

D7-011,24827.8073,104414.9140

D7-009,24940.2479,104529.4545

G706

G705,L,0

G705,S,494.7154

XLJ2,L,278.5242

XLJ2,S,93.977025

XLJ2

G706,L,0

G706,S,93.9753875

XLJ1,L,309.2008625

XLJ1,S,87.38485

XLJ1

XLJ2,L,0

XLJ2,S,87.385725

D7-014,L,163.2405

D7-014,S,271.783925

D7-014

XLJ1,L,0

XLJ1,S,271.783525

D7-013,L,173.4747375

D7-013,S,382.99465

D7-013

D7-014,L,0

D7-014,S,382.99695

D7-011,L,257.454425

D7-011,S,212.849925

D7-011

D7-013,L,0

D7-013,S,212.84925

D7-009,L,145.1032625

D7-009,S,160.5067

计算得到平差坐标：

G70524540.6321104008.0547

G70624084.6461104199.9395

D7-01124827.8073104414.9140

D7-00924940.2479104529.4545

XLJ224062.0016104108.7327

XLJ124140.9456104146.2058

D7-01424409.5354104187.7587

D7-01324792.1410104205.0735

平面闭合差计算结果

导线线路号:

1

线路点名:

D7-009D7-011D7-013D7-014XLJ1

XLJ2G706G705

角度闭合差:

-7.5（Sec）

X坐标闭合差:

-0.0037（M）

Y坐标闭合差:

0.0012（M）

总长度:

1.0490（KM）

相对精度:

1:

270473

3.1.2双井定向联系测量

结合地铁工程中地下铁道本身的特点采用两井定向传递平面坐标。

两井定向就是在两井筒中各挂一根垂球线，如图1-2所示。

此两垂球线在地面上下连线的坐标方位角保持不变，如通过地面测量确定此两垂球线的坐标，并计算其连线的坐标方位角后，再在井下通道中，用经纬仪导线对两垂球线联测，取一假定坐标系来确定地下两垂球线的假定方位角，然后将其与地面上确定的坐标方位角相比较，其差值便是地下假定坐标系统和地面坐标系统的方位差，这样便可确定地下导线在地面坐标系统中的坐标方位角。

图1-2两井定向示意图

（一）两井定向的外业

两井定向的外业包括投点和连接测量两部分。

根据现场实际情况，分别在车站右线的盾构始发井及其左线接收井处各投挂一根钢丝，采用单荷重投影法，在每根钢丝上下两端适当位置上粘贴棱镜片，分别为A、B。

在车站附近的加密导线点XLJ1、XLJ2上架设全站仪，测出两根钢丝到导线点的角度和距离，从而计算出1、2的坐标。

如图1-1所示，注意投点时先在钢丝上挂以较轻的荷重，徐徐将其下入井中，然后在井底换上作业重锤，放入盛有机油或阻尼液的桶内，但不能与桶壁接触。

桶在放入重锤后须加盖，以防滴水冲击。

在车站底板适当位置上埋设了两个个比较稳固的控制点，分别为1、2。

井下连接的任务是测设导线，目的是测定井下两个导线点1、2的坐标和所构成边的方位角，此两点即为盾构掘进的平面控制的依据。

（详见控制网布设图形）地面上测角和测距以及地下的导线测量均按精密导线测量的技术要求执行。

（二）两井定向的内业

以下为计算原理：

1、根据地面连接测量的成果,计算两垂球连线的方位角及长度，算出两垂球线的坐标XA、YA、XB、YB，根据算出的坐标，计算AB的方位角及长度:

AB=

2、根据假定坐标系统计算井下连接导线

假设A为坐标原点，A1边为x'轴方向，即XA’=YA’=0，

A1’=90°00′00″。

AB=

）

3、测量的计算和检验

用比较井上与井下算得的两垂球线间距离c和c′进行检查，由于两垂球的向地心性，差值

式中H——井筒深度；

R——地球的曲率半径。

应不超过井上、下连接测量中误差的两倍

式中

——井上、下连接导线的测角中误差；

——井上、下连接导线各点（不包括近井点到结点）到AB连线的垂直距离；

——井上、下连接导线各边（不包括近井点到结点）的量边误差；

——井上、下各导线边与AB连线的夹角。

4、按地面坐标系统计算井下导线各边的方位角及各点的坐标

若

为负数则应加360°

其他边的方位角为：

式中

——该边在假定坐标系中的假定方位角

5、测量和计算的第二个正确性的检验

将井下连接导线按地面坐标系统，由A算出B点的坐标与按地面连接算得的B点坐标的相对的闭合差符合井下所采用的连接导线的精度时，则井下连接导线的测量和计算正确，闭合差按与边长成比例分配（只对井下导线的坐标加以改正）。

6、两井定向应独立进行两次，其互差不得超过1′

按规定，两井定向必须独立进行两次，两次求得的起始边方位角互差不得超过1′，取两次独立定向计算结果的平均值作为两井定向井下连接导线的最终值。

7、使用软件计算：

实际计算中使用科傻软件输入相应测量数据进行计算，计算方法与地面导线测量计算方法相同。

3.1.3洞内导线测量

隧道洞内控制测量的目的：

在洞外控制测量基础上，保证隧道相向开挖的工作面能按规定的精度正确贯通，并使隧道内管片按设计位置和形状修建，不侵入规定限界，符合验收精度要求。

计算方法与地面导线测量计算方法相同。

3.2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。

近井水准测量示意图如图1-3近井水准路线示意图所示。

图1-3近井水准路线示意图

近井水准测量完成后，需将高程传至井下，西西区间采用的方法是在竖井内悬挂钢尺的方法进行高程传递测量时，应在钢尺上悬挂与钢尺鉴定时相同质量的重锤。

在地面和竖井内各安置一次水准仪，如图1-4所示，设地面安置仪器时对A点水准尺上的读书为a1，对钢尺的读书为b1；在竖井内安置仪器时，对钢尺的读书为a2，对B点水准尺上的读书为b2。

传递高程时，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。

高差应进行温度、尺长改正，当井深超过50m时应进行钢尺自重张力改正。

影响钢制卷尺的测量精度的三个因素：

温度、尺带的张力、尺带吊在半空测量时，因尺带的本身重力而引起的误差。

由此计算公式为：

温度的误差补正计算方法

计算式：

因温度发生误差=实测距离×尺带膨胀系数×（使用温度－20℃）

张力的误差补正计算方法

计算式：

因张力产生的误差=（实际测定张力－标准张力）×实测距离÷（伸缩弹性力×尺带截面面积）

因尺带自重张力引起的误差补正计算方法

计算式：

因尺带重力面引起的误差=（－）{（尺带单位重量×实测距离）²×实测距离}÷（24×实测时张力²）

图1-4高程传递示意图

高程联系测量求解举例（右线贯通前）：

四管片测量与计算

4.1管片测量

管片实测方法：

用自制铝合金杆水平放在管片内径上，然后在铝合金杆侧面正中位置贴上反射片，然后在水平尺的平面上放置水平尺（以保持铝合金杆水平）横向搁置在管片上，接着利用提前架设好的全站仪进行测量数据，管片测量示意图如图1-5所示。

水平方向就是利用全站仪测出反射片所在位置的坐标（即隧道中心坐标）。

垂直方向所测高程即是反射片所在位置高程，此高程加常数（铝合金杆制作好后根据已知数据求得此常数）即得到实测隧道中心轴线高程。

图1-5管片测量示意图

4.2隧道中心轴线的偏移计算

隧道中心轴线的偏移是通过比较同一桩号上的实测隧道中心与设计中心之间的水平和垂直方向上偏移距离。

沿隧道前进方向规定“左负有正”。

4.2.1偏移计算的具体方法

1．根据设计图纸在《道路之星》软件上编制相应程序（如图1-6、图1-7所示），将程序导入卡西欧fx-9750GⅡ计算器。

2．在计算器内输入相应的测量数据即可得到桩号和水平方向的偏距。

3．根据计算所得桩号利用高程计算原理即可得到设计高程。

实测高程与设计高程比较得到高差。

图1-6平面数据

图1-7纵断面数据

4.2.2竖曲线段设计高程的计算

线路纵断面是由许多不同坡度的坡段连接而成的。

坡度变化点成为变坡点，为了缓和坡度在变坡点处的急剧变化，使列车能够平稳通过，变坡点的坡度代数差

不应超过限值（国家Ⅰ、Ⅱ级铁路规定

，Ⅲ级铁路

），若超过限制，则坡段之间应以曲线连接。

这种在铁路纵坡的变换处竖向设置的曲线成为竖曲线，连接相邻两坡度的竖曲线，可以用圆曲线，也可以用抛物线，西西

区间所采用的都是圆曲线（如图1-8所示）。

图1-8竖曲线示意图

（1）

（2）

因α很小，故

），所以

）＝

（3）竖曲线上，由于转折角很小，所以Ｌ≈２Ｔ

（4）外矢距Ｅ。

由于α很小，故可认为曲线上各点的ｙ坐标方向与半径方向一致，也认为它是切线上与曲线上的高程差，从而得

有

与

相比较，其值甚微，可略去不计，故有

所以

算得高程差ｙ，即可按坡度线上各点高程，计算各曲线点的高程，从图上还可以看出，

，故

从而可得竖曲线上点的高程为：

例如：

求西西区间右线桩号DK1+710点轨道面的设计高程。

其各要素如图1-9所示。

图1-9

求解过程：

（1）因1696-72.06/2<1710<1696+72.06/2，所以DK1+710在竖曲线上

（2）求DK1+710在坡度线上的高程

=-5.024+（1710-1696）*4.397/1000

（3）竖曲线上的高程为

此时因圆心在坡度线上方，所以

H=

y=

+

=-5.024+（1710-1696）*4.397/1000+（1696+72.06/2-1710）²/（2*5000）

=-4.9139（m）

4.2.３平面坐标的计算

　　西西区间隧道走向有直线、缓和曲线、圆曲线，其坐标的正反算计算原理相对较复杂，此处不再详述。