10研究报告之七 沼气检测设备及导向设备配置研究1.docx

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10研究报告之七沼气检测设备及导向设备配置研究1

研究报告之七

有害气体监测设备和导向系统

技术研究

北京城建中南土木集团有限公司

北京城建集团有限责任公司建筑工程总承包部

二〇一〇年十二月

目录

3.7有害气体监测设备和导向系统技术研究1

3.7.1工程概况1

3.7.2关键技术的研究1

3.7.2.1安装沼气监测系统1

3.7.2.2安装盾构掘进自动测量导向系统（SAMS）3

3.7.3效果分析及研究结论8

3.7有害气体监测设备和导向系统技术研究

3.7.1工程概况

详见研究报告之一。

根据浙江省地矿勘察院编制的《杭州地铁1号线滨康路站～西兴站区间地下有害气体特性研究报告》勘察结果，区间内局部地段场地内存在的地下气体中主要含有甲烷、氮气、二氧化碳和一氧化碳，以甲烷为主。

根据专家评审意见，此类地层应定性为地质灾害，在改造后的盾构机中必须增加沼气监测设备，确保在推进过程中能够自动进行有害气体浓度监测并自动报警。

为了盾构机在掘进过程中更好的控制姿态，确保线路的测量连续、精确，安装国产的盾构掘进自动测量导向系统（SAMS），以便盾构机在杭州软土地层精确施工。

3.7.2关键技术的研究

3.7.2.1安装沼气监测系统

为确保在软土含沼气地层掘进安全，对沼气及其他有害气体进行实时动态监测，要对设备上的气体监测传感器进行检查和检测。

所以必须校定原有的气体传感器；保证隧道内CH4气体精确检测，保证施工及人员的安全。

在盾构机设备上增加3套沼气监测系统，即防爆型甲烷探测器，型号SKDII；还增加1台智能型CO探测器，型号LG80；1台防爆型氧气探测器，型号LG80；1台多通道气体控制器（带触摸屏），型号ORS-80；1个防爆声光报警灯，型号BBJ。

爆型甲烷探测器位置分别安装在刀盘驱动处，螺旋出土口和拼装台。

监测设备安装情况见下图：

3.7.2.2安装盾构掘进自动测量导向系统（SAMS）

本次购买的日立土压平衡盾构机，没有盾构掘进自动测量导向系统，需要根据设备改造后的情况，自己安装导向系统，确保盾构掘进的方向精度。

为此，我们经过研究，决定采用国内比较好的成熟的上海隧道工程股份有限公司研制导向系统。

安装的导向系统仪器采用SAMS盾构掘进自动测量导向系统,是新购置的系统，为上海隧道工程股份有限公司研制的设备。

在盾构施工过程中，盾构机姿态控制的质量直接影响到隧道掘进方向的控制精度，对隧道管片拼装质量同样也有影响。

姿态控制不好，容易导致隧道蛇形，与隧道设计轴线偏差过大甚至侵限；盾构姿态偏差较大还会导致盾尾间隙过小以及盾尾碰刮管片，从而使管片错台或开裂，因此，实施高精度的姿态定位测量，对于地铁施工来说具有十分重要的意义。

国内外在盾构姿态自动测量（导向）方面采用了多种测量技术和仪器。

国外盾构测量自动导向系统以光把激光指向为主，偏角姿态量主要依靠倾斜仪传感器测量。

部分日本的盾构机测控装置中包括陀螺定向仪，采用角度和距离积分的计算方法。

国内对于盾构机姿态自动测量方法也很多，杭州地层和上海地层相近，都属于软土地层，隧道设计也是上海隧道设计院设计的，经过研究比较，杭州接近上海，所以采用上海隧道工程股份有限公司研制的盾构掘进自动测量导向系统（SAMS）。

上海隧道工程股份有限公司研制的盾构掘进姿态实时测量管理系统，基于盾构姿态测量棱镜法，安装了多个棱镜和一个高精度传感仪（双轴传感器），将三棱镜模式和二棱镜加倾斜仪模式结合，能够根据自动监测到的目标棱镜数量进行模式选择。

当全站仪观测到三个或者三个以上目标棱镜时，可解算出高精度坡度和滚角，同时对系统中安装的倾斜仪进行修正。

通过三棱镜模式和二棱镜加倾斜仪模式结合，根据自动监测到的目标棱镜数量选择相应的模式，并触发相应的功能，系统保证采用多个棱镜（有多余观测目标）时高精度的优点，也有系统在不利观测条件下（小半径，小曲率，通视不利）进行方便观测的优点，避免了施工人员运动时对通视的影响，实现了盾构掘进姿态的连续测量，提高了测量精度和系统稳定性，延长了单站观测的长度，能够在在隧道施工条件下的光电优势互补，能保证系统在高稳定性和便利性的统一情况下完成盾构掘进姿态实时测量。

在100米之内，系统精度在10mm之内；在100米之外，系统精度在15mm之内。

通过调查该系统在上海地铁盾构隧道中成功应用，数据处理正确，稳定性能好，价格经济实惠。

最后确定购买并安装上海隧道工程股份有限公司研制的盾构掘进自动测量导向系统（SAMS）。

在西兴站-滨康路站盾构隧道掘进测量中实际使用证明，SAMS系统完全可以满足此工程需要，数据实时性较好，自动化程度高，精确度很高，操作方便。

与人工测量数据比较，两者数据一致，差值小于2cm。

3.7.3效果分析及研究结论

在盾构机设备上加装了3套沼气监测系统后，通过在滨康路站至西兴站区间的盾构隧道施工检验，证明沼气监测数据准确及时，确保了盾构的安全施工，实际表明，加装沼气及有害气体监测系统非常成功。

在安装国产盾构掘进自动测量导向系统（SAMS）后，通过隧道掘进测量中实际使用，此系统完全可以满足此工程需要，数据实时性较好，自动化程度高，精确度很高，系统运行稳定，操作方便。

与人工测量数据比较，两者数据一致，差值小于2cm。

通过对盾构机加装沼气及有害气体监测系统和安装国产的盾构掘进自动测量导向系统这两种改造技术的研究，总结出了对盾构机有害气体监测和自动导向系统合理改造技术，并取得了重大的成功。

保证了盾构机在含沼气软土地层施工安全顺利，掘进测量导向精确，为国内地铁类似工程提供了成功改造经验。