施工测量与监测.ppt

1、盾构法隧道施工测量与监测技术盾构法隧道施工测量与监测技术（中铁隧道集团盾构隧道施工技术培训）2007年8月1施工测量 盾构施工测量主要内容应包括地面控制测量、联系测量、地下控制测量、掘进施工测量、贯通测量和竣工测量。（一）地面控制测量 1.控制网布置 应了解工程已有控制网的现状、坐标和高程系统、布网方法、布网层次和精度等状况，并对本施工段测量控制点分布的合理性、可靠性等通过踏勘和检测做出评价（交接桩前，然后对设计院或业主提供的控制点进行复测），选择适宜的坐标、高程起算控制点，制定合理的盾构施工控制测量方案。因施工现场条件限制可布设独立施工平面控制网和高程控制网。有条件时该网应与当地控制网联测，

2、建立明确的数据转换关系。同时应注意采用的坐标系统（国家或地方）。盾构施工平面控制网一般分两级布设，首级为GPS控制网、二级为精密导线网，在满足精度要求的情况下可采用其它方法布网。施工路线长度较短时，可一次布网。盾构施工平面首级GPS控制网应在已有的国家二等三角网或B级GPS控制网下布设。精密导线网应在C级GPS控制网或国家三等三角网下扩展。盾构施工高程控制网应在已有的国家二等水准网下一次布设全面网。盾构施工高程控制网可采用精密水准等测量方法一次布设全面网。当水准路线跨越江、河、湖塘视线长度小于100m时可采用一般方法进行观测，大于100m时，应进行跨河水准测量。跨河水准测量可采用光学测微法、倾

3、斜螺旋法、经纬仪倾角法和测距三角高程法等，其技术要求应执行国家一、二等水准测量规范。2.盾构施工控制网测量技术要求（1）GPS测量主要技术要求（2）精密导线测量的主要技术要 平均边长(km）最弱点的点位中误差(mm)相邻点的相对点中误差(mm)最弱边的相对中误差与原有控制点的坐标较差（mm）212101/90000505平均边长（m）导线长度（km）每边测距中误差（mm）测距相对中误差测角中误差()测回数方位角闭合差（）全长相对闭合差相邻点的相对点位中误差(mm)DJ1DJ23503561/600002.5461/350008（3）精密水准测量的主要技术要求应每千米高差中数中误差（mm）路线长

4、度（Km）水准仪的型号水准尺观测次数往返较差、附合或环线闭合差与已知点联测附合或环线平地（mm）山地（mm）偶然中误差（mm）全中误差（mm）2424DS1铟钢尺往返各一次往返各一次82（二）联系测量 联系测量内容应包括：地面近井导线测量和近井高程测量、工作井定向测量和导入高程测量以及地下近井导线和近井高程测量。地面近井导线和近井高程路线应采用附合路线形式，近井导线和高程测量技术。利用以最近的导线点为基点，采用边角三角形测量，在隧道两端各引测至少5个导线点，水准点不少于3个。地下应埋设永久近井点。近井导线点不应少于3个，点间边长宜大于50m。近井高程点不应少于2个。各类点间应构成检核条件。在一

5、个贯通区间始发井联系测量应不少于3次，在隧道初始掘进50100m及贯通前200m应进行联系测量。1.平面坐标传递 采用联系三角形法、陀螺仪与垂准仪组合定向法。（1）陀螺坐标法传递法 盾构隧道平面坐标传递采用陀螺定向法将地面坐标及方向传递到隧道内，定向边应避免高压电磁场的影响，见图1。定向测量若采用陀螺仪与垂准仪联合定向方法，其定向精度取决于陀螺仪本身的定向精度。该方法的特点是：陀螺仪定向以前的各个环节的方向测量误差不累计，垂准仪投点误差比较大，但其作为一个误差常量影响贯通误差。传递方法图1 陀螺坐标法传递示意图2.三角测量方法 （1）测量方法 竖井浅的情况下，可以采用三角测量直接传递平面坐标。

6、投向误差占85%。若欲提高定向精度，提高钢丝的投向误差是关键。为此，除满足上述联系三角形一般最有利的形状外，为减弱风流对悬吊钢丝的影响，沿隧道风流方向合理布设垂线位置不失为提高投向误差的主要方法。另外除布设单一联系三角形外，也可采用布设组合联系三角形的办法，提高地下起始边的定向精度。（2）精度要求1.联系三角形一般成直角形；2.每次应独立定向三次，悬吊钢丝间距c应尽量最大；3.4.a/c(或a1/c)的值一般应不超过1.5，a和a1分别为地面和地下连接点与其最近钢丝的距离；4.仪器至钢丝间距可采用钢尺丈量或粘贴反射片测量，地上、地下同一边测量较差应小于2mm；5.角度观测采用DJ2级全站仪，全

7、圆测回法观测四测回，测角中误差应在2之内；各测回测定的地下起始边方位角较差应小于20，方位角平均值误差应小于12。2.高程传递高程传递 传递高程采用悬吊钢尺(已检定)法。导入高程测量应满足下列条件：（1）在工作井内悬吊钢尺进行高程传递测量时，地上、地下的两台水准仪应同时读数，并在钢尺上悬吊与检定钢尺时相同质量的重锤；（2）传递高程时应独立进行三次测量，高程较差应小于3mm；（3）高差应进行温度、尺长改正。整个区间施工中，高程传递至少进行三次。高程传递示意图见图3。图图3 高程传递示意图高程传递示意图（三）地下控制测量 地下控制测量应包括地下施工导线测量、施工控制导线测量和地下施工水准测量、施工

8、控制水准测量。1.控制网布设 地下控制测量起算点必须采用直接从地面通过联系测量传递到井下的平面和高程控制点，一般地下平面起算点不应少于3个，起算方位边不应少于2条，起算高程点不应少于2个。每次延伸地下控制导线和控制水准，应对已有施工控制点进行检测，检测点如有变动应剔除，并选择其它稳定点进行延伸测量。根据测量实践，盾构施工60米以后，隧道结构已经稳定，在此设置地下控制点。导线点的稳定情况，通过重复测量确定，一般不少于3次。导线点宜采用强制对中装置，控制点点位可在隧道两侧交叉设置，在曲线隧道，特别是在连续同向曲线的隧道，要注意旁折光的影响。直接用于盾构施工测量的控制点，可设置在隧道顶板上或隧道两侧

9、。地下控制网一般为支导线和支水准路线，有条件时必须形成附合路线或构成网。直线隧道掘进大于200m或到达曲线段时，应布设施工导线和施工水准，同时宜选择稳固的施工导线点组成施工控制导线。在隧道贯通前，地下控制导线和控制水准测量应不少于三次。重合点坐标较差应小于10mm，且应采用各次的加权平均值作为测量结果。2.平面坐标测量要求（1）一般直线隧道平均边长150m，曲线隧道平均边长60m；（2）采用DJ2全站仪施测，左、右角各测二测回，左、右角平均值之和与360较差应小于6；（3）导线点横向中误差应满足下列要求：m横m中4l/5L（mm）式中 m横导线点横向中误差；m中 贯通中误差；l 导线长度(m)

10、；L贯通距离(m)。3.水准控制测量技术要求：（1）水准点宜按每200m间距设置一个；（2）水准点可利用导线点标石，也可埋设墙上标志；（3）精密水准测量的主要技术要求与地表控制测量。（四）盾构掘进测量1.准备工作（1）对盾构推进线路数据进行复核计算。实测出发、接受井预留洞门中心横向和垂直向的偏差。（2）按设计图在实地对盾构基座的平面和高程位置进行放样，基座就位后立即测定与设计的偏差。（3）盾构就位后精确测定相对于盾构推进时设计轴线的初始位置和姿态。安装在盾构内的专用测量设备就位后立即进行测量，测量成果应与盾构的初始位置和姿态相符。（4）盾构就位后应利用人工测量方法准确测定盾构的初始位置和姿态，

11、盾构自身导向系统测得的成果应与人工测量结果一致。2.盾构测量包括的内容（1）盾构姿态测量 盾构姿态测量内容包括平面偏差、高程偏差、俯仰角、方位角、滚转角及切口里程。目前盾构多有自动测量系统完成，但要、定期进行人工测量符合，测量频率应根据其导向系统精度确定。盾构始发10环内，到达接收井前50环内应增加人工测量频率。以地下控制导线点和水准点测定盾构测量标志点，测量误差应在3mm以内。（2）衬砌测量 衬砌测量应在盾尾内完成管片拼装和衬砌环完成壁后注浆两个阶段进行。1）在盾尾内管片拼装成环应测量盾尾间隙（包括掘进前盾尾间隙和掘进后盾尾间隙），并结合盾构姿态测量数据，为管片选型和盾构姿态调整提供依据。2

12、）衬砌环完成壁后注浆后，宜在管片出车架后进行测量，内容宜包括衬砌环中心坐标、底部高程、水平直径、垂直直径和前端面里程。测量误差应在3mm以内。每次测量完成后，应及时提供盾构和衬砌环测量结果，供盾构掘进方向使用 3.盾构推进中测量（自动测量系统）目前我集团公司采用的盾构主要是德国海瑞克(Herrenknecht)法国法马通（NFM）。海瑞克自动测量系统采用是VMT公司开发的SLST 自动测量系统。法马通自动测量系统采用PPS自动测量系统。其系统的基本原理是一样。（1）基本原理 在测量TBM的位置和方向时，必须从三维空间量TBM上的两个固定点，由EDM棱镜（4）表示。她们相对于TBM轴线以及刀盘的

13、确切位置必须在TBM安装是确定。在掘进过程中，由于TBM的滚动和移动会发生变化，因此必须要进行精确测量。这个测量过程将由安装在TBM内部的两轴向倾斜仪（3）电子化完成。一个马达经纬仪将自动测量TBM上每个棱镜（4）的两极位置，经纬仪的站点和方位已被预先确定。尽管如此，由于经纬仪的水平角度测量系统没有完整的基准点，用户在安装过程中必须要对经纬仪进行定位。该工作可以通过普通的测量方法来测量经纬仪到基准点来完成，基准点的坐标已预先确定。其次,可以通过测量从固定的经纬仪到这些点的倾斜距,水平和垂直角度来确立TBM上两个主要点的全球坐标.由于棱镜在TBM坐标系统中的位置在TBM设置时已经被确定,TBM

14、的滚动和移动的实际时间通过测量也知道,而隧道中线在全球坐标系统中也是已知的并已经被输入到电脑中，因此,TBM相对于中线的位置及方位就可以被很容易的计算出来。（2）坐标定义 坐标系统是由东、北和高程来定义的。TBM局部坐标系统是由纵向，水平和垂直定义的。它的原点是刀盘与中间部分（1）的转动中心。纵向是沿着掘进轴线，方向是在掘进方向上。水平是指垂直于机器轴线与机器滚动为零时在一个水平面上。水平方向的基准是掘进方向的右边。垂直是指垂直于机器轴线与滚动为零时在一个垂直面上。垂直方向为向上。滚动方向是朝向掘进方向时沿着纵向轴线顺时针旋转。移动方向是朝向TBM 刀盘高于TBM 尾部的方向。偏转方向是指TB

15、M 围绕垂直轴线的顺时针旋转。SLS-T APD 导向系统简介1.工作原理 由激光经纬仪发射出一束可见红色激光束，激光束照射到ELS 靶,光束相对于ELS靶的位置已精确测定,水平角是由激光经纬仪照射到ELS 靶的入射角决定的.在ELS 靶内部安装有一个监测ELS 靶倾角和转角的双轴传感器,可以分别测ELS 靶的上下倾角(yaw angle)、左右倾角（pitch）和入射点相对于ELS 靶的中心线的旋转角（roll）。激光照射到ELS 靶的间距由TCA 全站仪的EMD 测定。这样,当测站坐标和后视坐标确定后,ELS 靶的方位和坐标就确定下来了。根据ELS 靶的中心和盾构机的主机轴线平面几何关系,

16、就可以确定盾构机的轴线。2.SLST 系统组成2.1.激光全站仪（Laser-Theodolite）激光全站仪（Leica TCA1103/ART/GUS64）是同时测量角度（水平和垂直）和距离的测量仪器，并能发射出一束可见红色激光。LeicaTCA1103 激光全站以仪器参数：测角精度：3.3（1mgon）测距精度：2mm+2ppm2.2.黄色盒(YellowBox)主要是为全站仪和激光器提供电源，也连接全站仪和主控室的PC 机的通讯。2.2.3.电缆鼓（Cable Drum）当盾构机向前推进时。激光全站仪和安装在盾构机上的其他设备间的距离会增大，因此需要用带有滚动装置的电缆鼓。2.4.ELS 靶 ELS(electronic laser system)靶用来接收激光束。由它来决定入射点的水平和垂直方向。只有当入射光的入射角垂直于ELS 靶里安装的参考平面（reference plane）时，入射光才可以被接收。参考平面上布满传感元件，可以传递入射角的上下倾角（yawangle）、左右倾角（pitch）和入射点对于ELS 靶的中心线的旋转角（roll）。2.5.工业计算机（Indus