盾构-12-盾构姿态测量
盾构测量方法及要领
1控制测量1.1平面控制测量:1.1.1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GPS 控制网，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《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》都有规定。
1.1.2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。
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３个。
其具体技术要求在《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》都有规定。
1.1.3 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，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50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。
1.2 高程控制测量：1.2.1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。
盾构机初始姿态测量方法及适用性分析
盾构机初始姿态测量方法及适用性分析李海亮（中铁二十二局集团轨道工程有限公司，北京100040）【摘要】本文结合某工程实际案例，基于对盾构机姿态的概述，通过分析水平尺法、侧壁法、分中法以及拟合圆法等姿态测量方法的原理及特点，总结各种测量方法的适用性。
【关键词】城市轨道交通；地铁隧道；盾构施工；初始姿态；测量方法【中图分类号】U455.43【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2020）03-0179-021盾构机姿态概述盾构机是在地下空间穿梭的运动体,因此盾构机姿态参数包括刀盘中心三维坐标、偏航角、俯仰角及滚动角等。
(1)偏航角是指掘进机轴线和设计隧道中心线之间的水平夹角,其表征的是盾构机在水平方向的方位,主要影响隧道在水平方向的转变方向[1]。
(2)俯仰角是指掘进机轴线和水平面的垂直夹角。
当X 轴的正半轴位于过坐标原点的水平面之上时,俯仰角为正,反之为负。
其表征盾构机在里程处上所处的坡度,主要影响隧道的掘进坡度。
(3)滚动角是指掘进机盾体相比于零位测量时发生的转动角度。
根据盾构机姿态参数定义可知,盾构机姿态准确性将直接影响成型隧道质量。
因此,盾构机姿态的准确性是盾构施工测量的一个十分关键的环节。
盾构机初始姿态参数主要是测量盾构机初始状态下的刀盘三维中心坐标、盾首、盾尾中心三维坐标、俯仰角、偏航角。
2盾构机初始姿态测量方法及适用性分析2.1水平尺法2.1.1测量原理水平标尺法是一种操作简单、计算快速的盾构机姿态的测量方法,其原理是测量水平放置在盾尾内壳的铝合金尺上贴片的三维坐标,通过贴片与盾构机内壳底部尺寸关系、铝合金尺与盾构机首、尾的距离关系来计算盾构机的盾首和盾尾中心三维坐标,测量示意图见图1。
2.1.2特点及控制要点此法主要是通过盾尾位置测量多组数据,推算盾构机轴线方位角,进而推算盾构机姿态参数。
因此,此法适用于主动铰接类型盾构机,且要求盾尾零部件较少、有足够空间可以安放水平尺,适用环境受盾构机构造限制。
盾构施工测量
在盾构机掘进过程中此界面可以清晰的看到油缸、 千斤顶的行程和推力，在这个管理行程时的姿态。
在盾构机的掘进过程中，站点和后视点是静态，前 视是动态的。当掘进到一定的距离时，就要移机全站仪 靠近前视棱镜的位置。在移站时，首先要在隧道的顶部 预装固定全站仪的架子，装上配套棱镜并整平。使用隧 道内的控制点，复测现在全站仪架子的平面坐标和高程， 并把平面坐标和高程引到新装的架子上。
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。
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、回转角及切口里程。目前盾构多有自 动测量系统完成，但要、定期进行人工测量复核，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。
是对导向系统显示姿态的一个复核，内容主要包括管 片的横向和高程变化。监测间隔为每掘进5环一次。当 管片的姿态与导向系统显示的姿态有较大出入时，应 人工复测全站仪和后视棱镜的坐标，人工复测盾构机 姿态，找出偏差的原因，避免隧道轴线与设计轴线产 生大的偏差。管片的总位移量大于20mm时，应提高 监测频率，每掘进2环监测一次。管片的监测到每天的 变形量不大于1mm时为止。
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。
盾构测量
3、VMT导向系统
1）导向系统概述 在掘进隧道的过程中,为了避免隧道掘进机(TBM)发生意 外的运动及方向的突然改变, 必须对TBM的位置和DTA(隧道 设计轴线)的相对位置关系进行持续地监控测量。TBM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TBM采用“导向系统” （SLS）的原因。德国VMT公司的SLS-T系统就是为此而开发， 该系统为使TBM沿设计轴线（理论轴线）掘进提供所有重要 的数据信息。SLS-T系统功能完美，操作简单。 2）导向系统组成 导向系统是由激光全站仪（TCA）、中央控制箱、ESL 靶、黄盒子和计算机及掘进软件组成。
次数或采用高精度联系测量方法等，提高定向测量精度。
在同一井内可悬 挂两根钢丝组成联系 三角形。有条件时， 应悬挂三根钢丝组成 双联系三角形。井上、 井下联系三角形的布 设要求应满足下列要 求： 1 ） 竖井中悬挂钢丝间的距离c应尽可能长； 2 ） 联系三角形锐角C、C1宜小于1，呈直伸三角形； 3 ）a/c及a1/c1宜小于1.5，a 、a为近井点至悬挂钢丝 的最短距离。
从隧道掘进起始点开始，直线隧道每掘进200m或曲线 隧道每掘进100m时，应布设地下平面控制点，并进行地下 平面控制测量。隧道内控制点间平均边长宜为150m。曲线 隧道控制点间距不应小于60m。并且控制点应避开强光源、 热源、淋水等地方，控制点间视线距隧道壁应大于0.5m。
导线测量应使用不低于Ⅱ级全站仪施测，左右角各 观测两测回，左右角平均值之和与360°较差应小于 4″，边长往返观测各两测回，往返平均值较差应小于 4mm。测角中误差应为±2.5″，测距中误差应为 ±3mm。 控制点点位横向中误差宜符合下式要求： mu≤mΦ×(0.8×d/D) 式中 mu —— 导线点横向中误差，单位：mm； mΦ —— 贯通中误差，单位：mm； d —— 控制导线长度，单位：m； D —— 贯通距离，单位：m。 每次延伸控制导线前，应对已有的控制导线点进 行检测，并从稳定的控制点进行延伸测量。
盾构姿态人工测量方法
盾构姿态人工测量方法盾构姿态的人工测量方法是指通过人工手段对盾构机械的姿态进行测量和调整。
盾构机械是隧道掘进工程中的主要设备，准确的姿态调整对于确保工程质量和安全至关重要。
本文将介绍盾构姿态的常用人工测量方法，包括螺旋仪法、测距法和传感器法。
1.螺旋仪法螺旋仪法是最为常用的盾构姿态测量方法之一、该方法基于螺旋测量原理，通过螺旋仪仪器的安装和使用，能够准确测量盾构机械在隧道断面的平面位置和高程位置。
螺旋仪法需要在盾构机械上安装螺旋仪仪器，并对仪器进行校准和调整，以确保测量结果的准确性。
在工程施工过程中，通过定期测量和校正，可以实时监测盾构机械的姿态，及时调整和纠正。
2.测距法测距法是另一种常用的盾构姿态测量方法。
该方法通过测量盾构机械前后端的距离差异，来判断其姿态的平衡情况。
测距法需要在盾构机械的前后部分安装测距仪，测距仪能够准确测量前后端的距离，并将数据传输给中央控制系统进行判断和处理。
通过不断的测量和调整，可以实现盾构机械的姿态平衡和减小误差。
3.传感器法传感器法是较为先进和精确的盾构姿态测量方法。
该方法通过在盾构机械上安装多个传感器，以实时感知盾构机械的运动姿态。
这些传感器包括加速度计、陀螺仪、倾角传感器等，能够测量盾构机械的加速度、角速度和倾角等数据。
传感器法通过将这些数据传输给中央控制系统，并与预设值进行比对和分析，从而判断盾构机械的姿态情况。
传感器法具有高效、精确和可靠的特点，尤其适用于复杂工程环境和高精度要求的盾构施工。
在盾构姿态人工测量方法的选择和应用中，需要综合考虑实际工程要求、测量精度和施工效率等因素。
不同的方法有不同的特点和适用范围，工程师需要根据实际情况进行选择和调整。
此外，为了保证测量结果的准确性和可靠性，还需要定期对测量设备进行校准和维护，并采取适当的措施对环境因素进行补偿和校正。
通过科学有效的测量方法，可以实现盾构机械的准确姿态控制，提高施工质量和安全性。
盾构测量
两井定向
两个钢丝的距离能够大于60米时，最好采用两
井定向的方法。 两井定向联系测量示意图
绞车 A1 支架 A2 视线 滑轮 定位板 A3 A4 滑轮 定位板 视线
绞车 支架 A5 A6
钢丝
钢丝
重锤
视线
D1
视线 D2 D3 稳定液
重锤
稳定液
桶
桶
两井定向的计算
1 井上观测后，计算出钢丝的坐标。 2 井下采用钢丝的坐标，采用无定向导线的平差方法，计
四、导向系统测量及原理
（1） ＶＭＴ系统的基本原理
如下图：
全站仪及黄盒子
1、盾构机自动导向系统的姿态定位主要是依据地下控制导线点来 精确确定盾构机掘进的方向和位置。,在推进时只要控制好姿 态,盾构机就能精确地沿着隧道设计轴线掘进,保证隧道能顺利 准确的贯通。
3、移站时数据的输入
（1）从控制导线上，测量出TCA全站仪和后视靶的坐标，高 程采用三角高程测量，用全站仪直接测出．测量完成后，把所测量 的数据输入控制室的电脑中。（在操作系统的三级功能键里进行如 下图） （２）当数据输入完成后，全站仪大致瞄准后视点后，开始定 向．当定向完成之后，进行推进，当显示姿态与移站前变化不大时， 在进行方位检查，如果姿态变化大或者方位检查超限时，进行数据 输入检查或者移站测量检查，或者对已知导线检查．
联系三角形测量
绞车
B a
c Y b
a
钢丝 钢丝 G2 G1
南
北
B'
a'
b' Y' c'
a'
ZD0 ZD1
YD3 ZD2
图1
2 联系测量及计算
盾构测量知识点总结
盾构测量知识点总结盾构是一种在地下挖掘隧道的机械设备，广泛应用于城市地铁、地下管线等工程中。
盾构测量是盾构施工中不可或缺的一个环节，它负责确定隧道的位置、方向和姿态，确保盾构在地下进行准确、安全的施工。
在盾构测量中涉及到很多基本概念、原理和技术，下面就盾构测量的知识点进行总结分析。
一、盾构测量基本概念1. 盾构测量的定义盾构测量是指利用测量技术手段对盾构进行控制和监测。
它是盾构施工中的重要环节，主要包括盾构的导向、水平、垂直和姿态控制。
盾构测量的目的是确保盾构在地下进行准确、安全的施工。
2. 盾构测量的作用盾构测量的作用主要包括以下几方面：（1）确定盾构的位置、方向和姿态。
（2）监测盾构的变形、位移和姿态变化。
（3）调整和控制盾构的导向、水平和垂直度。
（4）确保盾构在地下进行准确、安全的施工。
3. 盾构测量的方法盾构测量主要包括以下几种方法：（1）导向测量：用于确定盾构的位置和方向。
（2）水平测量：用于控制盾构的水平度。
（3）垂直测量：用于控制盾构的垂直度。
（4）姿态测量：用于控制盾构的姿态。
二、盾构测量原理1. 盾构测量的基本原理盾构测量的基本原理是利用测量仪器和设备对盾构进行控制和监测。
它主要包括以下几个方面的原理：（1）测量原理：利用测距仪、角度仪等测量仪器对盾构进行定位和测量。
（2）控制原理：利用控制系统对盾构的位置、方向和姿态进行调整和控制。
（3）监测原理：利用监测系统对盾构的变形、位移和姿态变化进行监测和分析。
2. 盾构测量的误差分析盾构测量中存在着不可避免的误差，主要包括以下几种误差：（1）仪器误差：由于测量仪器本身的精度和稳定性导致的误差。
（2）环境误差：由于地下环境、地质条件等因素导致的误差。
（3）操作误差：由于人为操作不当导致的误差。
（4）系统误差：由于盾构控制系统本身的误差导致的误差。
盾构测量的误差分析对于准确测量和控制盾构非常重要，需要采取相应措施来减小误差并提高测量精度。
盾构姿态人工测量方法
盾构姿态人工测量方法盾构机是一种用于地下隧道建设的工程机械设备。
在盾构机施工过程中，准确测量盾构机的姿态对于确保隧道建设质量和安全至关重要。
本文将介绍几种常见的盾构姿态人工测量方法。
1.简单水平仪法简单水平仪法是一种简单直观的盾构姿态测量方法。
测量时，将水平仪固定在盾构机上，通过观察水平仪中的气泡来判断盾构机是否水平。
然而，这种方法只适用于检测盾构机是否水平，无法测量盾构机的倾斜角度。
2.三角仪法三角仪法是一种基于图形几何原理的盾构姿态测量方法。
测量时，可以借助三角板、直角镜等工具，通过观察盾构机与参考平面之间的角度来进行测量。
该方法需要使用角度计算公式进行计算，相对比较繁琐，且对测量人员的眼力要求较高。
3.激光测距法激光测距法是一种利用激光器测量距离的盾构姿态测量方法。
该方法借助激光测距仪，将激光束与参考平面进行垂直对准，利用激光器显示的距离值来测量盾构机与参考平面之间的倾斜角度。
该方法操作简便，测量准确可靠。
4.加速度计法加速度计法是一种利用加速度计测量盾构姿态的方法。
加速度计是一种能够测量物体加速度的装置，通过捕捉盾构机的加速度来推导出盾构机的姿态。
该方法常用于现代盾构机中，精度较高，但需要精确的传感器和数据处理系统。
5.摄像测量法摄像测量法是一种利用摄像机进行远程测量的方法。
在盾构机上安装摄像机，通过对拍摄的图像进行处理，可以获取盾构机姿态信息。
该方法无需人工干预，操作简单，但对于图像处理技术要求较高。
综上所述，盾构姿态人工测量方法有简单水平仪法、三角仪法、激光测距法、加速度计法和摄像测量法等。
在实际应用中，可以根据具体情况选择适合的测量方法，以确保盾构机施工的质量和安全。
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编号：盾构-12
序号
工序名称
作业控制要点
1
测量准备
1、确定盾构姿态需要的参数，盾首三维坐标、盾构轴线平面偏角、倾角、旋角。
2、通过给定资料计算管片中心坐标，并建立隧道线形。
3、安装自动测量系统，通过不同手段进行复测，确保盾构零位姿态正确。
2
布点
1、盾构机上安装３个不在一个平面的三棱镜，以便来自过对该棱镜测量反算盾构中心坐标。
角的偏转（全站仪发出的激光束方位角已知）；利用盾构机上安装的测斜仪自动测量盾构机的倾角和旋角。
2、利用全站仪直接测量盾构机上安装的3个不在一个平面上的测量参考点，获得其地面三维坐标（X、Y、Z），通过坐标方程解算（3个以上点可以利用平差方法）就可以直接得到盾构机盾头、盾尾的三维坐标，利用盾头－盾尾矢量确定姿态参数。
2、在管片上设置吊篮以便设置测站和后视，吊篮安装要稳定，且距离不宜距离盾构机过近，以减小施工扰动。
3
测量方法
1、盾构机三维坐标用全站仪测定，仪器在已知三维坐标的测站上首先后视地下控制点，然后测量前方盾构机上的参考点，即可确定盾构机的三维坐标；在该参考点上配激光标靶，该标靶能够根据激光测量仪器射出的激光束，利用折射角和反射角来确定盾构机的平面方位