学习盾构机始发时的测量姿态
盾构机的姿态控制及纠偏讲解
这将受到设备状况，地质条件和施工操作等 方面原因的影响。当开挖面图提交均匀或软 硬上下相差不大时，保持盾构机轴线与隧道 设计轴线平行较容易。方向偏角应控制在 5mm/m以内，特殊情况下不宜超过10mm/m； 否则，会因盾构急转弯过急造成盾尾间隙过 小破坏盾尾刷和管片错台破裂漏水。
2、当盾构机遇到上硬下软土层时，为防止盾 构机机头下垂，要保持上仰姿态；反之保持 下俯状态。掘进时要注意上下两段及左右两 侧的千斤顶形程差不能相差太大，一般控制 在20mm以内, 特殊情况下不能超过60.mm。
机不能保持正确的姿态，影响管片的拼装质 量。可通过反转刀盘来减小刀盘的滚动角 2）通过应用盾构千斤顶逐步纠正 如果盾构机向右偏，可提高右侧千斤顶的推 力；反之亦然，如果盾构机向下偏，则提高 下部千斤顶的推力；反之亦然。
三、盾构机姿态控制一般细则
1、在一般情况下，盾构机的方向偏差应控制 在20mm/m之内，在缓和曲线段及园曲线段， 盾构机的方向偏差量应控制在30mm/m以内, 曲线半径越小，控制难度越大。
一定量。根据曲线半径不同，偏移量通常取 10-30mm。即盾构机进入缓和曲线和曲线前， 应将盾构机水平位置调整至0mm，右转弯掘 进逐步增加至+20mm，左转弯则调整至20mm。以保证隧道成型后与设计曲线基本 一致。
5、在盾构机姿态控制中，推进油缸的形程控 制是重点。对于1.5米宽的管片，原则上推进 油缸的形程在1700-1800mm之间，形程差控 制在0~50mm之间。形程过大，则盾尾刷容
8、纠偏时要注意盾构机姿态，控制住设计轴 线中心±20mm以内，间隙要均匀平衡。
盾构姿态蛇行变化，主要是通过调整盾构分 区推力来实现的。盾构姿态调整，要在各种 地质情况下推力参数基础上，加大局部推力 或把另外两个或者三个方向的推力降低，来 调整姿态。。
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。
盾构机姿态控制总结
盾构机姿态控制总结始发前的盾构姿态主要是靠盾体始发托架和反力架的的安装精度来控制的，同时反力架的安装精度还直接影响到环片的拼装姿态，因此对于盾体始发托架及反力架的控制尤为重要。
在进行完始发定向联系测量后,根据底板平面及高程控制点对始发托架进行定位。
在盾体组装完成前，开始进行反力架的定位。
始发托架及反力架的安装过程全过程进行监控，保证始发托架和反力架的左右偏差控制在±10mm之内，高程偏差控制在±5mm之内，反力架的与隧道设计轴线法平面偏差＜2‰。
盾构机已经从始发井到天府广场，前一段盾构机的姿态控制的很好。
但是在68环后盾构机的姿态就不是很理想了。
在成都这种砂卵石地层，不同于粘土和岩石地层，在砂卵石地层，掘进过程中盾构机的盾体与砂卵石是紧密接触的，这使盾构机在偏移隧道中心线的时候很难快速的纠正过来，这就要求盾构机司机在掘进过成中，一定要掌握好掘进的路线，出现小的偏移要及时进行纠偏。
盾构导向系统是隧道质量保证的重要因素之一，在掘进过程中对导向系统的监控及维护尤为重要。
对VMT导向系统运行的可靠性进行定期检查，即盾构姿态的人工检测。
盾构姿态人工检测工作一周进行一次，同时利用环片检测的方法每天对导向系统运行的可靠性进行检测。
在前200m掘进过程中，VMT导向系统运行正常。
VMT工程师每次的移站都要快速准确完成，隧道中心线要经过多次测量并达到准确。
在68环的时候由于VMT出现事故盾构机出现忙掘的情况，使盾构机的方向与隧道中心先有了较大的偏差，在这种情况下，应当选择好纠偏曲线慢慢的使盾构机的姿态慢慢的纠正过来，我们却选择了强行快速纠偏，使得管片出现了大错台的情况，在一个就是由于管片的选型不是很完美，使得盾构机的姿态越来越差。
除了定期对盾构姿态进行人工检测，同时还对TCA激光站及定向棱镜的稳定性进行检查。
在始发前，导向系统的激光站及定向棱镜安装在始发井内，不会轻易发生碰动。
在盾构掘进了30环后，进行了第一次激光站的移站，激光站固定在环片顶部，定向棱镜仍旧安装在始发井内，由于环片不稳定使得TCA激光站不稳定。
姿态测量方法
盾构机姿态测量实例德国VMT公司制造的盾构机掘进姿态测量方法。
1,德国VMT公司制造的盾构机。
在盾构机主机横向截面上有18个由螺母构成的测量标志点，这些点在盾构机构建之时就已经定位，每个点相对于盾构机的轴线有一定的几何关系，并在由盾构机轴线构成的坐标系中有坐标数据。
盾构机轴线坐标数据如下图：2测量标志点对于德国VMT公司制造的盾构机上有18个点，单只要测出其中任意3个点（最好取左中右3个点）的实际三维坐标，就可以计算出盾构机的姿态，在进行测量时，当盾首中心为坐标原点，其三维坐标为（0，0，0）盾首与盾尾的距离为4.34m,盾尾中心的三维坐标为（一4.34, 0，0）。
同样在该坐标系中，从表中可以查出3, 8，15三个点的三维坐标分别为（X1, Y1, Z1），（X2,Y2,Z2 ,（X3, Y3, Z3,）.由此可以列出利用该三个点计算盾首中心的三维坐标（X首，Y首，Z首）和盾尾中心三维坐标（X尾Y尾Z尾）的两组三元二次方程组的数学表达方式。
计算盾首中心三维坐标数学方程组为：2 2 2（X1 - X 首）+ （Y1 - Y 首）+ （Z1- Z 首）2 2 2=（-3.9567）+ （- 1.9917）+ （1.6565）2 2 2（X2 - X 首）+ （Y2 - Y 首）+ （Z2 - Z 首）2 2 2=（-3.9701）+ （- 0.3638）+ （2.8150）（X3- X 首）2+ (Y3 - 丫首)2+(2Z3 - Z 首)222 = ( - 3.9560) + ( 2.3056) +(1.1695)计算盾尾中心三维坐标数学方程组为222（X1- X 尾）+ （(Y1- Y尾) +Z1 -Z尾）222=（- 3.9567 + 4.34) +( - 1.9917 ) + ( 1.6565)222（X2- X 尾）+ （(Y2 - Y 尾) +Z2 -Z尾）222=（- 3.9701 + 4.34) +( - 0.3638) + (2.8150)2 (X3- X 尾) +2( Y3- Y 尾) +( Z32-Z尾）222= ( - 3.9560 + 4.34) + (2.3056) + ( 1.1695)上述3.8.15 三个点是在以盾构机轴线构成的坐标系中，盾首中心为坐标原点（0，0，0）盾尾为（-34.4，0，0）的条件下的坐标系。
浅谈盾构机姿态的控制方法
浅谈盾构机姿态的控制方法
一、简介
盾构机为沉管全封闭式施工机械，具有自动化程度高、施工质量可控、施工速度快和管片拼装精度高等优势，深受广大施工企业的青睐，用于水
利工程、市政工程、油气工程等城市基础设施的管线施工，不仅可以大大
减少施工难度，节省施工时间，还可以提高施工质量和提升施工效率。
但是，控制盾构机姿态是盾构钻机施工中的关键，盾构机控制姿态不准确，
既会影响施工质量，又会严重延误施工进度，甚至出现施工安全事故，因此，控制盾构机姿态是施工质量的重要保障。
1、建立坐标系：首先，应建立一个轨道工程坐标系，可以通过在地
形上标准点测量来建立。
2、采用传感器测量方法：在盾头前设置激光传感器，可以利用它来
测量盾头的垂直位置，并定时发送信号，通过接收系统转换后可以获得盾
头的三维坐标信息，从而可以准确控制盾头的姿态。
3、采用水平仪测量法：在盾头前方设置水平仪，可以实时水平测量，通过控制盾头的角度，从而准确控制盾头的姿态。
4、采用视觉控制方法：同样，可以在盾头前方设置一台摄像头，通
过视觉控制，可以准确控制盾头的姿态。
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发表时间：2020-08-07T06:08:44.219Z 来源：《建筑学研究前沿》2020年10期作者：雷显高[导读] 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。
广东华隧建设集团股份有限公司 510000摘要：盾构法施工的关键是依据测量控制点精确确定盾构机的掘进方向和位置，确保盾构机按设计线路掘进，而盾构机初始姿态测定是盾构施工的关键节点，直接影响到隧道的施工质量和贯通。
盾构机初始姿态测定方法有水平标尺法、坐标推算法、侧边法等，考虑到盾构机经多次拆装后存在一定的拼装错缝，且局部盾壳有较大变形，一般认为采用侧边法测得的盾构机初始姿态比较可靠。
关键词：城市轨道交通；地铁隧道；盾构施工；初始姿态；测量方法引言地铁盾构施工中的一个重要步骤就是依据地下导线点精确确定盾构机掘进的方向和位置，确保盾构机按照设计的线路进行掘进。
盾构机初始姿态测定即盾构机的零位测量是盾构隧道施工测量中最关键的一步，直接影响到隧道贯通精度。
盾构机初始姿态测定的方法很多，有水平标尺法、侧边法和测支撑环法等。
1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。
（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。
盾构施工测量
盾构施工测量技术盾构法隧道施工是一项综合性的施工技术，它是将隧道的定向掘进、运输、衬砌、安装等各工种组合成一体的施工方法。
其埋设深度可以很深,不受地面建筑、天气和交通等的影响，机械化和自动化程度很高，是一种先进的土层隧道施工方法，广泛应用于城市地铁、越江隧道等的施工中。
盾构施工测量主要是控制盾构的位置和推进方向，目的是确保盾构按照设计轴线推进，管片拼装后型后满足隧道轴线误差控制要求。
利用洞内导线点测定盾构机的位置(当前空间位置和轴线方向），通过推进油缸施以不同的推力，调整盾构的位置和推进方向，使盾构机的掘进按照设计的线路方向推进.盾构推进只是盾构施工技术的一部分，在整个施工过程中，施工测量还包括地面测量（地面控制测量﹑沉降观测和井位放样等)﹑联系测量（方位传递﹑坐标传递和高程传递等）以及地下施工测量（地下导线点的测设、洞门钢环的安装、始发台的定位、反力架的定位、盾构始发测量﹑盾构掘进过程中的测量、隧道沉降测量﹑联络通道的施工测量、盾构到达测量、贯通测量、断面测量以及竣工测量等）。
每一步的测量工作都十分重要，直接影响下一步的施工。
在各项工作中,最为重要的是地面控制测量﹑联系测量﹑地下控制测量和盾构施工测量。
这些工作决定着隧道能否达到设计要求,盾构机能否准确进入接受井并确保隧道准确贯通。
一、地面控制测量1、地面平面控制测量对于隧道工程，地面控制测量的主要任务是建立合适的测量控制系统，提供可靠的地面控制点，为联系测量和地下控制测量提供起算依据,同时也作为以后复核测量和竣工测量的起算数据。
地面测量控制网的点位和起算数据由建设单位负责提供，一般要求暗挖隧道的地面控制网精度不应低于国家四等三角网测量的技术指标及精度要求,同时要根据盾构隧道的贯通长度、联系测量和地下控制导线的精度等条件，估算地面控制网应达到的精度。
施测时，以现有平面GPS控制点为依据布置平面控制点，建立地面导线控制网。
2、地面高程控制测量以现有的二等水准点从工作井至接收井布设水准线路，用此精密水准点来控制隧道的施工高程。
盾构机出厂初始姿态设置与安装调试后姿态偏差的处理与调整
盾构机初始姿态设置与安装调试后姿态偏差的处理与调整一．盾构机初始姿态测量及计算1．盾构机下井安装后，首先要进行各部件功能的调整，VMT测量系统也要进行必要的初始姿态的测量和调整工作。
2．首先对盾构机盾尾部的参考点进行测量，尽量能多测几个点，但最少不能少与3个点，{按以往的经验来看，三个点的距离和高程越大精度越好}，根据这个原则由自己来选择测量点的位置和个数。
3．盾构机测量完姿态后，根据VMT公司的后续姿态处理软件进行姿态的计算，也可根据ACD进行姿态的计算工作（这是我们常用的一种方法），然后进行姿态的判断和选择，选择一种最佳的姿态。
4．实际的姿态测量出来以后制成标准的图表，如下图所示（这为正确的姿态）：方法⑴．实际姿态：⑵．VMT自动导向系统测量的出厂姿态：如下图：二．盾构机的姿态调整1．从上面的两个图表可以看出盾构机的实际姿态和出厂的姿态存在一定的偏差，现在我们要做的就是把出厂的姿态通过调整成为我们的实际姿态。
2．具体做法：⑴．看下表：⑵．根据上表可以看出右面的滚动角偏差、仰浮角偏差、ELS偏航角偏差这三项，我们只要改正这三项就可以让姿态达到实际姿态。
（如上例：滚动角偏差＝－12－（－9.5）(新测量滚动角)＝－2.5；仰浮角偏差＝26-21.4(新测量仰浮角)=4.6； 趋向偏差＝4－（－4.1）(新测量ELS偏航角) =8。
⑶．根据盾构机VMT自动导向系统测量的出厂姿态和实际姿态进行这三项的比较，找出他们的差值进行软件ELS上面的偏差调整，下面的图表为调整后的真正姿态：图表1、图表2、（调整后VMT系统测量的姿态）：从上面的结果可以看出调整后VMT自动导向系统测量出来的姿态和我们人工测量出来的姿态相符，可进行始发。
中铁一局集团有限公司广州轨道交通五号线草淘项目经理部。
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操作系统学习
主要任务：继续将管片姿态测完，学习操作系统，以及学习盾构机始发时的测量姿态。
建立人工导向的意义
所有盾构(TBM)都必须建立人工导向系统，做为机器自身导向系统的检查和备份系统。
一、搬站
（1）根据设计专门的搬站记录表，包括全站仪托架和后视棱镜托架编号、坐标和高程（搬站前后）、机器姿态数据（搬站前后）、搬站前后各项姿态数据较差的限差等数据。
（2）搬站前，应提前做好准备工作。
（3）首先关闭导向系统前，应保证其在正常工作状态，记录下
搬站前机器姿态并截屏保存；
（4）从关闭导向系统到搬站结束后再开机，直到导向系统工作正常的过程中，盾构（TBM）位置不能变化、刀盘不能转动、不可进行调向操作、更不可盲推。
（5）搬站时，可以利用已有的全站仪托架向前传递坐标、高程，但只能一次；下一次搬站就应从地面控制点用导线测量托架和后视棱镜坐标。
（6）利用已有的托架传递时，可按导向系统搬站程序（自动测量）进行，也可用导线方式测量；
（7）搬站结束，导向系统开机正常工作后，再次记录搬站后的机器姿态并截屏保存。
（8）对比搬站前后机器姿态数据，如果各项偏差小于限差，则说明搬站成果合格。
否则应查找原因，必要时重测。
二：操作系统主要学习了全站仪搬站后在操作室仪器上的数据输入。
（1）关于搬站首要要做的是在拱顶处选择一合理的位置，装上事先准备好的用来放一起的架子。
将棱镜放
在上面。
然后将用全站仪测出棱镜的坐标以及高程。
（2）将测出来的坐标在导向系统上输入作为新的站点坐标。
将以前旧的的站点坐标勾选为新的后视坐标。
（3）操作系统将提醒你变换前视和站点，然后人工将其位置变换。
（4）位置变换好后，在操作仪器上点击后视点复位，全站仪将自动测量后视点坐标以核实。
核实完毕后点
击后视点确认。
搬站工作完毕。
二：盾构始发姿态测量。
盾构姿态测量成果是盾构施工的一项重要依据，值班工程师、盾
构机主司机在掘进过程中依据盾构的姿态调整好掘进过程中的各项参数，保证施工质量。
（1）利用水准管在盾体最上方找点一个中点位置，隔一段距离再找一个。
测出这两个点的高程以及坐标，进而算出盾构机水平偏差以及垂直偏差。
（此方法仅拱参考，实际应用精度不高）。