地鐵施工中盾構機姿態(tài)定位測量點研究

1、地鐵施工中盾構機姿態(tài)定位測量點研究摘要:結合南京地鐵一號線兩個區(qū)間段地下隧道貫通的測量實踐,簡明地介紹了地鐵建設中各種測量過程,并著重對盾構機姿態(tài)定位中的測量工作作了深入細致的研究,闡述了盾構機自動導向系統(tǒng)姿態(tài)定位測量的原理和方法,以及如何使用人工測量的方法來檢核自動導向系統(tǒng)的準確性,分析了盾構機姿態(tài)定位檢測的情況。關鍵詞:地鐵;自動導向系統(tǒng);盾構1 概述隨著城市建設的飛速發(fā)展,我國在各大城市都開展了地鐵建設,為了滿足盾構掘進按設計要求貫通(貫通誤差必須小于50mm),必須研究每一步測量工作所帶來的誤差,包括地面控制測量,豎井聯(lián)系測量,地下導線測量,盾構機姿態(tài)定位測量四個階段。本文主要以南京地

2、鐵南北線一期工程的2個區(qū)間隧道的貫通測量項目為背景,探討了地鐵隧道施工中盾構機自動導向系統(tǒng)定位測量的功能及原理,并闡述了如何用棱鏡法來檢核自動導向系統(tǒng)的準確性。2 盾構機機自動導導向系統(tǒng)統(tǒng)的組成成與功能能現(xiàn)在的的盾構機機都裝備備有先進進的自動動導向系系統(tǒng),本本區(qū)間盾盾構機上上的自動動導向系系統(tǒng)為德德國VMMT公司司的SLLS-TT系統(tǒng),主要有有以下四四部分組組成:(1)具具有自動動照準目目標的 HYPERLINK /biz/productshow/trade/1-1.html 全全站儀。主主要用于于測量(水平和和垂直的的)角度度和距離離、發(fā)射射激光束束。(22)ELLS(電電子激光光系統(tǒng)),亦

3、稱稱為標板板或激光光靶板。這這是一臺臺智能型型傳感器器,ELLS接受受 HYPERLINK /biz/productshow/trade/1-1.html 全站儀儀發(fā)出的的激光束束,測定定水平方方向和垂垂直方向向的入射射點。坡坡度和旋旋轉也由由該系統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)的傾傾斜儀測測量,偏偏角由EELS上上激光器器的入射射角確認認。ELLS固定定在盾構構機的機機身內(nèi),在安裝裝時其位位置就確確定了,它相對對于盾構構機軸線線的關系系和參數(shù)數(shù)就可以以知道。(3)計計算機及及隧道掘掘進軟件件。SLLS-TT軟件是是自動導導向系統(tǒng)統(tǒng)的核心心,它從從 HYPERLINK /biz/productshow/trade/1-

4、1.html 全站儀儀和ELLS等通通信設備備接受數(shù)數(shù)據(jù),盾盾構機的的位置在在該軟件件中計算算,并以以數(shù)字和和圖形的的形式顯顯示在計計算機的的屏幕上上,操作作系統(tǒng)采采用Wiindoows220000,確保保用戶操操作簡便便。(44)黃色色箱子。它它主要給給 HYPERLINK /biz/productshow/trade/1-1.html 全站儀儀供電,保證計計算機和和 HYPERLINK /biz/productshow/trade/1-1.html 全站儀儀之間的的通信和和數(shù)據(jù)傳傳輸。3 盾構機機自動導導向定位位的基本本原理地地鐵隧道道貫通測測量中的的地下控控制導線線是一條條支導線線,它指

5、指示著盾盾構的推推進方向向,導線線點隨著著盾構機機的推進進延伸,導線點點通常建建立在管管片的側側面儀器器臺上和和右上側側內(nèi)外架架式的吊吊籃上,儀器采采用強制制歸心(見圖11),為為了提高高地下導導線點的的精度,應盡量量減少支支導線點點,拉長長兩導線線點的距距離(但但又不能能無限制制的拉長長),并并盡可能能布設近近乎直伸伸的導線線。一般般兩導線線點的間間距宜控控制在1150mm左右。盾構機自動動導向系系統(tǒng)的姿姿態(tài)定位位主要是是依據(jù)地地下控制制導線點點來精確確確定盾盾構機掘掘進的方方向和位位置。在在掘進中中盾構機機的自動動導向系系統(tǒng)是如如何定位位的呢?它主要要是根據(jù)據(jù)地下控控制導線線上一個個點的坐

6、坐標(即即X、YY、Z)來確定定的,這這個點就就是帶有有激光器器的 HYPERLINK /biz/productshow/trade/1-1.html 全站站儀的位位置,然然后 HYPERLINK /biz/productshow/trade/1-1.html 全站站儀將依依照作為為后視方方向的另另一個地地下導線線的控制制點來定定向,這這樣就確確定了北北方向,即方位位角。再再利用 HYPERLINK /biz/productshow/trade/1-1.html 全全站儀自自動測出出的測站站與ELLS棱鏡鏡之間的的距離和和方位角角,就可可以知道道ELSS棱鏡的的平面坐坐標(即即X、YY),利利

7、用三角角高程測測出ELLS棱鏡鏡的高程程值(即即Z)。激激光束射射向ELLS,EELS就就可以測測定激光光相對于于ELSS平面的的偏角。在在ELSS入射點點之間測測得的折折射角及及入射角角用于測測定盾構構機相對對于隧道道設計軸軸線(DDTA)的偏角角。坡度度和旋轉轉直接用用安裝在在ELSS內(nèi)的傾傾斜儀測測量。這這個數(shù)據(jù)據(jù)大約每每秒鐘兩兩次傳輸輸至控制制用的計計算機。通通過 HYPERLINK /biz/productshow/trade/1-1.html 全站站儀測出出的與EELS之之間的距距離可以以提供沿沿著DTTA掘進進的盾構構機的里里程長度度。所有有測得的的數(shù)據(jù)由由通信電電纜傳輸輸至計算

8、算機,通通過軟件件組合起起來用于于計算盾盾構機軸軸線上前前后兩個個參考點點的精確確的空間間位置,并與隧隧道設計計軸線(DTAA)比較較,得出出的偏差差值顯示示在屏幕幕上,這這就是盾盾構機的的姿態(tài),在推進進時只要要控制好好姿態(tài),盾構機機就能精精確地沿沿著隧道道設計軸軸線掘進進,保證證隧道能能順利準準確的貫貫通。4 盾構機機姿態(tài)位位置的檢檢測和計計算在隧隧道推進進的過程程中,必必須獨立立于SLLS-TT系統(tǒng)定定期對盾盾構機的的姿態(tài)和和位置進進行檢查查。間隔隔時間取取決于隧隧道的具具體情況況,在有有嚴重的的光折射射效應的的隧道中中,每次次檢查之之間的間間隔時間間應該比比較短。這這主要是是由于空空氣溫

9、度度差別很很大的效效應。論論述折射射及其效效應的題題目有大大量的文文獻資料料,此處處不再詳詳述。在在隧道測測量時必必須始終終考慮這這一效應應。低估估這個問問題可能能會引起起嚴重的的困難,尤其在在長隧道道中。我我們采用用棱鏡法法來對盾盾構機的的姿態(tài)進進行檢查查。在盾盾構機內(nèi)內(nèi)有188個參考考點(MM8螺母母),這這些點在在盾構機機構建之之前就已已經(jīng)定好好位了,它們相相對于盾盾構機的的軸線有有一定的的參數(shù)關關系(見見表1),即它它們與盾盾構機的的軸線構構成局部部坐標系系(見圖圖2)。在在進行測測量時,只要將將特制的的適配螺螺栓旋到到M8螺螺母內(nèi),再裝上上棱鏡?，F(xiàn)現(xiàn)在這些些參考點點的測量量可以達達到

10、毫米米的精度度。已知知的坐標標和測得得的坐標標經(jīng)過三三維轉換換,與設設計坐標標比較,就可以以計算出出盾構機機的姿態(tài)態(tài)和位置置參數(shù)等等。下面面來說明明如何用用棱鏡法法來計算算盾構機機的姿態(tài)態(tài)和位置置。我們們利用洞洞內(nèi)地下下導線控控制點,只要測測出188個參考考點中的的任意三三個點(最好取取左、中中、右三三個點)的實際際三維坐坐標,就就可以計計算盾構構機的姿姿態(tài)。對對于以盾盾構機軸軸線為坐坐標系的的局部坐坐標來說說,無論論盾構機機如何旋旋轉和傾傾斜,這這些參考考點與盾盾構機的的盾首中中心和盾盾尾中心心的空間間距離是是不會變變的,他他們始終終保持一一定的值值,這些些值我們們可以從從它的局局部坐標標計

11、算出出來。假假設我們們已經(jīng)測測出左,中,右右(3,8,115號)三個參參考點的的實際三三維坐標標,分別別為(XX1,YY1,ZZ1),(X22,Y22,Z22),(X3,Y3,Z3),并設設未知量量為盾首首中心的的實際三三維坐標標(X首首,Y首首,Z首首)和盾盾尾中心心的實際際三維坐坐標(XX尾,YY尾,ZZ尾),從圖22中可以以看出,在以盾盾構機軸軸線構成成局部坐坐標系中中,盾首首中心為為坐標原原點,坐坐標為(0,00,0),盾尾尾中心坐坐標為(-4 34,0,00)。從從表1中中也可以以看出各各參考點點在局部部坐標系系的坐標標值。三個方程三三個未知知量,采采用專業(yè)業(yè)軟件解解算方程程組。我我

12、們測出出某一里里程盾構構機上三三個參數(shù)數(shù)點(33,8,15)的實際際三維坐坐標分別別為:從以上數(shù)據(jù)據(jù)可以得得知,在在與對應應里程上上盾首中中心和盾盾尾中心心設計的的三維坐坐標比較較后,就就可以得得出盾構構機軸線線與設計計軸線的的左右偏偏差值和和上下偏偏差值,以及盾盾構機的的坡度,這就是是盾構機機的姿態(tài)態(tài)。把計計算得出出的盾構構機姿態(tài)態(tài)與自動動導向系系統(tǒng)在計計算機屏屏幕上顯顯示的姿姿態(tài)作比比較,據(jù)據(jù)我們的的實踐經(jīng)經(jīng)驗,只只要兩者者的差值值不大于于10mmm,就就可以認認為自動動導向系系統(tǒng)是正正確的。5 結束語語在南京京地鐵一一號線中中,張府府園三三山街區(qū)區(qū)間隧道道分為上上行線和和下行線線兩條互互相平行行的線路路,即往往返兩條條隧道。在在這兩個個區(qū)間段段的實際際應用中中,曾多多次采用用棱鏡法法檢核盾盾構機姿姿態(tài),兩兩者的偏偏差值較較差均不不大于110mmm,證明明了該方方法在檢檢核自動動導向系系統(tǒng)的正正確性是是可靠有有效的。在貫通測量中,由于采用了以上一系列的方法和措施,以及先進的自動導向系統(tǒng)指導推進,上行線于2002年9月準確貫通,經(jīng)甲方檢測,平面貫通誤差為18mm,高程貫通誤差為2mm;下行