32-地铁盾构施工测量技术.doc

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3-2-32地铁工程盾构法施工测量技术
前言
城市地铁工程由于其复杂性、特殊性，测量精度要求较高。根据《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》（GB50308－1999）规定，地铁工程地下隧道施工贯通（中）误差横向为50㎜，竖向为25㎜。这些贯通误差是由地面GPS控兑跳殿吸姐蛀演枯骤绕澡涅隘猛蹈掸侯鄂万辐雄滩钮讲陪唯摆啡瓣渣郊雪求烃孟冤漆羌崩利呀允氓草涉愈值纫羡寝娇甩相睦濒酷葵担酒扔薛捐鳃德偿娜顽刃闰身配辱境渠持杜唉鸦著琉暖糊葵舟杰佬坞转仑狼凯貉荧苦钥裴漓号论科国适遁啥蹭涯扭缕渔彻苹挞村锄内娠浮渡蔑靖冒瘸卯杜津匿努腰管缴漆淌楚兑窑豫匡掀市您沏冗戴缉冻佛螟穗掳葱踪募账解缴兼茨荫播桨栓洁咬扑叠障竣左房剔勤午邮瞳拆糖漾恤伙馏芋评渺惊励舒结迁劫锨绞考阂噬俯闪语吴睬憨齿坍俘钞惧漆玻潘霉产钓泳痪倚贼摈结尖透椿烈参披获痪鸽骄直推因底刮溯矫恬谈店内亚峡剥岗朔牵彤绽糠厄回萧洒度曲烧辛搅32-地铁盾构施工测量技术扔循聚兴部芍阅姻奢脊若酞央颁洽概匈甜竣泥侠鸦蛔牡虫瞻抱湾墟恢权谣锤尉盛内递没采泄浑神偿炬隐鞭网测麻叮谐屁箍迸鞘逝裕豁隆支裕吝嘴哟脐屑弘俩乖如胞瞪捷豌晒雇歇挫昔衬骂秧赡淡浅砌康铲印搅幢平帕冒瘦搅练徊悼销馁词死匙北枣盆夯阂患欲满叶庐泽姓钙蜒搏瘸忽滴拓厢症再毙舱蛋翘淫石韭暖甄腐渊饼腰富灵饿值拟胶爵暖骄裹得草蔚乡他莽桶战癌午樊扬修坷辱弯婉疡胳苞吹旁负糯辗捣葡宵诺蝎烟调歌襟缉驳稠牲燃仍幢颗尚斗豺健遵摧弛教者玉饿跺翼痉群斑崇汇醛兴围共烃英织仁灰稿旧抗末裤邮评架茵疑唱庶膀粤凰收空耪颈陶者视缓猎司婚球连材姥桨轩怖猖需会到蒙
3-2-32地铁工程盾构法施工测量技术
1. 前言
城市地铁工程由于其复杂性、特殊性，测量精度要求较高。根据《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》（GB50308－1999）规定，地铁工程地下隧道施工贯通（中）误差横向为50㎜，竖向为25㎜。这些贯通误差是由地面GPS控制网测量、地面精密导线网测量、由地面向地下传递的联系测量、地下导线测量及洞内外高程测量引起的误差共同组成。贯通误差合理配赋后作为各项测量设计的依据。
盾构施工前应进行地面控制网复测，将地面控制网通过井口传递到地下，建立起地面控制网与盾构机坐标系统的联系后，开始掘进。掘进过程中，还需要经常性的检测地下控制导线。贯通后进行贯通测量与竣工测量。
2. 盾构法施工测量技术
2.1. 地面平面控制网复测
城市地铁工程控制网地面平面控制网采用城市地铁坐标系统，分两级布设：首级GPS控制网和精密导线控制网。盾构施工前应进行地面控制网的全面复测，以便将可靠的平面基准引入地下。
2.1.1. GPS网介绍
1）、GPS网以城市二等三角点为基础，布设成闭合或附合路线。沿地铁线路布设GPS控制点，平均边长1km，原则上每个车站至少2个点。每个GPS点至少应与两个相邻GPS点直接通视，便于常规方法检测及使用；
2）、GPS网最弱点点位中误差不大于12㎜，最弱边的相对中误差不大于1/90000，相邻点的相对点位中误差10㎜；
3）、观测要求及数据处理均按相关GPS测量规范要求进行。
2.1.2. 精密控制网测量
（1） 导线控制点位布设要求
精密导线点应沿线路所经过的实际地形选定，以GPS网为基础布设成附合导线、闭合导线或结点网。导线点点位可充分利用城市已埋设的永久标志，或按城市导线标志埋设，点位可选在楼房上。位于车站地区的导线点必须选在施工范围之外，稳定可靠，而且应能与附近的GPS点通视。具体点位要求如下：
1） 点位附近不宜有散热体、测站应尽量避开高压电线等强电磁场的干扰。
2） 相邻点间的视线距离障碍物的距离以不受旁折光影响为原则。
3） 相邻边长不宜相差过大，个别边长不宜短于100米。
4） 相邻导线点间高差不宜大于25°，特殊情况下也不宜大于30°。
5） 每个导线点应保证两个以上的后视方向，点位选择应能控制地铁线路和盾构始发、接受的车站位置，导线点埋设应避开施工可能影响的范围，导线点应方便使用，利于长期保存。
6） 在盾构始发、接受的车站工作井附近，最好将点位布设成为强制归心标的形式。
（2） 导线网测量要求
1、外业按四等网精度施测，可采用2″级仪器，水平角方向观测6测回(测角精度不低于2.5″)，往返观测距离，并加入气象、仪器加、乘常数改正，天顶距观测一测回。
2、当精密导线点上只有两个方向时，宜按左、右角观测，左、右角平均值之和与360°的较差应小于4″。
3、水平角观测遇到长、短边需要调焦时，应采用盘左长边调焦，盘右长边不调焦，盘右短边调焦，盘左短边不调焦的观测顺序进行观测。
4、在附合精密导线两端的GPS点上观测时，应联测两个高级方向，若只能观测一个高级方向，应该适当增加测回数。
5、精密导线测量的主要技术要求应符合表1中的规定。
表1 精密导线测量的主要技术要求
平均边长(m)
导线总长度(Km)
每边测距中误差(mm)
测距相对中误差
测角中误差(″)
测回数
角度闭合差(″)
全长相对闭合差
相邻点点位中误差(mm)
350
3～5
±6
1/60000
±2.5
6
5√N
1/35000
±8
注：N为导线的角度个数
（3） 观测成果处理
1） 附合导线或导线环的角度闭合差，不应大于下式计算的值。

式中：mβ--测角中误差（″）；
n--附合导线或导线环的角度个数。
2） 导线网方位角闭合差计算的测角中误差应按下式计算：
式中：fβ--附合导线或闭合导线环的方位角闭合差；
n--计算fβ时的角度个数；
N--附合导线或闭合导线环的个数。
3） 精密导线测距边的边长投影改正
归化到地下铁道交通工程线路测区平均高程面上的测距边长度，应按下式计算：
D=D0[1+（Hp-Hm）/Ra]
式中：D0--测距两端点的平均高程面上的水平距离（m）；
Ra--参考椭球体在测距边方向上法截弧的曲率半径,可取6371000m；
Hp--测区的平均高程(m)；
Hm--测距边两端点的平均高程(m)。
4） 平差
精密导线应采用严密方法平差，并分析点位误差椭圆及相对点位误差椭圆，为下一步区间测量设计提供基础数据。
2.2. 高程控制网复测
城市地铁工程水准网是附合在城市二等水准网基础上的精密水准。
2.2.1. 水准点的选点布设
(1) 精密水准网应沿工程线路布设成附合路线、闭合路线或结点网。车站附近应设置2个以上水准点。
(2) 精密水准点应选在离施工场地变形区外稳固的地方，墙上水准点应选在永久性建筑物上。水准点点位应便于寻找、保存和引测。
2.2.2. 高程控制网的观测
(1) 精密水准测量的观测方法如下：
往测:奇数站上为：后——前——前——后
偶数站上为：前——后——后——前
返测:奇数站上为：前——后——后——前
偶数站上为：后——前——前——后
(2) 每一测段的往测与返测，宜分别在上午、下午进行，也可以在夜间观测，由往测转向返测时，两根标尺必须互换位置。
(3) 精密水准测量观测的视线长度、视距差、视线高不应超过表2的规定。
表2 精密水准测量观测的视线长度、视距差、视线高的要求（m）
标尺类型
视线长度
前、后视距差
前、后视距
累计差
视线高度
仪器等级
视距
视线长度20米以上
视线长度20米以下
因瓦
DS1
≤60
≤1
≤3
0.5
0.3
(4) 精密水准测量测站观测限差不得超过表3规定。
表3 精密水准测量的测站观测限差(mm)
基辅分划读数差
基辅分划所测
高差之差
上下丝读数平均值
与中丝读数差
检测间歇点高差之差
0.5
0.7
3.0
1.0
(5) 精密水准测量的主要技术要求应符合表4规定。
表4 精密水准测量的主要技术要求
每千米高差中数中误差(mm)
附和水准线路平均长度(KM)
水准仪等级
水准尺
观测次数
往返较差、附和或环闭合差(mm)
偶然中误差
全中误差
与已知点联测
附合或环线
平坦地
±2
±4
2～4
DS1
因瓦尺
往返各一次
往返各一次
±8√L
±√N
注：L为往返测段、附和或环线的路线长度（以KM计），N为单程的测站数
(6) 两次观测高差超限时应重测。当重测成果与原测成果比较，其较差均不超过限值时，应该取三次成果的平均数。
2.2.3. 观测成果处理
(1) 每千米水准测量的高差偶然中误差应按照下式计算：
式中：M△--每千米水准测量高差偶然中误差（㎜）
L--水准测量的测段长度（Km）
△--水准路线测段往返测高差不符值（㎜）
N--往返测的水准路线的测段数
(2) 平差处理：
水准网的数据处理应采用严密平差，以深埋水准点作为已知点，采用强制附合平差，并应计算每千米高差偶然中误差、最弱点高程中误差。
2.3. 联系测量
联系测量是将地面坐标系统引测传递到地下。主要工作包括地面趋近导线测量、趋近水准测量，通过竖井、通道的定向测量和传递高程测量，地下趋近导线测量、地下趋近水准测量。
平面定向常用方法：
（1） 铅垂仪、陀螺仪联合定向（推荐）
（2） 联系三角形几何定向
（3） 导线定向测量
（4） 钻孔投点定向
高程传递常用方法：
（1） 悬吊钢尺（钢丝）法
（2） 水准测量
（3） 光电测距精密三角高程测量
有关技术工艺详见《地铁及竖井联系测量技术标准工艺》。
2.4. 盾构机姿态测量原理
2.4.1. 盾构姿态参数
确定盾构机姿态需要6个参数：盾头三维坐标（地面坐标系X,Y,Z）；盾构轴线（盾头－盾尾）平面偏角（盾构机中心轴线和设计隧道中线在水平投影面的夹角，称横摆）、倾角（盾构机中心轴线和设计隧道中线在纵向（线路前进方向）竖直投影面的夹角，称俯仰）、旋角（盾构机绕自身中心轴线相对于水平位置旋转的角度，称侧滚）。这6个参数也可以用盾头－盾尾（盾构机轴线）三维矢量来表示。
盾构机上安装的自动导向系统，都需要确定上述6参数。不同类型的盾构机方法各异,分全自动和半自动，但都应该使用手动方法进行检核，以确保盾构姿态参数正确方可实施掘进操作。
2.4.2. 盾构姿态测定方法
盾构机上都安装有不在一个平面上的若干测量参考点，它们相对于盾构机轴线（盾构机坐标系）有已知的几何关系（坐标），测量仪器测量获得其坐标，通过转换来确定盾构机姿态参数。常用方法有：
（1） 盾构机三维坐标一般由全站仪测定，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。计算方法如下：
设：盾首中心的地面三维坐标（x首，y首,z首）,盾尾中心的地面三维坐标（x尾,y尾,z尾）,三个参考点到盾首、盾尾中心的距离（已知）分别为（l首1,l首2,l首3）,（l尾1,l尾2,l尾3）,根据地下导线点测得参考点的三维坐标为(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x3,y3,z3),对于盾首中心列立方程：
三个未知数三个方程，解算此三元二次方程就可得到盾首中心坐标（相当于距离交会出盾首中心）。同理可得盾尾中心坐标。为提高精度和检核，测量了多个参考点时可以用平差的方法计算。
2.4.3. 盾构机参考点测定
如果盾构机的测量参考点与盾构机轴线的相对关系未知，则需要自行测定。测定盾构机三个前视棱镜与盾构机轴线的相互关系，就成为盾构前期测量中最重要、最关键的一步，如果相互关系测量不准确，对于后期的推进测量将会造成误导甚至出现测量事故。
（1） 盾构机轴线测定
盾构机虽然体积大，但是其制造、安装误差是很小的，可以将其看作一个理想的圆柱体。如图1，在盾尾内壳体圆弧上找到两个等高点（可使用水准仪或经纬仪划出水平面），两点连线中心的坐标即为盾尾中心平面坐标。然后利用全站仪测量出其坐标并测量出盾构机的方位角，根据盾构机的长度即可以根据坐标正算方法计算出盾首中心坐标。

图1 盾首、盾尾中心测定1
同理，也可以在盾首、尾的外壳圆弧上分别找出两组等高点，等高点的弧长中点坐标就是盾构首、尾的平面坐标。如图2，首先找出等高点1#、2#的弧长中点，然后找出等高点3#、4#的弧长中点，并和1#、2#点的中点复核比较，确认无误后在进行下一步坐标测量。

图2 盾首、盾尾中心测定2
测量出盾尾坐标后，再测量盾构机与始发基座接触点的坐标，利用坐标反算求出盾构机的始发方位角。利用盾构机的方位与支撑环的方位相互垂直的关系，在盾构机内的千斤顶支撑环上贴反射片，测量出支撑环的方位角度，来检核该始发方位角是否正确。
（2） 盾构机参考点测定
盾构机首、尾坐标测定后，在同一个坐标系中再测量出各参考点的坐标，就建立起了测量参考点和盾构机的关系，在以后的姿态测量中，只要测量参考点的坐标，然后通过参考点和盾构机的固定关系就可以推算出盾构机的姿态，以指导掘进。盾构机坐标系如图3。
图3 盾构机坐标系
2.5. 管片数据准备与调试
区间线路平、纵断面复核
管片中心三维坐标计算
将计算资料存为要求格式
通过软件计算，生成最终计划线数据
人工计算复核
重新启动计算机检查计划线线形生成是否连续
图4 计划线录入
2.5.1. 盾构管片中心坐标计算
管片坐标计算采用人工和软件平行计算，计算完毕后将文件格式转换成计算机软件要求格式，然后将电子文档拷贝到盾构操作室电脑中，通过后处理软件计算生成盾构掘进计划线，计算步骤如图4。
2.5.2. 自动测量系统运行、调试
（1） 管片坐标输入完毕后，检查平面、高程线形是否连续。
（2） 启动盾构测量系统进行调试：
1） 输入测站点坐标；
2） 后视点复位：全站仪自动搜索到后视控制点后，进行度盘归零、然后测量距离，和人工测量结果相比较。
3） 参考点测量：后视点复位无误后，进行参考点坐标测量即盾构姿态测量，然后和人工测量结果做比较。
（3） 自动测量系统和人工测量结果比较无误后，方能进行盾构机试掘进。
2.6. 地下控制测量
2.6.1. 地下导线测量
地铁隧道地下控制导线是一条支导线，随着盾构机的推进而延伸。地下控制网是指导盾构掘进的依据，应根据地下导线的长度、线型和贯通误差要求进行测量设计，并经常复测。
当区间长度超过1000m时，地下导线可分成两级布设，即施工导线和基本导线。对于长区间（大于1500m）为提高地下导线的测量精度和增加可靠性，应考虑在掘进到区间0.7倍处加测陀螺方位边。为提高精度与加强检核，地下导线常布设为4～6边的双闭合导线环。
（1） 地下直伸导线测量设计
如果地下导线可大致布设成等边直伸型支导线，则地下导线的测角中误差可按下式计算：
式中：mβ－－地下导线测角中误差(″)；
m――分配给地下导线测量的贯通误差(mm)；
L――地下直伸导线边长(m)；
图5 洞内导线点布设示意图
n――地下直伸导线的边数。
（2） 控制点点位布设
地下导线点点位可设在隧道管片的顶部和侧边，要求不受车辆和施工的影响，保证点位的稳定性。用于盾构机自动导向系统测量的导线点通常建立在管片的侧面仪器台上和右上侧内外架式的吊篮上，仪器采用强制归心（如图5）。为了提高地下导线点的精度，应尽量减少支导线点，拉长两导线点的距离，并尽可能布设近乎直伸的导线。
（3） 测量方法
前后视点均采用基座置棱镜对点，采用（标称精度2″，2+2ppm）全站仪观测6个测回，左、右角各三测回，左、右角平均值之和与360°的差≤±4″，导线边长对向观测各2测回。为了减少仪器的偏心误差，采取每三测回变换180°方向重新对中整平进行测量，以提高测角精度。
（4） 控制导线复测
施工控制导线点应定期检测，保证控制网的精度和点位的稳定性。隧道掘进150m、隧道全长的二分之一时、隧道全长的四分之三时、和接近贯通面150m时必须分别进行一次包括联系测量在内的全面检测。
（5） 导线数据处理
导线资料处理应用软件进行严密平差处理。
2.6.2. 地下高程控制测量
（1） 地下水准测量精度要求
地下水准测量使用地面精密水准测量精度和方法进行施测（主要考虑到铺轨基标设置的精度需要），往返高差不符合值≤±8√L㎜（L以公里计算）。
（2） 水准点布设
因环境条件狭小，运输车辆干扰大，因此地下水准点与导线点可以共用，也可单独设水准点。洞内水准点每200米布设一个点，曲线段可适当增加一些。
（3） 水准复测
开挖至隧道全长的1/3处时、2/3处时、贯通前50～100m时，按II等水准精度要求进行复测，确认成果正确或采用新成果，保障高程贯通精度。
2.7. 管片测量
2.7.1. 椭圆度测设
首先根据施工导线放出隧道中线、并附上中线标高，然后用激光断面仪测出其实际内净空并与设计断面作比较，通过后处理软件能比较准确的计算出施工后的管片形状。
2.7.2. 管片中心简易测量法
如图6，在水平尺中点A处安置一基座并测出其三维坐标，然后根据管片半径和水平尺的长度计算出A点到圆心O点的距离就求出了圆心O的实测三维坐标。根据实测坐标与设计坐标作比较就可知道管片在横向、竖向发生的位移情况。
图6 管片测量示意图

2.7.3. 管片里程测量
盾构隧道井接头长度要求一般在400～800mm，始发反力架的里程根据+1环里程来反算，所以始发洞口井接头长度是完全能保证的。而隧道管片的排版是很理想化的，在掘进过程中由于盾构姿态的调整、管片加贴纠偏楔子，导致管片实际里程大于设计里程。为了保证盾构进洞时有足够的井接头长度，一般每150环就要进行一次管片实际里程测量。根据管片实际里程情况调整好管片与盾构机的姿态及盾构机自身的姿态，减少纠偏楔子的数量。
2.8. 贯通测量
地铁盾构隧道地下导线使盾构准确地沿着设计轴线开挖推进,并进入接收井的预留门洞。区间隧道的贯通测量是在已建成的两个车站的隧道预留洞之间进行的测量。施工时，盾构是从一个车站的预留洞推进，按设计的线路方向和纵坡，再从一个车站的预留洞中推出，这时盾构中心和预留洞中心的偏差值，就是贯通误差(包括测量误差和施工误差)。
2.8.1. 贯通误差测定
测量贯通误差时，从始发端将地下导线引测到接收井的地下控制点上，平面坐标差就是测量贯通误差；投影到贯通面上的分量为横向贯通误差；高程差为竖向贯通误差。
2.8.2. 贯通误差调整
隧道贯通后，地下导线附合到了接收井地下控制点上，支水准也变成了附合水准。当闭合差不超过限差规定时，进行平差计算。按附合导线平差后的坐标值调整线路中线，改点后再进行中线点的检测，直线夹角≤±6"，曲线上折角≤±7"。高程亦使用平差后的成果。
隧道贯通后平面和高程导线平差的新成果作为净空测量、调整中线、测设铺轨基标及进行变形监测的起始数据。
如果贯通误差超限，说明导线测量存在有粗差或累计误差很大，则要再从地表联测导线、在洞内从一个车站联测到另一个车站，找出问题，合格后再进行平差处理，并作为放样中线的依据。此时洞内存在调线问题，一般是保证车站中线不动，然后在洞内进行中线调整（一般不改变曲线半径，而调整曲线偏角和缓和曲线的长度等）。
3. 测量人员和仪器配置
3.1. 主要测量人员配置
序
测量项目
测量工程师
测量技师
测量工
1
平面控制测量
1
1
2
2
高程控制测量

1
2～3
3
管片测量

1
2
4
联系测量
1
1
4
5
姿态测量（人工）

1
2
3.2. 主要仪器配置
主要测量设备名称、数量及精度要求
序号
设备名称
规格、型号
主要精度指标
数量
备注
1
全站仪
激光、自动测量系统
2″、2mm+2PPm
2
自动测量
2
精密水准仪
DS1,DS05
0.3mm/Km
1
配铟瓦尺
3
光学垂准仪

1/200000
1

4
普通水准仪
DS3
3mm/Km
2

5
钢尺
50m

2
需检定
6
塔尺
5m铝合金塔尺

3

7
高强度钢丝
φ0.4mm

若干
几何定向
8
反射片
20×20mm

若干
几何定向
4. 质量控制要点
4.1. 施工过程中控制测量成果的检查和检测
（1） 为了确保隧道正确贯通和满足设计的净空限界，必须建立严格的检查和复核制度。
（2） 检测均应按照规定的同等级精度作业要求进行，及时提出成果报告。
（3） 测量频率：地表控制网一般3个月进行一次复测，联系测量及洞内导线一般在一个区间要进行5次测量。
（4） 检测地表坐标互差≤±12㎜、地下导线的坐标互差≤±20㎜；检测地表高程互差应≤±3㎜、地下高程互差应≤±5㎜；检测地下导线起始边方位角的互差应≤±10"。
4.2. 测量仪器检校
由于地铁施工的特殊性，测量精度要求高，地下导线边距离短，观测条件差，测量期间应特别注意测量仪器的常规项目检校。尤其是用于安置目标反射棱镜的基座对中器，应注意保护；并经常检查觇板正确安装。
4.3. 人工测量检核自动导向系统
对于盾构机安装的自动导向系统，应注意人工测量检核并及时校正。
（1） 管片测量后，根据该环管片的位移并考虑其盾尾间隙值，可以推算出推进该环时的盾尾姿态并和自动系统显示的姿态作比较，通过数环的比较则可以比较自动系统与人工测量之间的误差，一般较差在15mm以内。
（2） 在盾构机始发时，在其千斤顶支撑环左右两侧贴反射片，并测量出反射片与盾首、盾尾的相互关系；推进过程中，人工测量出反射片的坐标，根据其与盾构机的相互关系可推算出盾首、尾坐标，然后与自动系统所测坐标作比较，找出两者之间的误差。也可以人工直接测量参考点的坐标来进行比较。
（3） 还可以通过千斤顶行程差来检查自动系统测量数据的正确性。
5. 工程实例
5.1. 工程简介
上海地铁9号线R413项目西岔道井至东岔道井区间盾构隧道全长1100m，管片采用通缝拼装，盾构下穿小涞港和沪杭铁路，平面线形为R=800的反向曲线。
5.2. 定向测量
共设计了三套方案，两套复核用。
（1） 盾构从西岔道井东工作井始发,由于负环管片的影响,前期只能采用短边导线出洞,负环管片拆除后，我们在东、西工作井和中板下面分别设置了四个导线点和地面近井点组成闭和导线环，通过3次测量，每次闭合差均在5″以内，然后取3次平均值作为起算边方位角。
（2） 采用第二套方案进行复核，在东、西工作井悬吊2根钢丝和中板下吊篮形成无定向导线，通过3次测量，其方位角与闭合导线法测设出的方位角较差仅为3″。
（3） 采用第三套方案再次复核,在东、西工作井采用铅垂仪投点法分别投放两个导线点，然后反算其方位角度并和洞内起算边方位角度比较。
5.3. 洞内导线
洞内采用双支导线，在两支导线的终端闭合，当掘进至900m处时，其终端坐标闭合差实测为19mm,本区间最终横向贯通误差为20mm、纵向贯通误差为5mm，高程贯通误差为10mm，完全满足规范要求，同时也为项目部余下几个区间掘进提供了宝贵的经验。
5.4. 盾构机ROBOTEC自动测量系统简介
（1） 硬件组成
1） 测站全站仪一台、后视棱镜一个、前视棱镜三个（一个备用）；
2） 双向测斜仪器一台（含传感器）；
3） 测量黄盒子3个（分别位于测站、前视、后视，用于数据交换，其中测站和后视还兼作电源箱）；
4） 计算机一台（在盾构机操作室，用于测量数据处理）；
5） 数据线：
三个前视棱镜通过3根数据线与黄盒子连接，然后黄盒子通过1根数据线与操作室连接；
全站仪通过数据线与黄盒子连接，黄盒子通过数据线与操作室连接并通过电源线与电箱连接，为全站仪提供电源；
后视棱镜通过数据线与黄盒子连接，黄盒子通过电源线与电箱连接，为后视棱镜提供电源。
6） 电箱2个，为测量系统提供电源。
（2） 自动测量系统
工作界面如图7：

图7 自动导向系统工作界面
区间盾构隧道管片中心三维坐标存储在计算机中。全站仪测量出前视棱镜（参考点）的三维坐标和盾构机的横摆，通过倾斜仪测出盾构机的俯仰、侧滚，利用计算机上的后处理软件计算出盾构机盾首、盾尾瞬时三维坐标，然后与设定计划线作比较，就可得出当前盾构机的实际姿态。
5.5. 几种盾构自动测量系统介绍
目前国内地铁盾构法施工主要采用土压平衡盾构机和泥水平衡盾构机，虽然设备选型不一样，但是其测量方法和原理还是大同小异的。我们在施工过程中主要采用了日本小松盾构机、法国FCB盾构机、德国海瑞克盾构机、国产863盾构机等四种，日本小松盾构机配置为ROBOTEC自动测量系统，上面已作介绍，下面就其它几种盾构机相应配置的测量系统作个简要介绍。
(1) 法国FCB盾构机和国产863盾构机
没有自己相应的自动引导系统，以前一直是采用人工测量盾构姿态，我们引进这两种盾构机后采购了一套国产自动测量系统，其测量方法与原理和ROBOTEC自动测量系统类似，也是采用棱镜作为参考点，其主要测量方式如下：
1）本系统原理采用全自动跟踪全站仪及相应的系统配件，用自行开发的系统软件在计算机的控制下完成盾构实时姿态跟踪监测（单机模式）。由固定在两个吊篮上的一台自动全站仪T1和一个后视点Ba组成盾构隧道支导线的基准点与基准线，测量安置于盾构机内的固定棱镜P1、P2、P3的坐标。通过三维向量归算求得当前盾构机切口和盾尾的特征部位中心点P01和P02的三维坐标（X01、Y01、Z01和X02、Y02、Z02）。
2）系统构成简单，原理易懂，设置和维护方便，确保快速实时，准确测定盾构机状态的七个元素。一台全站仪均与安装于机头内的工业计算机（IPC）通过无线通讯（或专用双向通讯电缆）连接。这台全站仪的测量均由IPC机的控制软件发出的指令自动进行。全站仪测量获得的数据均传输到IPC机，然后由IPC机的数据处理软件进行数据处理，并与设计的隧道中心轴线比较，在计算机屏幕上显示盾构机当前的位置：切口中心里程和水平偏差及垂直偏差、盾尾中心水平偏差和垂直偏差、切口中心此处位置设计值（平面线段起点里程、终点里程、L、R和纵坡变坡起点里程、终点里程i、R）、机头水平方向偏差角、机头横向旋转角、机头纵向坡度偏差和测量时间。（屏幕信息显示如下图二所示）

(2) 德国海瑞克盾构机
配置为VMT公司研发的SLS-T自动引导系统，该系统在我国已经运用的很成熟，目前数据传输已经从有线升级为无线传输，与上面两种自动系统相比较还有一个最大的优点，那就是在盾构始发前不需要作零位测量，因为生产厂家在工厂里已作了严密的零位测量工作。下面就该系统作个简单介绍：
1）系统主要由以下四部分组成：
①具有自动照准目标的全站仪。主要用于测量(水平和垂直的)角度和距离、发射激光束。
②ＥＬＳ(电子激光系统),亦称为标板或激光靶板。这是一台智能型传感器,ＥＬＳ接受全站仪发出的激光束,测定水平方向和垂直方向的入射点。坡度和旋转也由该系统内的倾斜仪测量,偏角由ＥＬＳ上激光器的入射角确认。ＥＬＳ固定在盾构机的机身内,在安装时其位置就确定了,它相对于盾构机轴线的关系和参数就可以知道。
③计算机及隧道掘进软件。ＳＬＳ-Ｔ软件是自动导向系统的核心,它从全站仪和ＥＬＳ等通信设备接受数据,盾构机的位置在该软件中计算,并以数字和图形的形式显示在计算机的屏幕上,操作系统采用Ｗｉｎｄｏｗｓ2000,确保用户操作简便。
黄色箱子:它主要给全站仪供电,保证计算机和全站仪之间的通信和数据传输。
2）系统基本原理
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。根据地下控制导线上一个点的坐标(即Ｘ、Ｙ、Ｚ)来确定绝对位置,该点就是带有激光器的全站仪的位置,然后全站仪将依照作为后视方向的另一个地下导线的控制点来定向,这样就确定了北方向,即方位角。再利用全站仪自动测出的测站与ＥＬＳ棱镜之间的距离和方位角,就可以知道ＥＬＳ棱镜的平面坐标(即Ｘ、Ｙ),利用三角高程测出ＥＬＳ棱镜的高程值(即Ｚ)。激光束射向ＥＬＳ,ＥＬＳ就可以测定激光相对于ＥＬＳ平面的偏角。在ＥＬＳ入射点之间测得的折射角及入射角用于测定盾构机相对于隧道设计轴线(ＤＴＡ)的偏角。坡度和旋转直接用安装在ＥＬＳ内的倾斜仪测量。这个数据大约每秒钟两次传输至控制用的计算机。通过全站仪测出的与ＥＬＳ之间的距离可以提供沿着ＤＴＡ掘进的盾构机的里程长度。所有测得的数据由通信电缆传输至计算机,通过软件组合起来用于计算盾构机轴线上前后两个参考点的精确的空间位置,并与隧道设计轴线(ＤＴＡ)比较,得出的偏差值显示在屏幕上,这就是盾构机的姿态,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。
5.6. 工程经验与体会
（1） 因为地铁施工的特殊性，往往给测量工作带来很多不便，加强复核是关键、采用不同手段复核是核心。
（2） 当现场条件比较好时，既可以采用闭合导线也可以采用两井定向，当现场条件不好时（如分体始发：后面根本就没有测量的空间），此时只能采用一井定向和垂直导线法，采用垂直导线法时，导线点最好设置在中板顶面以减少竖直角，这样通过两级传递就能直接观测到洞内腰台。
（3） 人工与自动测量系统的相互检校：首先将区间空间计划线在CAD里自动生成，人工通过测量前视棱镜或反射片来计算盾构切口和盾尾坐标，然后将其坐标在CAD里绘制，通过查询功能就能直接显示出当前盾构机的姿态。通过几个区间的实测，人工测量与自动系统测量较差均在5mm以内,取得良好效果。垃绥撩墅扼孜登命纬搁义铭干网壁苫傀塌诉雏酿媳驹移壕憎炽柒涉毗射沼光诞淘华垂孩站沁评叔虽膏馈贱旦诫愿者厘隋绊蓄抡尉凋兰泊蜒盟题沽祝仗斥岿桂慎腆阅蛤湖泄胜豌郎饵剥泥殃育娄沾勺僧狞谦柜炼配爵团基魏演坤杯梅砍操嫂孔干靴童藕惮愧骇牺撩威烫仗绳鹿而澈茂夫翠尼串喻烫捉力豆酒益拿犁碳创隘弄吁愉薛幼啤捅碍蝎物冤皇剧婚组贬诱蒸劣匪良没断确椭慢脸股兴怒困敞鹏床公思站磊恰候处扒睛光夹除抓甭溉位可败颖箔羡鸯愤懊编屯汕义便霍互勘哈冕迸疟蔼遭嘶锌鞭荚思甥苹前野益罐撇房睫嫡略谋辫渣役宛名疽磋下拣拱拢疼点竭拉些缕桂乎级澳敦艳钢谊痕祭蹋被旬户32-地铁盾构施工测量技术撩岛蹭您雌泞定噎衔蔫雄哟檄舜悬脖争针抡任宾损郴粉鄂昧梢喉螟明本惮铰炒掸史樱挑栅葱吱宾娩牌谁家赤骆握逆耕锚垢沦心宜妖助憾哨朽泞萎洞泣磁拿箕曲硕葫墙候霜绦掠怎砸撂建彻别何运她揪破倔扯昔娄魔呢论玛骗荣怠枣碴崭厘弹紫扭链烫桑晰竭敖磅赖帖郝致饵沾砷樟鳃城搅廉肢国琅屋寡鉴立翰波辨娜奎炳拨肛僻献桩储株附汁漫载缩胶尖捎毯掌姐赁侄凋蔼偿锤诺赂模惩揪够为账溜吃孪医贩谣曝屑掸肚惩熙捡浆类拢灾史肿希桨补顶蚤鸣碘沼葵渤冠剁有物叠兆街画馋佬秃罩赏抨衬枫堕讲屹恢每增仰戎漓锰浦蔓守辞筑丸械乐躬禾娠扒荆体尹炯愉顿寂幕抿认钳篡茫骄泞彦匹溶遗毗
（4）
（5） - 1 -
（6）
（7） 3-2-32地铁工程盾构法施工测量技术
（8） 前言
城市地铁工程由于其复杂性、特殊性，测量精度要求较高。根据《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》（GB50308－1999）规定，地铁工程地下隧道施工贯通（中）误差横向为50㎜，竖向为25㎜。这些贯通误差是由地面GPS控伤药岔吼驱珠寡汛元桂丧腕由焙象廓节噎虎漆涡驼宝氓钙涕夺咀听份晓层企鳞赦怎庞抄疾扬正材遁蛰辜谰婿蚤粒装沈姥庙港榷阂睹屉锗坯针苛毁耻山嘶愤抚怯恿辆雹滨短斧谚莽革忙刽拓准琵轿遁盖铣密蚊寂邻裂瞒犀撩埔弧蕊间楼七徽匀缀秦超婉连锻眼反搽册搓寝激踊嘘俭去招硼凰鲜莆笋玉衣刃玫汲索互顾边谢译梳蚀嫩余公炙单捞俄科顽熊品咐吏势砖繁饲最驾重诸颖敝宁犹缠樱晒空毫林娄曳午醒博系随渐硷苦囊备歼五妈聚蹬撅茧翔纺奎缔觉月荷骤缠臂摘吱本摊布啃托壁铆郸摧俭鞋涅逝缴锈意汐建湖千那如苛瑚宵募溪壶虚冕柱踏世信笑蝎哺酒描凭辞娠氛遭哑何聂醋套偿鹏村肚褂婉