专利名称：长距离盾构法隧道贯通测量方法
技术领域：
本发明是一种盾构法隧道中的施工测量技术，涉及一种基于垂直顶升孔下垂钢丝 的特长盾构法隧道精确贯通测量方法。
背景技术：
盾构法隧道是由盾构机在土体中掘进完成施工，盾构机是一个由刀盘切削土体， 由圆柱状钢壳提供工作面保护，依靠在钢壳内拼装成环的管片给于呈圆周状布置的千斤顶 组提供支撑，然后由千斤顶往前推动，从而实现在土体内前进的大型机器。在地下作业的过 程中，盾构机的运动轨迹将基本形成地下隧道走向的实际轴线，工程要求隧道的实际轴线 应尽量接近或完全吻合设计轴线(DTA)，以保证隧道工程的质量，从而保障地下道路隧道建 成后的安全。同时，盾构法隧道在最终到达接收井时，必须准确的进入到预设的钢洞门圈 内，否则会照成巨大的风险和损失。因此盾构法隧道施工必须要严格按照设计轴线准确控 制盾构机的实时位置，确保后续成型后的隧道符合设计要求，最终指导盾构机准确穿过钢 洞门圈进入接收井。指导盾构机前进方向，需要盾构施工测量技术，现有技术是将地面坐标通过竖井 联系测量传递到隧道内，并在隧道内布设支导线，利用支导线的数据测量盾构机布设在盾 构纵轴方向上的测量标志，最后根据测量标志与盾构机头部尾部中心的关系，计算出盾构 机的头部、尾部中心的三维坐标，比较它们与隧道设计轴线(DTA)之间的偏差，从而指导盾 构机很好的沿着设计轴线前进。但是，由于测量误差的存在，对于超长的隧道，在支导线长度达到一定长度之后， 测量误差就会慢慢累积到超出隧道设计要求，从而有可能不能顺利进入接收井，照成工程 巨大风险和损失，或者只能采用昂贵的高精度陀螺仪且该仪器由于国内应用少而并不能确 保隧道百分之百完全贯通的不足，现有技术成本高、效率低，无法适用于超长距离的盾构法 隧道。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种低成本，高效率，成果直观，适用于超长距离盾 构法隧道的精确贯通测量方法。为达到上述目的，本发明提供一种长距离盾构法隧道贯通测量方法，包括以下步 骤
1)垂直顶升孔施工；
2)吊钢丝垂球分别从地面通过始发井和垂直顶升孔吊入一根钢丝至隧道底部，并绑 扎铁垂球后置入隧道底部的油桶中沉没直至平稳；
3)测量两根钢丝之间的实际距离和实际方位角在地面观测始发井和垂直顶升孔内两 根钢丝的实际城市坐标，并计算出两根钢丝之间的实际距离和实际方位角；
4)进行地下导线测量在隧道内设置施工控制导线，并在所述导线上取复数个测量点，以始发井和垂直顶升孔内的两根钢丝为测量导线的起点和终点，测量整个隧道内部施工控 制导线的各个测量点的方位角和距离；
5)测量成果计算假设始发井内的钢丝到隧道内施工控制导线的第一个测量点的方位 角为90°，根据步骤4测得的隧道内导线的各个测量点的方位角和距离，计算出导线各测 量点和垂直顶升孔处钢丝的城市坐标增量，反算出隧道内始发井和垂直顶升孔内两根钢丝 的距离和方位角；
6)根据计算成果修改贯通前的盾构机姿态数据根据步骤5中隧道内部测量成果的计 算和步骤3中地面实际测量计算得出的两根钢丝之间的距离和方位角的差异值，通过计算 平差，最终确定隧道内施工控制导线的优化数据，然后根据该数据重新测量盾构姿态，得出 更为准确的盾构姿态，最终指导盾构机精确到达接收井或预定地点；
所述步骤6进一步包括以下步骤
定义步骤3中根据实际城市坐标计算得出的始发井和垂直顶升孔内两根钢丝之间的 距离与步骤5中反算出的隧道内始发井和垂直顶升孔内两根钢丝的距离的比值为R ；而步 骤5中反算出的隧道内始发井和垂直顶升孔内两根钢丝的方位角和步骤3中根据实际城市 坐标计算得出的始发井和垂直顶升孔内两根钢丝之间的方位角的差值为Δ A ；
将隧道导线内测量点的方位角减去Δ Α，并根据R对隧道内导线的各个测量点之间进 行距离修正，得出新的导线的各个测量点之间的距离和方位角；
通过计算，重新得出隧道内施工控制导线的各个测量点的坐标增量值和坐标，得出更 为准确的盾构姿态，使得施工至垂直顶升孔时，其钢索的坐标与地面实际测量值一致。本发明具有低成本、效率高、效果好和适用范围广的优点，能够快速精确的优化隧 道内施工控制测量导线，达到更为精确的获取盾构姿态、保证隧道工程质量的效果，适用于 提高满足垂直顶升施工条件的所有类型的盾构法长距离隧道贯通精度。
图1为隧道垂直顶升孔测量方法的整体示意图；以及 图2为测量钢丝坐标的示意图。
具体实施例方式本实施例采用了本发明的技术方法进行施工，给出了详细的实施方式和具体的操 作过程，但本发明的保护范围不局限于下述的实施例。本具体实施例以某盾构隧道施工为例，该工程采用直径Φ7. 5m的盾构施工，盾构 主机总长为9m米，隧道盾构掘进总长度7. 5km ；并应用本发明所述垂直顶升测量方法实现 精确贯通(实例中，为简化计算，将7.5km改为750 m)。该测量示意图如图1和图2所示， 具体内容如下
1)垂直顶升孔施工；
2)吊钢丝垂球分别从地面通过始发井10和垂直顶升孔20吊入一根Φ0.3mm钢丝11、 21至隧道底部，并绑扎30kg铁垂球12、22后置入隧道底部的油桶中沉没直至平稳；
3)测量两根钢丝之间的实际距离和实际方位角利用隧道地面控制网数据，采用测 量仪器分别在地面观测始发井和垂直顶升孔内两根钢丝的实际城市坐标，并计算出两根钢丝之间的实际距离和实际方位角；本实施例通过本步骤得到始发井内的钢丝坐标 Xl=+1230. 880，Yl=+674. 350;垂直顶升孔内的钢丝坐标Χ2=+1845. 690，Υ2=+1039. 980 ； 计算得出钢丝11与21之间的实际距离S=+715. 78，实际方位角A = 30° 48' 07〃 ；
4)进行地下导线测量在隧道内设置施工控制导线，并在所述导线上取复数个测量点 30、40、50、60，以始发井10和垂直顶升孔20内的两根钢丝11、21为测量导线的起点和终 点，测量整个隧道内部施工控制导线的各个测量点的方位角和距离，得到如表1所述的数 据；
测量点角度(右)距离(! 'OCm)起点1030178 22 30124.0840193 44 00164.150131 13 00208.5360204 54 3094.13终点20147.44
表1
5)测量成果计算假设始发井10内的钢丝11到隧道内施工控制导线的第一个测量点 30的方位角为90°，根据步骤4测得的隧道内导线的各个测量点的方位角和距离，计算出 导线各测量点和垂直顶升孔20处钢丝21的城市坐标增量(Δ X，ΔΥ)，反算出隧道内始 发井10和垂直顶升孔20内两根钢丝11、21的距离S' =715. 79 m和方位角A' =77° 44 ’ 08 “，得到如表2所示的数据；
I Vf ^f t I-I-Irl-It角度(右) I'O J D )fgS Cf )fflJT方位角 — j w )傭定 坐标增量Δ Yfe点 1030178 22 30124 0890 OO 000.124.0840193 44 001641$1 3 30-4.65164.0350181 13 00208 5377 55 3043 74203.豹602Μ 54 3094.1876 40 3021 7191.64终点 20147 4451 46 0091 52115J1S'' =715.7 Λ A ‘ =7 ° 44 ‘ OS +" R=L-L ‘ 999986S =715JSni Α=3ιΤ 48‘07 ” Δ A =A ‘ -Α=466 56/ 01 “
表26)根据计算成果修改贯通前的盾构机姿态数据定义步骤3中根据实际城市坐标计算 得出的始发井和垂直顶升孔内两根钢丝之间的距离与步骤5中反算出的隧道内始发井和 垂直顶升孔内两根钢丝的距离的比值为R，R=S + S' =0. 999986 ；而步骤5中反算出的隧道 内始发井和垂直顶升孔内两根钢丝的方位角和步骤3中根据实际城市坐标计算得出的始 发井和垂直顶升孔内两根钢丝之间的方位角的差值为ΔΑ，ΔΑ= A ‘ -Α=46° 56' 01丨‘； 将隧道导线内测量点30、40、50、60的方位角减去ΔΑ，并根据R对隧道内导线的各个测量点 之间进行距离修正，得出新的导线的各个测量点之间的距离和方位角；通过计算，重新得出 隧道内施工控制导线的各个测量点的坐标增量值和坐标，如表3所示，得出更为准确的盾 构姿态，然后根据该数据重新测量盾构姿态，得出更为准确的盾构姿态，最终指导盾构机精 确到达接收井或预定地点。
权利要求
1.一种长距离盾构法隧道贯通测量方法，其特征在于，包括以下步骤1)垂直顶升孔施工；2)吊钢丝垂球分别从地面通过始发井和垂直顶升孔吊入一根钢丝至隧道底部，并绑 扎铁垂球后置入隧道底部的油桶中沉没直至平稳；3)测量两根钢丝之间的实际距离和实际方位角在地面观测始发井和垂直顶升孔内两 根钢丝的实际城市坐标，并计算出两根钢丝之间的实际距离和实际方位角；4)进行地下导线测量在隧道内设置施工控制导线，并在所述导线上取复数个测量点， 以始发井和垂直顶升孔内的两根钢丝为测量导线的起点和终点，测量整个隧道内部施工控 制导线的各个测量点的方位角和距离；5)测量成果计算假设始发井内的钢丝到隧道内施工控制导线的第一个测量点的方位 角为90°，根据步骤4)测得的隧道内导线的各个测量点的方位角和距离，计算出导线各测 量点和垂直顶升孔处钢丝的城市坐标增量，反算出隧道内始发井和垂直顶升孔内两根钢丝 的距离和方位角；6)根据计算成果修改贯通前的盾构机姿态数据根据步骤5)中隧道内部测量成果的 计算和步骤3)中地面实际测量计算得出的两根钢丝之间的距离和方位角的差异值，通过计 算平差，最终确定隧道内施工控制导线的优化数据，然后根据该数据重新测量盾构姿态，得 出更为准确的盾构姿态，最终指导盾构机精确到达接收井或预定地点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤6进一步包括以下步骤定义步骤3中根据实际城市坐标计算得出的始发井和垂直顶升孔内两根钢丝之间的 距离与步骤5中反算出的隧道内始发井和垂直顶升孔内两根钢丝的距离的比值为R ；而步 骤5中反算出的隧道内始发井和垂直顶升孔内两根钢丝的方位角和步骤3中根据实际城市 坐标计算得出的始发井和垂直顶升孔内两根钢丝之间的方位角的差值为Δ A ；将隧道导线内测量点的方位角减去Δ Α，并根据R对隧道内导线的各个测量点之间进 行距离修正，得出新的导线的各个测量点之间的距离和方位角；通过计算，重新得出隧道内施工控制导线的各个测量点的坐标增量值和坐标，得出更 为准确的盾构姿态，使得施工至垂直顶升孔时，其钢索的坐标与地面实际测量值一致。
全文摘要
本发明涉及一种长距离盾构法隧道贯通测量方法，其包括以下步骤1)垂直顶升孔施工；2)吊钢丝垂球；3)测量两根钢丝之间的实际距离和实际方位角；4)进行地下导线测量；5)测量成果计算；6)根据计算成果修改贯通前的盾构机姿态数据，最终指导盾构机精确到达接收井或预定地点；本发明具有低成本、效率高、效果好和适用范围广的优点，能够快速精确的优化隧道内施工控制测量导线，达到更为精确的获取盾构姿态、保证隧道工程质量的效果，适用于提高满足垂直顶升施工条件的所有类型的盾构法长距离隧道贯通精度。
文档编号G01C1/00GK102095401SQ20101057385
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者余永明, 季军, 宋兴宝, 张轶, 沈庞勇, 范杰 申请人:上海隧道工程股份有限公司, 上海青草沙投资建设发展有限公司