衬砌台车弧形模板的线形测量方法与流程

本发明涉及隧道工程施工领域，具体地，涉及一种衬砌台车弧形模板的线形测量方法。

背景技术：

隧道施工中，混凝土衬砌台车整体弧形模板布置通常是由台车拱顶部位的固定段与台车两侧横向的可伸缩段这三段模板连接构成。如果台车整体弧形模板线形控制不当，其变形误差会随着浇筑混凝土过程中模板受力而增大，最终可能造成衬砌混凝土产品错台和侵线现象。

检验模板线形的常规方法是在台车端头拱顶点挂垂线，垂线上每间隔一段距离(通常为50cm)标记点位，将最终标记点至垂线两侧模板外轮廓边缘点的实际水平支距与理论支距进行对照，以此判断台车模板的线形误差，该方法的缺点是不能够直接且准确地确认衬砌台车的弧形模板部位的线形误差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种衬砌台车弧形模板的线形测量方法，该方法能够直接计算出衬砌台车上弧形模板部位的线形误差。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种衬砌台车弧形模板的线形测量方法，所述衬砌台车弧形模板包括一个弧形固定模板和多个弧形活动模板，其中两个弧形活动模板与所述弧形固定模板在所述弧形固定模板的圆周方向上衔接且对称设置，所述测量方法包括以下步骤：

s1)在所述弧形固定模板上标记四个第一基准点，所述四个第一基准点分别位于所述弧形固定模板的外轮廓的四角的顶点处；在与所述弧形固定模板衔接的每一弧形活动模板的两个弧形外侧边上分别标记一个第二基准点，所述第二基准点均位于同一平面内且所述第二基准点与所述弧形固定模板的圆心处于同一平面内；

s2)测量每一第一基准点的高程，以及测量每一第二基准点距所述弧形固定模板的拱顶顶点的垂直距离和每一第二基准点距所述弧形固定模板的中心线的垂直距离；

s3)通过每一第一基准点的高程、每一第二基准点距所述弧形固定模板的拱顶顶点的垂直距离以及每一第二基准点距所述弧形固定模板的中心线的垂直距离，调整所述衬砌台车弧形模板达到理论状态；

s4)以所述弧形固定模板轴向上任一端面的圆心为原点建立三维测量坐标系，并在所述三维测量坐标系中标记所述第一基准点和所述第二基准点的三维坐标；

s5)在所述弧形固定模板的任一弧形侧边方向的水平面上架设全站仪，在将全站仪架设点调整为所述全站仪与所述弧形固定模板上距离所述全站仪最近的两个第一基准点均可通视的情况下，获取所述全站仪架设点的三维坐标；

s6)在水平面上标定多个测量站点，所述测量站点包括设置在所述全站仪架设点的测量主站点以及设置在所述弧形固定模板的其他三个侧边方向上的测量辅站点，选择所述衬砌台车弧形模板上的任意一点作为测量试验点，在与所述测量试验点相对的测量站点上架设所述全站仪并采用所述全站仪测量所述测量试验点的三维坐标；

s7)获取所述原点在所述测量试验点所在的衬砌台车弧形模板的截面上的原点投影，通过所述测量试验点的三维坐标计算所述测量试验点与所述原点投影之间的距离值，并将该距离值与所述测量试验点所在的衬砌台车弧形模板的理论半径进行比较来计算所述测量试验点的径向误差。

具体地，步骤s3)通过每一第一基准点的高程、每一第二基准点距所述弧形固定模板的拱顶顶点的垂直距离以及每一第二基准点距所述弧形固定模板的中心线的垂直距离，调整所述衬砌台车弧形模板达到理论状态，包括：

将所述四个第一基准点调整为同高程；

将每一第二基准点距所述弧形固定模板的拱顶顶点的垂直距离以及距所述弧形固定模板的中心线的垂直距离均调整为与所述弧形固定模板的半径相等。

具体地，步骤s5)中获取所述全站仪架设点的三维坐标，包括：

根据距离所述全站仪最近的两个第一基准点的三维坐标，采用后方交会法获取所述全站仪架设点的三维坐标。

具体地，步骤s7)中将所述距离值与所述测量试验点所在的衬砌台车弧形模板的理论半径进行比较来计算所述测量试验点的径向误差，包括：采用公式计算所述测量试验点的径向误差，其中，δl为所述测量试验点的径向误差，r为所述测量试验点所在的衬砌台车弧形模板的理论半径，z和y为所述测量试验点距与所述测量试验点所在的衬砌台车弧形模板的截面平行的坐标轴的垂直距离。

本发明提供的衬砌台车弧形模板的线形测量方法，通过在衬砌台车弧形模板的弧形固定模板和与所述弧形固定模板衔接的两个弧形活动模板上分别设置第一基准点和第二基准点，在调整衬砌台车弧形模板到达理论状态后，以设置在弧形固定模板上的两个第一基准点为参考坐标获得全站仪的架设点的三维坐标，标定多个测量站点并选择一个测量试验点，使用全站仪测量所述测量试验点的三维坐标，根据所述测量试验点的三维坐标以及计算出该测量试验点与所述原点投影之间的距离值，并根据衬砌台车弧形模板的理论半径以及计算出的距离值计算所述测量试验点的径向误差。本发明提供的衬砌台车弧形模板的线形测量方法，测量数据直观，解决了常规方法不能直接且准确确认衬砌台车上弧形模板线形误差的工作难题，且提高了测量精度。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本申请的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本申请，但并不构成对本申请的限制。在附图中：

图1是本发明提供的衬砌台车弧形模板的线形测量方法的步骤流程图；

图2是本发明根据一种实施方式提供的衬砌台车弧形模板的线形测量方法中衬砌台车弧形模板的主视图；

图3是本发明根据一种实施方式提供的衬砌台车弧形模板的线形测量方法中衬砌台车弧形模板的后视图；

图4是本发明根据一种实施方式提供的衬砌台车弧形模板的线形测量方法中衬砌台车弧形模板的俯视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本领域技术人员可以理解，在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明提供的衬砌台车弧形模板的线形测量方法的步骤流程图，本发明提供的衬砌台车弧形模板包括一个弧形固定模板和多个弧形活动模板，其中两个弧形活动模板与所述弧形固定模板在所述弧形固定模板的圆周方向上衔接且对称设置，所述测量方法包括以下步骤：s1)在所述弧形固定模板上标记四个第一基准点，所述四个第一基准点分别位于所述弧形固定模板的外轮廓的四角的顶点处；在与所述弧形固定模板衔接的每一弧形活动模板的两个弧形外侧边上分别标记一个第二基准点，所述第二基准点均位于同一平面内且所述第二基准点与所述弧形固定模板的圆心处于同一平面内；s2)测量每一第一基准点的高程，以及测量每一第二基准点距所述弧形固定模板的拱顶顶点的垂直距离和每一第二基准点距所述弧形固定模板的中心线的垂直距离；s3)通过每一第一基准点的高程、每一第二基准点距所述弧形固定模板的拱顶顶点的垂直距离以及每一第二基准点距所述弧形固定模板的中心线的垂直距离，调整所述衬砌台车弧形模板达到理论状态；s4)以所述弧形固定模板轴向上任一端面的圆心为原点建立三维测量坐标系，并在所述三维测量坐标系中标记所述第一基准点和所述第二基准点的三维坐标；s5)在所述弧形固定模板的任一弧形侧边方向的水平面上架设全站仪，再将全站仪架设点调整为所述全站仪与所述弧形固定模板上距离所述全站仪最近的两个第一基准点均可通视的情况下，获取所述全站仪架设点的三维坐标；s6)在水平面上标定多个测量站点，所述测量站点包括设置在所述全站仪架设点的测量主站点以及设置在所述弧形固定模板的其他三个侧边方向上的测量辅站点，选择所述衬砌台车弧形模板上的任意一点作为测量试验点，在与所述测量试验点相对的测量站点上架设所述全站仪并采用所述全站仪测量所述测量试验点的三维坐标；s7)获取所述原点在所述测量试验点所在的衬砌台车弧形模板的截面上的原点投影，通过所述测量试验点的三维坐标计算所述测量试验点与所述原点投影之间的距离值，并将该距离值与所述测量试验点所在的衬砌台车弧形模板的理论半径进行比较来计算所述测量试验点的径向误差。

根据本发明的技术方案，首先根据所述衬砌台车弧形模板的模板结构，在所述衬砌台车弧形模板的弧形固定模板外轮廓上的四角的顶点处设置四个第一基准点，在与弧形固定模板两侧周向衔接的每一块弧形活动模板的外轮廓的两条弧形外侧边上分别设置一个第二基准点，设置的每一所述第二基准点与所述弧形固定模板的圆心处于同一平面内。其次，测量所述四个第一基准点的高程和每一第二基准点距离弧形固定模板的拱顶顶点的垂直距离和每一第二基准点距所述弧形固定模板的中心线的垂直距离，根据测量结果调整所述衬砌台车弧形模板到理论状态。在所述衬砌台车弧形模板到达理论状态后，以所述弧形固定模板轴向上任一端面的圆心为原点建立三维测量坐标系，在三维测量坐标系内标注所述四个第一基准点和四个第二基准点的三维坐标，根据位于弧形固定模板轴向同一端头的两个已知的第一基准点为参考点，获取全站仪架设点的三维坐标，并标定架设点作为多个测量站点中的测量主站点，在弧形固定模板的其它三个侧边方向标定测量辅站点。

在一个实施例中，为了全方位的测量所述衬砌台车弧形模板上任意选定的测量试验点的三维坐标，需要在弧形固定模板的其它三个侧边方向标定测量辅站点，每一侧边方向标记至少一个测量辅站点，即在与测量主站点相对的弧形固定模板轴向上的另一端头和所述弧形固定模板周向两侧的水平面上设置测量辅站点。所述测量辅站点位置的确定需要满足架设在测量辅站点上三脚架、基座以及测距棱镜头与架设在测量主站点上的全站仪可视。在确定测量辅站点之后，通过在所述测量辅站点上架设的三脚架、基座以及测距棱镜头来获取所述测量辅站点的三维坐标。

在获取测量主站点和测量辅站点的三维坐标后，具体地，为了测量衬砌台车弧形模板上的一个选定的测量试验点的三维坐标，需要将全站仪移动至与该测量试验点对应的测量站点上，利用全站仪测量出所述测量试验点的三维坐标；由于三维测量坐标系是以所述弧形固定模板轴向上任一端面的圆心为原点建立的，因此所述测量试验点位于衬砌台车弧形模板的某一个截面上，所述原点在该截面上的投影(即所述原点投影)与该截面的圆心重合。根据本发明的技术方案，计算所述测量试验点与所述原点投影的距离值，将计算出的距离值与衬砌台车弧形模板的理论半径进行比较即可得到所述测量试验点的径向误差。

采用本发明提供的测量方法，可以精确地计算出衬砌台车弧形模板上任意一点(即所述测量试验点)的径向误差，该测量方法可为后续衬砌台车弧形模板的调整或制造提供精确的参考依据，确保了后续隧道二衬的浇筑质量。

具体地，本发明提供的测量方法中，步骤s3)通过每一第一基准点的高程、每一第二基准点距所述弧形固定模板的拱顶顶点的垂直距离以及每一第二基准点距所述弧形固定模板的中心线的垂直距离，调整所述衬砌台车弧形模板达到理论状态，包括：将所述四个第一基准点调整为同高程；将每一第二基准点距所述弧形固定模板的拱顶顶点的垂直距离以及距所述弧形固定模板的中心线的垂直距离均调整为与所述弧形固定模板的半径相等。

在一个实施例中，如图2-图4所示，所述衬砌台车弧形模板包括一个弧形固定模板和两个弧形活动模板，弧形固定模板分别与两个弧形活动模板周向衔接，将所述弧形固定模板的外轮廓的四角的顶点分别标记为第一基准点，如图4所示，四个第一基准点分别为a1、a2、a1-1、a2-1，在每一所述弧形活动模板的两个弧形外侧边上均标记一个第二基准点，四个第二基准点分别为b1、b2、b1-1、b2-1，且所述第二基准点b1、b2、b1-1、b2-1与所述弧形固定模板的圆心处于同一平面内；采用全站仪常规法测量a1、a2、a1-1、a2-1四点的高程，采用全站仪高程测量法测量b1、b2、b1-1、b2-1四点距弧形固定模板拱顶顶点的垂直距离，采用全站仪对边测量功能测量b1、b2、b1-1、b2-1四点距弧形固定模板中心线的垂直距离；调整所述衬砌台车弧形模板达到理论状态。具体地，在实际应用中，所述弧形固定模板和所述弧形活动模板均由驱动装置控制运动，例如，所述驱动装置可以是液压缸、气缸或直线电机等，调整所述衬砌台车弧形模板达到理论状态时，根据测量到的a1、a2、a1-1、a2-1的高程，由控制弧形固定模板的驱动装置控制弧形固定模板运动，直到a1、a2、a1-1、a2-1处于同一高程面(即a1、a2、a1-1、a2-1四点高程相等)，由控制两个弧形活动模板的驱动装置控制两块弧形活动模板运动，直到b1、b2、b1-1、b2-1四点距离弧形固定模板的拱顶顶点的垂直距离和距离弧形固定模板中心线的垂直距离均等于弧形固定模板的半径，此时，所述衬砌台车弧形模板达到理论状态。

在一个实施例中，如图2和图4所示，在所述衬砌台车弧形模板达到理论状态后，以所述弧形固定模板轴向上一端面的圆心o为原点建立三维测量坐标系(三维测量坐标系的坐标轴分别为x轴、y轴、z轴，其中x轴垂直弧形固定模板的端面设置)，并在三维测量坐标系上标注a1、a2、a1-1、a2-1和b1、b2、b1-1、b2-1的三维坐标。

根据本发明的技术方案，使用全站仪测量所述衬砌台车弧形模板上任意选定的测量试验点的三维坐标，需要先确定全站仪的架设点并获得所述架设点的三维坐标(即确定测量主站点)，具体地，步骤s5)中获取所述全站仪架设点的三维坐标，包括：根据距离所述全站仪最近的两个第一基准点的三维坐标，采用后方交会法获取所述全站仪架设点的三维坐标。

所述全站仪器可设置在所述弧形固定模板的任一端头的水平面上，在上述实施例中，在所述弧形固定模板的任一端头的水平面上选择一点架设全站仪，该全站仪架设点位置的确定需要满足在此点架设的全站仪的望远镜与已知的同一端的a1和a2或a1-1和a2-1均可通视。全站仪架设点确定后，采用后方交会法获取全站仪架设点的三维坐标。

在一个实施例中，在获得所述多个测量站点的三维坐标后，当需要对所述衬砌台车弧形模板上的任意选定的测量试验点进行三维坐标测量时，移动全站仪到该测量试验点所对应的测量站点，采用全站仪免棱镜功能测量该测量试验点的三维坐标。

根据本发明的技术方案，根据测量试验点的三维坐标计算该测量试验点的径向误差。具体地，步骤s7)中将所述距离值与所述测量试验点所在的衬砌台车弧形模板的理论半径进行比较来计算所述测量试验点的径向误差，包括：采用公式计算所述测量试验点的径向误差，其中，δl为所述测量试验点的径向误差，r为所述测量试验点所在的衬砌台车弧形模板的理论半径，z和y为所述测量试验点距与所述测量试验点所在的衬砌台车弧形模板的截面平行的坐标轴的垂直距离。

在上述实施例中，所述测量试验点所在的衬砌台车弧形模板的截面与三维测量坐标系中的x轴垂直、与y轴和z轴组成的坐标平面平行，这样测量试验点在y轴和z轴上的坐标投影到截面上的斜边长度即为所述测量试验点与所述原点投影之间的距离值，根据勾股定理，采用公式计算所述距离值，将该距离值与衬砌台车弧形模板的理论半径r进行比较即可得出所述测量试验点的径向误差δl。

计算出的径向误差δl可以为后续衬砌台车模板的调整或生产提供理论依据，在所述径向误差δl等于0的情况下，表示所述测量试验点与衬砌台车弧形模板上所述测量试验点对应的理论点重合；当计算出的径向误差δl不等于0，表示所述测量试验点与衬砌台车弧形模板上所述测量试验点对应的理论点存在径向误差δl，以计算出的径向误差δl为依据由驱动装置控制所述测量试验点所在的衬砌台车模板运动以消除径向误差δl。

本发明提供的衬砌台车弧形模板的线形测量方法，通过在衬砌台车弧形模板的弧形固定模板和与所述弧形固定模板衔接的两个弧形活动模板上分别设置第一基准点和第二基准点，在调整衬砌台车弧形模板到达理论状态后，以设置在弧形固定模板上的两个第一基准点为参考坐标获得全站仪的架设点的三维坐标，标定多个测量站点并选择一个测量试验点，使用全站仪测量所述测量试验点的三维坐标，根据所述测量试验点的三维坐标以及计算出该测量试验点与所述原点投影之间的距离值，并根据衬砌台车弧形模板的理论半径以及计算出的距离值计算所述测量试验点的径向误差。本发明提供的衬砌台车弧形模板的线形测量方法，测量数据直观，解决了常规方法不能直接且准确确认衬砌台车上弧形模板线形误差的工作难题，且提高了测量精度。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本申请的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本申请的思想，其同样应当视为本申请所公开的内容。