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1、 兰州交通大学继续教育学院 毕 业 设 计 论 文 浅谈盾构隧道工程测量 专 业：工程造价 班 级：2011级工程造价3班 姓 名： 学 号： 指导老师： 毕业设计（论文）任务书班级：11级工程造价3班 学生姓名： 学号： 题目：盾构隧道工程测量1、本论文的目的、意义：近几年来,我国许多大城市,伴随着城市交通流量的激增和地表空间的减小,地下空间不断开发,城市隧道施工工程中,作为不影响城市商业、交通功能的盾构法以其施工对周围环境影响小、快速的机械化施工等优点而被广泛应用于城市地下空间开发工程,尤其在地铁隧道工程中,逐渐代替传统的明挖法、暗挖法,成为一种较为普及的隧道成型工法。盾构隧道对周围环境要
2、求较低及造价合理等优势而得到广泛的应用,并且在国内外的隧道工程中应用规模不断扩大。然而盾构测量工作是盾构隧道的重要组成部分，为工程施工提供准确的定位信息、实时监控量测施工进程地面、隧道相关变化量及周围构筑物、管线等的影响变化，为工程施工提供必要的测量数据，根据测量数据适当调整作业进度和措施方法，确保施工安全。2学生应完成的任务：盾构机姿态实时正确测定，是隧道顺利推进和确保工程质量的前提，其重要性不言而喻。在盾构机自动化程度越来越高的今天，甚至日掘进量超过二十米，可想而知，测量工作的压力是相当大的。这不仅要求精度高，不出错；还必须速度快，对工作面交叉影响尽可能小。能够在隧道施工过程中及时准确给出
3、方向偏差，并予以指导纠偏，确保工程顺利进行。 3、论文各部分内容及时间分配：（共8周）第一部分：封面，任务书，检查表 （1周）第二部分：内容，目录，正文，参考文献 （4周）第三部分：整体修改 （3周） 指导老师： 2013年 月 日审 批 人： 2013年 月 日 2 兰州交通大学继续教育学院专科毕业论文检查表 班级：11级工程造价3班 学生姓名：王家霖 指导教师：王华强论文题目盾构隧道工程测量一、论文中期检查(论文完成情况及主要内容)：论文完成情况满足时间分配要求，主要内容的段落分配应稍加整理。如果能将建设工程盾构测量也写几方面将更全面些。 教师签字： 年 月 日二、论文结题验收： 论文对建
4、设工程施工盾构测量的各方面分析较为透彻、全面，论据充足，对学习工程施工盾构工程测量有一定的指导意义 教师签字： 年 月 日三、论文评语及评分： 该篇论文满符合论文评阅标准要求，中心突出、论据充足、材料可靠，运用所学与实际结合，总结经验，说服力强。 教师签字： 年 月 日 内 容 摘 要为了在盾构机掘进过程中能直观、快速地反映和评价监测结果,实现自动化定位导向、控制和监测数据的信息化管理,开发了盾构测量自动导向程序,可以动态地以图表的形式直观地显示盾构行进的姿态信息。为确保盾构隧道的顺利推进和确保工程质量，随时掌握盾构姿态。准确给出线路中线、方向偏差，并予以指导纠偏，对隧道工程起到了很好的保证作
5、用、对盾构测量中存在的一些问题给予研究。【关键词】： 盾构姿态 线路中线 自动测量目 录1 绪论 62 盾构测量的组成 72.1 盾构测量导向系统的组成 2.2 盾构测量导向系统和盾构机控制测量在盾构施工中的地位和作用 3 盾构机测量导向系统原理 83.1盾构机测量导向系统涉及的坐标系 3.2描述盾构机姿态的要素 3.3测量导向系统原理和工作过程.4 盾构机控制测量114.1 盾构机控制测量的原理4.2 盾构施工控制测量5 影响测量导向系统和盾构机控制测量精度的因素12结 束 语 14参 考 文 献151 绪论1.1盾构测量的发展背景20世纪70年代以来，盾构掘进机施工技术有了新的飞跃。伴随着
6、激光、计算机以及自动控制等技术的发展成熟，激光导向系统在盾构机中逐渐得到成功运用、发展和完善。激光导向系统，使得盾构法施工极大地提高了准确性、可靠性和自动化程度，从而被广泛应用于铁路、公路、市政、油气等专业领域。 全面理解激光导向系统的原理，有助于工程技术人员在地铁的盾构施工中及时发现问题，解决问题，保证隧道的正确掘进和最后贯通；有助于国产盾构机研制工作的开展。1.2盾构测量的研究意义 基于对已有同类系统优缺点的分析，为达到更好的实用效果，我们就此从新进行整体设计，理论原理和方法同过去有所不同，主要体现在：其一，系统运行不采用直接激光指向接收靶的引导方式，而是根据测点精确坐标值来对盾构机刚体进
7、行独立解算，计算盾构姿态元素的精确值，摈弃以往积分推算方法，防止误差积累；其二，选用具有自主开发功能的高精度全自动化的测量仪，测量过程达到完全自动化和计算机智能控制；其三，在理论上将平面加高程的传统概念，按空间向量归算，在理论上以三维向量表达，简化测量设置方式和计算过程。 目前全站仪具备了过去所没有的自动搜索、自动瞄准、自动测量等多种高级功能，还具有再开发的能力，这为我们得以找到另外的测量盾构机姿态的方法，提供了思路上和技术上的新途径。 系统开发着眼于克服传统测控方式的缺点，提高观测可靠性和测量的及时性，减少时间占用，最大限度降低人工测量劳动强度，避免大的偏差出现，有利于盾构施工进度，提高施工
8、质量，在总体上提高盾构法隧道施工水平。系统设计上改进其他方式的缺点，在盾构推进过程中无需人工干预，实现全自动盾构姿态测量。1.3盾构测量的使用情况现有系统其依据的测量原理，是把盾构机各个姿态量（包括：坐标量X.Y.Z，方位偏角、坡度差、轴向转角）分别进行测定，准确性和时效性受系统构架原理和测量方法限制，其系统或者很复杂而降低了系统的运行稳定性，加大了投入的成本，或者精度偏低，或者功能不足，需配合其他手段才能完成。 国外生产的盾构设备一般备有可选各自成套的测量与控制系统，作业方式主要以单点测距定位、辅以激光方向指向接收靶来检测横向与垂向偏移量的形式为主。另外要有纵、横两个精密测倾仪辅助。有些（日
9、本）盾构机厂商提供的测控装置中包括陀螺定向仪，采用角度与距离积分的计算方法，对较长距离和较长时间推进后的盾构机方位进行校核，对推进起到了指导控制作用。二 盾构测量的组成2.1 盾构测量导向系统的组成 测量导向系统是综合运用测绘技术、激光传感技术、计算机技术以及机械电子等技术指导盾构隧道施工的有机体系。激光全站仪（激光发射源和角度、距离及坐标量测设备）和黄盒子（信号传输和供电装置）；激光接收靶（ELS Target，内置光栅和两把竖向测角仪）、棱镜（ELS Prism）和定向点（Reference Target）；盾构机主控室（TBM Control Cabin）：由程控计算机（预装隧道掘进软件
10、，具有显示和操作面板）、控制盒、网络传输Modem和可编程逻辑控制器（PLC）四部分组成；油缸杆伸长量测量（Extension Measurement）装置等。其中，隧道掘进软件是盾构机激光导向系统的核心。2.2盾构测量导向系统和盾构机控制测量在盾构施工中的地位和作用 盾构法施工过程。在隧道掘进模式下，测量导向系统是实时动态监测和调整盾构机的掘进状态，保持盾构机沿设计隧道轴线前进的工具之一。在整个盾构施工过程中，测量导向系统起着极其重要的作用：(1)在显示面板上动态显示盾构机轴线相对于隧道设计轴线的准确位置，报告掘进状态；并在一定模式下，自动调整或指导操作者人工调整盾构机掘进的姿态，使盾构机沿
11、接近隧道设计轴线掘进。(2)获取各环掘进姿态及最前端已装环片状态，指导环片安装。(3)通过标准的隧道设计几何元素自动计算隧道的理论轴线坐标。(4)和地面电脑相连，对盾构机的掘进姿态进行远程实时监控。 从盾构施工基本过程可以看出，测量导向系统不能够独立完成导向任务，在盾构机始发、该系统启用之前，还需要做一些辅助工作：首先，激光全站仪首次设站点及其定向点坐标，需用人工测定。其次必须使用人工测量的方法，对盾构机姿态初值进行精确测定，以便于对激光导向系统中有关初始参数（如激光标靶上棱镜的坐标，内部的光栅初始位置及两竖角测量仪初值等）进行配置。盾构机姿态是指盾构机前端刀盘中心（以下简称“刀头”）三维坐标
12、和盾构机筒体中心轴线在三个相互垂直平面内的转角等参数。盾构机姿态除了可以通过人工测量、单独解算方式获得外，还可以由导向系统实时、自动地获取。用人工测量方式获得盾构机姿态的过程，被称作“盾构机控制测量”。盾构机控制测量的另一个作用是：在盾构机掘进过程的间隙，对激光导向系统采集的盾构机姿态参数进行检核，对激光导向系统中有关配置参数进行校正。 3 盾构机测量导向系统原理 3.1盾构机测量导向系统涉及的坐标系 为了阐明测量导向系统的原理，首先介绍一些与盾构机及隧道有关的坐标系。 (1) 地面直角坐标系（O-XYZ）：简称地面坐标系，根据隧道中线设计而定，一般为地方坐标系。洞内(外)控制点、测站点、后视点以及隧道中线坐标，均用该系坐标表示。 (2) 盾构机坐标系（F-xyz）：在盾构机水平放置且未发生旋转的情况下，以盾构机刀头中心前端切点为原点，以盾构机中心纵轴为x轴，由盾尾指向刀头为正向；以竖直向上的方向线为z轴， y轴沿水平方向与x、z轴构成左手系。盾构机坐标系是连同盾构机一起运动的独立直角坐标系。盾构机尾部中心参考点、盾构机棱镜等相对盾构机的位置都以此系坐标表示。 (3) 棱镜中心坐标系（P-xyz）： 原点为安装在盾构机尾部的棱镜的中心，与盾构机坐标系平行。 3.2描述盾构机姿态的要素描述盾构机姿态的参数有：刀头坐标（xF，yF，zF）：水平角
