專利名稱：長距離盾構法隧道貫通測量方法
技術領域：
本發(fā)明是一種盾構法隧道中的施工測量技術，涉及一種基于垂直頂升孔下垂鋼絲 的特長盾構法隧道精確貫通測量方法。
背景技術：
盾構法隧道是由盾構機在土體中掘進完成施工，盾構機是一個由刀盤切削土體， 由圓柱狀鋼殼提供工作面保護，依靠在鋼殼內拼裝成環(huán)的管片給于呈圓周狀布置的千斤頂 組提供支撐，然后由千斤頂往前推動，從而實現在土體內前進的大型機器。在地下作業(yè)的過 程中，盾構機的運動軌跡將基本形成地下隧道走向的實際軸線，工程要求隧道的實際軸線 應盡量接近或完全吻合設計軸線(DTA)，以保證隧道工程的質量，從而保障地下道路隧道建 成后的安全。同時，盾構法隧道在最終到達接收井時，必須準確的進入到預設的鋼洞門圈 內，否則會照成巨大的風險和損失。因此盾構法隧道施工必須要嚴格按照設計軸線準確控 制盾構機的實時位置，確保后續(xù)成型后的隧道符合設計要求，最終指導盾構機準確穿過鋼 洞門圈進入接收井。指導盾構機前進方向，需要盾構施工測量技術，現有技術是將地面坐標通過豎井 聯系測量傳遞到隧道內，并在隧道內布設支導線，利用支導線的數據測量盾構機布設在盾 構縱軸方向上的測量標志，最后根據測量標志與盾構機頭部尾部中心的關系，計算出盾構 機的頭部、尾部中心的三維坐標，比較它們與隧道設計軸線(DTA)之間的偏差，從而指導盾 構機很好的沿著設計軸線前進。但是，由于測量誤差的存在，對于超長的隧道，在支導線長度達到一定長度之后， 測量誤差就會慢慢累積到超出隧道設計要求，從而有可能不能順利進入接收井，照成工程 巨大風險和損失，或者只能采用昂貴的高精度陀螺儀且該儀器由于國內應用少而并不能確 保隧道百分之百完全貫通的不足，現有技術成本高、效率低，無法適用于超長距離的盾構法 隧道。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種低成本，高效率，成果直觀，適用于超長距離盾 構法隧道的精確貫通測量方法。為達到上述目的，本發(fā)明提供一種長距離盾構法隧道貫通測量方法，包括以下步 驟
1)垂直頂升孔施工；
2)吊鋼絲垂球分別從地面通過始發(fā)井和垂直頂升孔吊入一根鋼絲至隧道底部，并綁 扎鐵垂球后置入隧道底部的油桶中沉沒直至平穩(wěn)；
3)測量兩根鋼絲之間的實際距離和實際方位角在地面觀測始發(fā)井和垂直頂升孔內兩 根鋼絲的實際城市坐標，并計算出兩根鋼絲之間的實際距離和實際方位角；
4)進行地下導線測量在隧道內設置施工控制導線，并在所述導線上取復數個測量點，以始發(fā)井和垂直頂升孔內的兩根鋼絲為測量導線的起點和終點，測量整個隧道內部施工控 制導線的各個測量點的方位角和距離；
5)測量成果計算假設始發(fā)井內的鋼絲到隧道內施工控制導線的第一個測量點的方位 角為90°，根據步驟4測得的隧道內導線的各個測量點的方位角和距離，計算出導線各測 量點和垂直頂升孔處鋼絲的城市坐標增量，反算出隧道內始發(fā)井和垂直頂升孔內兩根鋼絲 的距離和方位角；
6)根據計算成果修改貫通前的盾構機姿態(tài)數據根據步驟5中隧道內部測量成果的計 算和步驟3中地面實際測量計算得出的兩根鋼絲之間的距離和方位角的差異值，通過計算 平差，最終確定隧道內施工控制導線的優(yōu)化數據，然后根據該數據重新測量盾構姿態(tài)，得出 更為準確的盾構姿態(tài)，最終指導盾構機精確到達接收井或預定地點；
所述步驟6進一步包括以下步驟
定義步驟3中根據實際城市坐標計算得出的始發(fā)井和垂直頂升孔內兩根鋼絲之間的 距離與步驟5中反算出的隧道內始發(fā)井和垂直頂升孔內兩根鋼絲的距離的比值為R ；而步 驟5中反算出的隧道內始發(fā)井和垂直頂升孔內兩根鋼絲的方位角和步驟3中根據實際城市 坐標計算得出的始發(fā)井和垂直頂升孔內兩根鋼絲之間的方位角的差值為Δ A ；
將隧道導線內測量點的方位角減去Δ Α，并根據R對隧道內導線的各個測量點之間進 行距離修正，得出新的導線的各個測量點之間的距離和方位角；
通過計算，重新得出隧道內施工控制導線的各個測量點的坐標增量值和坐標，得出更 為準確的盾構姿態(tài)，使得施工至垂直頂升孔時，其鋼索的坐標與地面實際測量值一致。本發(fā)明具有低成本、效率高、效果好和適用范圍廣的優(yōu)點，能夠快速精確的優(yōu)化隧 道內施工控制測量導線，達到更為精確的獲取盾構姿態(tài)、保證隧道工程質量的效果，適用于 提高滿足垂直頂升施工條件的所有類型的盾構法長距離隧道貫通精度。


圖1為隧道垂直頂升孔測量方法的整體示意圖；以及 圖2為測量鋼絲坐標的示意圖。
具體實施例方式本實施例采用了本發(fā)明的技術方法進行施工，給出了詳細的實施方式和具體的操 作過程，但本發(fā)明的保護范圍不局限于下述的實施例。本具體實施例以某盾構隧道施工為例，該工程采用直徑Φ7. 5m的盾構施工，盾構 主機總長為9m米，隧道盾構掘進總長度7. 5km ；并應用本發(fā)明所述垂直頂升測量方法實現 精確貫通(實例中，為簡化計算，將7.5km改為750 m)。該測量示意圖如圖1和圖2所示， 具體內容如下
1)垂直頂升孔施工；
2)吊鋼絲垂球分別從地面通過始發(fā)井10和垂直頂升孔20吊入一根Φ0.3mm鋼絲11、 21至隧道底部，并綁扎30kg鐵垂球12、22后置入隧道底部的油桶中沉沒直至平穩(wěn)；
3)測量兩根鋼絲之間的實際距離和實際方位角利用隧道地面控制網數據，采用測 量儀器分別在地面觀測始發(fā)井和垂直頂升孔內兩根鋼絲的實際城市坐標，并計算出兩根鋼絲之間的實際距離和實際方位角；本實施例通過本步驟得到始發(fā)井內的鋼絲坐標 Xl=+1230. 880，Yl=+674. 350;垂直頂升孔內的鋼絲坐標Χ2=+1845. 690，Υ2=+1039. 980 ； 計算得出鋼絲11與21之間的實際距離S=+715. 78，實際方位角A = 30° 48' 07〃 ；
4)進行地下導線測量在隧道內設置施工控制導線，并在所述導線上取復數個測量點 30、40、50、60，以始發(fā)井10和垂直頂升孔20內的兩根鋼絲11、21為測量導線的起點和終 點，測量整個隧道內部施工控制導線的各個測量點的方位角和距離，得到如表1所述的數 據；
測量點角度(右)距離(! 'OCm)起點1030178 22 30124.0840193 44 00164.150131 13 00208.5360204 54 3094.13終點20147.44
表1
5)測量成果計算假設始發(fā)井10內的鋼絲11到隧道內施工控制導線的第一個測量點 30的方位角為90°，根據步驟4測得的隧道內導線的各個測量點的方位角和距離，計算出 導線各測量點和垂直頂升孔20處鋼絲21的城市坐標增量(Δ X，ΔΥ)，反算出隧道內始 發(fā)井10和垂直頂升孔20內兩根鋼絲11、21的距離S' =715. 79 m和方位角A' =77° 44 ’ 08 “，得到如表2所示的數據；
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 坐標增量Δ Yfe點 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終點 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)根據計算成果修改貫通前的盾構機姿態(tài)數據定義步驟3中根據實際城市坐標計算 得出的始發(fā)井和垂直頂升孔內兩根鋼絲之間的距離與步驟5中反算出的隧道內始發(fā)井和 垂直頂升孔內兩根鋼絲的距離的比值為R，R=S + S' =0. 999986 ；而步驟5中反算出的隧道 內始發(fā)井和垂直頂升孔內兩根鋼絲的方位角和步驟3中根據實際城市坐標計算得出的始 發(fā)井和垂直頂升孔內兩根鋼絲之間的方位角的差值為ΔΑ，ΔΑ= A ‘ -Α=46° 56' 01丨‘； 將隧道導線內測量點30、40、50、60的方位角減去ΔΑ，并根據R對隧道內導線的各個測量點 之間進行距離修正，得出新的導線的各個測量點之間的距離和方位角；通過計算，重新得出 隧道內施工控制導線的各個測量點的坐標增量值和坐標，如表3所示，得出更為準確的盾 構姿態(tài)，然后根據該數據重新測量盾構姿態(tài)，得出更為準確的盾構姿態(tài)，最終指導盾構機精 確到達接收井或預定地點。
權利要求
1.一種長距離盾構法隧道貫通測量方法，其特征在于，包括以下步驟1)垂直頂升孔施工；2)吊鋼絲垂球分別從地面通過始發(fā)井和垂直頂升孔吊入一根鋼絲至隧道底部，并綁 扎鐵垂球后置入隧道底部的油桶中沉沒直至平穩(wěn)；3)測量兩根鋼絲之間的實際距離和實際方位角在地面觀測始發(fā)井和垂直頂升孔內兩 根鋼絲的實際城市坐標，并計算出兩根鋼絲之間的實際距離和實際方位角；4)進行地下導線測量在隧道內設置施工控制導線，并在所述導線上取復數個測量點， 以始發(fā)井和垂直頂升孔內的兩根鋼絲為測量導線的起點和終點，測量整個隧道內部施工控 制導線的各個測量點的方位角和距離；5)測量成果計算假設始發(fā)井內的鋼絲到隧道內施工控制導線的第一個測量點的方位 角為90°，根據步驟4)測得的隧道內導線的各個測量點的方位角和距離，計算出導線各測 量點和垂直頂升孔處鋼絲的城市坐標增量，反算出隧道內始發(fā)井和垂直頂升孔內兩根鋼絲 的距離和方位角；6)根據計算成果修改貫通前的盾構機姿態(tài)數據根據步驟5)中隧道內部測量成果的 計算和步驟3)中地面實際測量計算得出的兩根鋼絲之間的距離和方位角的差異值，通過計 算平差，最終確定隧道內施工控制導線的優(yōu)化數據，然后根據該數據重新測量盾構姿態(tài)，得 出更為準確的盾構姿態(tài)，最終指導盾構機精確到達接收井或預定地點。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟6進一步包括以下步驟定義步驟3中根據實際城市坐標計算得出的始發(fā)井和垂直頂升孔內兩根鋼絲之間的 距離與步驟5中反算出的隧道內始發(fā)井和垂直頂升孔內兩根鋼絲的距離的比值為R ；而步 驟5中反算出的隧道內始發(fā)井和垂直頂升孔內兩根鋼絲的方位角和步驟3中根據實際城市 坐標計算得出的始發(fā)井和垂直頂升孔內兩根鋼絲之間的方位角的差值為Δ A ；將隧道導線內測量點的方位角減去Δ Α，并根據R對隧道內導線的各個測量點之間進 行距離修正，得出新的導線的各個測量點之間的距離和方位角；通過計算，重新得出隧道內施工控制導線的各個測量點的坐標增量值和坐標，得出更 為準確的盾構姿態(tài)，使得施工至垂直頂升孔時，其鋼索的坐標與地面實際測量值一致。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種長距離盾構法隧道貫通測量方法，其包括以下步驟1)垂直頂升孔施工；2)吊鋼絲垂球；3)測量兩根鋼絲之間的實際距離和實際方位角；4)進行地下導線測量；5)測量成果計算；6)根據計算成果修改貫通前的盾構機姿態(tài)數據，最終指導盾構機精確到達接收井或預定地點；本發(fā)明具有低成本、效率高、效果好和適用范圍廣的優(yōu)點，能夠快速精確的優(yōu)化隧道內施工控制測量導線，達到更為精確的獲取盾構姿態(tài)、保證隧道工程質量的效果，適用于提高滿足垂直頂升施工條件的所有類型的盾構法長距離隧道貫通精度。
文檔編號G01C1/00GK102095401SQ20101057385
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權日2010年12月6日
發(fā)明者余永明, 季軍, 宋興寶, 張軼, 沈龐勇, 范杰 申請人:上海隧道工程股份有限公司, 上海青草沙投資建設發(fā)展有限公司