盾构法隧道施工培训 79页

1 、盾构法隧道施工发展史 2 、隧道轴线控制技术 3 、管片拼装技术 4 、同步注浆技术 5 、隧道防水技术 6 、主要配套设备操作及用电 7 、隧道施工安全生产 8 、隧道测量技术 9 、隧道施工总体筹划 10 、盾构法施工对地层的影响和防治 11 、盾构法隧道施工技术及工程实例分析 12 、盾构法隧道施工质量通病及防治 课程目录 第一部分、测量学基础 一 、测量学基本概念 二 、角度测量 三 、水准测量 四 、距离测量 五 、测量误差基本知识 第二部分 隧道盾构施工测量 一 、地面控制测量 二 、施工网布设和近井测量（地面趋近测量） 三 、平面定向测量 四、高程导入测量 五、洞门测量和 盾构机进出洞基座放样 六、井下控制测量 七、盾构施工测量 八、贯通测量 九、竣工测量 十、监控量测 十一、地铁隧道中的轴线计算 1 、地球的形状和大小 概况：最高 8843.13m ，最低深 11022m ，地球半径 6371km 测量学中几个重要概念： 大地体： 是静止的平均海水面向陆地延伸，形成一个封闭 的曲面所包围的地球形体，以此作为地球的形状和大小的标准。 大地水准面： 是静止的平均海水面，受地球重力的影响后所形成的处处与重力方向垂直的曲面。 参考椭球体： 是为便于研究和测定地球的形状和大小，而选用的与大地体相似并能用数学式严密表达的旋转椭球体，称其外表面为参考椭球面。 一 、测量学基本概念 第一部分、测量学基础 2 、地面点位的确定 测量工作中，确定地面点的位置是将其沿铅垂线 投影到大地水准面上，投影点在大地水准面上的平面位置用坐标 x 、 y 表示，再加上地面点至投影点的铅直距离 H ，就形成了表示空间位置的三维坐标系 X 、 Y 、 H. 3 、高斯平面直角坐标系 在高斯平面直角坐标系中，纵坐标的正负向以赤道位界，向北为正，向南为负；横坐标以中央子午线为界， 向东为正，向西为负。 4 、地面点的高程 绝对高程： 地面点沿铅垂线至大地水准面的距离称为该 点的绝对高程或海拔，简称高程，用 H 表示。 青岛黄海水准原点，其高程 72.260m 。 假定高程： 地面点至任意水准面的铅垂距离称假定高程或 相对高程。 高差： 地面点的高程之差称高差，用 h 表示。 hAB=HB-HA= HB ｀ -HA ｀ 5 、大地水准面用作水平面的限度 由于大地水准面是弯曲的，在地面上测量两点间的距离，投影到大地水准面上的长度是弧长，需要改正才能成为水平距离。 结论 1 ： 在半径为 10Km 的测区内进行测量工作时，可以把大地水准面当作水平面。 结论 2 ： 地球曲率对高程的影响较大，即使距离较短，也要考虑其对高程的影响。 6 、测量的三个要素 确定地面点的三个基本要素为：测量距离、角度和高差。 测量工作的程序和原则是： “ 从整体到局部 ” 和 “ 先控制后碎部 ” 。 二 、角度测量 1 、水平角和竖直角测量 角度测量包括 水平角测量 和 竖直角测量 。 水平角测量 用于确定点的平面位置。 竖直角测量 用于测定高差或将倾斜距离改 化成水平距离。 常用仪器 经纬仪、全站仪 a 2 、水平角测量原理 a 、水平角：相交的两条直线在同一水平面上的 投影所夹的角度。 b 、原理： OA 投影在水平度盘上读数为 a ， OB 投影在水平度盘上读数为 b 。 则： 角值范围： 0 ˚~360˚ A B O A 1 B 1 O 1 O 2 β β b 水平面 α 1 α 2 a 、定义 ：在同一竖直面内，仪器中心至目标的倾斜视线与水平视线所加的锐角。 角值范围： -90° ~ + 90° 视线向上倾斜， 称仰角， α 为正值； 视线向下倾斜， 称俯角， α 为负值。 b 、原理： α = 水平视线读数 - 目标视线读数 3. 竖直角测量原理 4 、光学经纬仪的构造 (1) 基座 基座是支承整个仪器的底座。 脚螺旋用于整平仪器。 基座 水平度盘 照准部 (2) 照准部 照准部 ( 水平 ) 制动、微动 望远镜 ( 竖直 ) 制动、微动 圆水准器 8  /2mm ； 管水准器 30  /2mm 望远镜：倒像 ,26  30 倍 目镜调焦，物镜调焦， 粗瞄准器，十字丝 读数显微镜 , 竖盘部分 光学对点器 复测扳手或度盘变换器 (3) 水平度盘 水平度盘由光学玻璃制成 顺时针 0   360  刻度； 仪器整平，水平度盘水平； 水平度盘与照准部相互脱离； 当照准部转动时，水平度盘并不随之转动。 改变度盘位置，要使用复测 扳手或度盘变换手轮。 0  90  180  270  0 90 180 270 a 、测回法 ：用于两个目标方向之间的水平角观测。 步骤： (1) 安置仪器于测站 O 点，对中、整平 (2) 上半测回：盘左， LA LB (3) 下半测回：盘右， RB RA 上半测回和下半测回构成一测回。 (4) 若 β 左 - β 右≤ 10″ ，认为观测合格。此时可取 5 、水平角测量 　测回法观测水平角记录手簿 测站 目标 竖盘位置 水平度盘读数 半测回角值 一测回平均角值 备注          A 左 0 20 12 42 25 18 42 25 15 附图 B 42 45 30 A 右 180 20 30 42 25 12 B 222 45 42 盘右 零方向 盘左 A B C D E b 、方向观测法： 用于两个以上目标方向的水平角观测。 (1) 操作步骤： 盘左位置：瞄准零方向 A ，按顺时针旋转照准部，依次照准 B 、 C 、 D 各目标方向，分别读取水平度盘读数，最后再观测零方向 A ，称为上半测回归零，以上称为上半测回。 盘右位置：先照准零方向 A ，按逆时针方向依次照准 D 、 C 、 B 各目标方向，分别读取水平度盘读数，最后再照准零方向 A ，称为下半测回归零，此为下半测回。 方向观测法记录手簿 测站 测回 目标 水平度盘读数 2C 平均读数 归零后的方向值 测回归零方向值平均值 简 图与 角值 盘 左（ L ） 盘 右（ R ） 0 / // 0 / // // 0 / // 0 / // 0 / // 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 O 1 A 0 00 06 180 00 06 0 0 00 09 0 00 00 0 00 00 附图 B 31 45 18 211 45 06 +12 31 45 12 31 45 03 31 45 04 C 92 26 12 272 26 06 +6 92 26 09 92 26 00 92 25 58 D 145 17 39 325 17 36 +3 145 17 38 145 17 29 145 17 30 A 0 00 18 180 00 06 +12 0 00 12 2 A 90 02 30 270 02 24 +6 90 02 24 0 00 00 B 121 47 36 301 47 24 +12 121 47 30 31 45 06 C 182 28 24 2 28 18 +6 182 28 21 92 25 57 D 235 20 00 55 19 48 +12 235 19 54 145 17 30 A 90 02 24 270 02 18 +6 90 02 21 (2) 方向观测法的计算： 1 、水准测量原理 三、水准测量 利用水准仪提供水平视线，读取水准尺的读数，测定两点间的高差，有已知点高程推求未知点高程。如图： 高差法 hAB = a – b HB = HA + hAB Hi= H A + a H B = Hi-b 视线高法 当 a > b 时， h AB 为正， B 高于 A ； 当 a < b 时， h AB 为负， B 低于 A 。 大地水准面 Hi b H B H A h AB 前进方向 A B a 高差法： 利用高差计算高程。 （安置一次仪器测定一个前视点高程时采用） 视线高法： 利用视线高计算高程。 （安置一次仪器测定多个前视点高程时采用） 水准测量所使用的仪器、工具： 水准仪 水准尺 尺垫 2 、水准仪和水准测量的工具及构造 （ 1 ）、水准仪的等级 DS 05 、 DS 1 、 DS 3 、 DS 10 、 DS 20 D — 大地测量仪器 S — 水准仪 数字 — 表示仪器的精度，即每公里往、返 测得高差中数的中误差（ mm ）。 （ 2 ）、水准仪的构造 主要由 望远镜、水准器、基座 三部分组成。 a 、望远镜：用来瞄准远处的水准尺进行读数；由物镜、目镜、十字丝分划板、调焦透镜、调焦螺旋组成；放大率一般为 25~30 倍。 视准轴：物镜中心 与十字丝交点的连线。 b 、水准器 水准器的作用：整平仪器，使视准轴处于水平位置。 ①圆水准器 作用：粗略整平 结构：如图所示 精度：一般为 8 ＇ ~ 10 ＇ /2mm （气泡中心偏离零点 2mm 所对的圆心角） c 、基座 轴座 ：承托仪器上部 脚螺旋 ：调节脚螺旋使圆水准器气泡居中 连接板 ：连接三脚架 组成 轴座 脚螺旋 连接板 (3) 、水准尺和尺垫 a 、水准尺 塔尺 ：可以伸缩，一般全长 3m 、 5m ，用于等外水准测量。 双面尺 ：不可伸缩，一般全长 3m ，用于三、四等水准测量。 铟钢尺 ：不可伸缩，一般全长 2 或 3m ，用于二、三等水准测量。 b 、尺垫 仅在转点处竖立水准尺时使用， 防止点位移动和水准尺下沉。 （ 1) 、一个测站的水准测量工作 a 、安置仪器于 AB 之间，立尺于 A 、 B 点上； b 、粗略整平； c 、瞄准 A 尺，精平、读数 a ， 记录 1.568m ； d 、瞄准 B 尺，精平、读数 b ， 记录 1.471m ； e 、计算： h AB = a – b = 1.568-1.471=0.115m 即 B 点比 A 点高 0.115m 。 h BA = – h AB = – 0.115m ，即 A 点比 B 点低 0.115m 。 A B a b 3 、水准测量的施测方法 (2) 、概念 a 、测站：测量仪器所安置的地点。 b 、水准路线：进行水准测量时所行走的路线。 c 、后视：水准路线的后视方向。 d 、前视：水准路线的前视方向。 e 、视线高程：后视高程 + 后视读数。 f 、视距：水准仪至标尺的水平距离。 g 、水准点：水准测量的固定标志。 h 、 水准点高程：指标志点顶面的高程。 i 、转折点：水准测量中起传递高程作用的中间点。 水准点 (3) 、连续水准测量 当两点相距较远或高差较大时，需连续安置水准仪测定相邻各点间的高差，最后取各个高差的代数和，可得到起终两点间的高差。如图： A 、 B 两水准点之间，设 3 个临时性的转点。 h1 =a1-b1 h2 =a2-b2 h3 =a3-b3 h4 =a4-b4 hAB= h1+h2+h3+h4 B A TP1 TP2 TP3 a1 b1 a2 b2 a3 b3 a4 b4 b2 b4 A A 、 B 两点高差计算的一般公式： h AB = = n — 为测站数 （ 1 ）、例 ： 注意：为保证高程传递的准确性，在相邻测站的观测过程中，必须使转点保持稳定（高程不变）。 B A TP1 TP2 TP3 2.142 1.258 0.928 1.235 1.664 1.431 1.672 2.074 Ⅰ Ⅱ Ⅳ Ⅲ H A =123.446m H B 大 地 水 准 面 前进方向 4 、水准测量的内业计算 水 准 测 量 手 簿 测站 点号 水准尺读数 后视（ a ） 前视（ b ） 高差 （ m ） 高程（ m ） 备注 Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ A TP1 TP1 TP2 TP2 TP3 TP3 B 2.142 1.258 +0.884 0.928 1.235 -0.307 1.664 1.431 +0.233 1.672 2.074 -0.402 计算 检核 Σ 6.406 5.998 ∑a －∑ b ＝ 0.408 0.408 0.408 123.446 123.854 已知 四、 距离测量 两点间的距离：是指该两点投影到水平面上的水平距离。 量距方法：钢尺直接量距、光电测距仪测距、光学视距法测距。 1 、 光电测距仪测距 测距原理：是通过测量光波在待测距离上往返一次所需的时间 t 和光波传播的速度，来确定两点间的距离 D 的。 公式： D=1/2c×t 测距仪分类：按测量时间 t 的不同，可分为直接求定时间的脉冲式和间接求定时间的相位式。 五、测量误差基本知识 a. 定义：对未知量在观测过程中所产生的误差称为测量误差。 b. 观测条件：是指观测时的三个方面因数称为观测条件，例如：仪器精度、观测者的技术水平和外界自然条件。 c. 等精度观测与不等精度观测：观测条件相同时所进行的观测，称为等精度观测；否则称为不等精度观测。 1 、测量误差 二、误差的种类 测量误差按其性质分为系统误差和偶然误差。 系统误差 ：在相同的观测条件下，对某量进行一系列的观测，如误差出现的符号和大小均相同或按一定的规律变化，这种误差称为系统误差。 偶然误差 ：在相同的观测条件下，对某量进行一系列的观测，如误差出现的符号和大小均不一致，表面上没有规律，而实际上是服从一定的统计规律的，这种误差称为偶然误差。 系统误差可采取一定的方法消除，而偶然误差不能消除，只能合理的处理数据，以减少其影响。 盾构法隧道施工测量工作是一项系统、严谨、基础的工作，要求测量工作者具有较强的责任心、较好的业务素质、良好的职业道德。教程对整个盾构法隧道施工测量的流程、要求、注意点进行讲解，并重点突出盾构施工测量这一个环节。 第二部分 隧道盾构施工测量 一、地面控制测量 地面控制测量工作一般由业主委托专业测绘部门完成，包括平面控制测量和高程控制测量。施工前期必须由甲方（业主）测量人员会同乙方测量人员踏勘施工现场，并由甲方测量人员负责对现有平面控制点与高程控制点进行现场认领，做好领桩及接桩工作。甲方必须做到认真交桩，并提供坐标成果和控制点点之记。乙方必须作到认真接桩，并根据现场通视情况拟建施工控制网等一系列测量内容，提出一些测量技术性问题，由甲方现场解释清楚。最后以双方在交桩领桩书上签名为准，完成领桩及接桩任务。 1 、平面控制点复核 对于一区间隧道工程，一般甲方提供的平面控制点都是四个点以上。 ( 现在甲方一般在一个车站提供 3 个平面控制点 ）在隧道施工中要以这些控制点为依据，进行导线传递，控制隧道平面偏移。因此对平面控制点的复核是确保隧道横向测量误差的重要保障。 一般采用导线网测量复核。复核测量数据应按规范整理、保存，并交监理签字确认。 根据隧道施工测量的控制精度要求，与平面控制复核的数据进行比较，如果控制点精度超出要求，应向监理、业主提供复核资料，并提出申请要求业主对控制点进行复核。对原平面控制点数据予以拒收，和严禁使用。 2 、高程控制点复核 施工前，应对高程控制点进行联测，进行高程控制点的复核。高程控制点联测必须超过 2 点，且按 Ⅱ 等水准路线往返测。 如果控制点精度超出要求，应向监理、业主提供复核资料，并提出申请要求业主对控制点进行复核。对原平高程控制点数据予以拒收，和严禁使用。 二、施工网布设和近井测量（地面趋近测量） 1 、施工网布设、近井平面测量 复核合格之后在甲方提供的控制点的基础上建立合理的施工控制网。在盾构始发井和接收井间必须建立统一的施工控制测量系统，控制点应分布在两个井口便于使用的地方，每个井口应布设不少于 3 个控制点。一般沿着隧道轴线方向布设一条基线边。可采用甲方提供控制点，尽量采用甲方提供控制点。 近井平面测量一般采用导线网形式实施，技术指标如下表： 平均边长 （ m ） 导线长度（ km ） 每边 测距中误差（ mm ） 测距相对中误 差（ mm ） 测角中误 差 (″) 测 回 数 方位角闭合差（ ″ ） 相邻点的相对点位 中误差 (mm) DJ1 DJ2 350 3 ～ 5 ± 6 1/60000 ± 2.5 4 6 5 √ n ± 8 2 、近井高程测量 地面趋近水准测量的目的是把地铁水准控制点引测到近井水准点或施工水准点上，为竖井传递高程放样做好准备。在业主提供的控制水准网下布设水准网，布设成附合路线。在竖井边设置 2 ～ 3 个水准点，采用往返测。 主要技术指标如下表： ±8 ±2 每千米高差中数中误差（ mm ） 路线长度 （ Km ） 水准仪的型号 水 准 尺 观测次数 往返较差、附合或 环线闭合差 与已知点联测 附合或环线 平地 （ mm ） 山地 （ mm ） 偶然中误差（ mm ） 全中误差（ mm ） ±2 ±4 2 ～ 4 DS1 铟钢尺 往返 各一次 往返 各一次 三、平面定向测量 平面定向可采用如下几种方法，应该根据不同的情况合理采用： 1 、直传定向测量 导线直传测量，当工作井较潜，导线的俯仰角较小，导线边较长时采用。一般俯仰角＞ 30° 、相邻边长比＞ 0.5 （长边 / 短边）时不能采用直传定向测量的方式完成平面定向测量工作。 2 、一井定向测量 在井口 X 设站，传递至隧道内的固定边口（固定边宜在 150m － 200m 左右），每一段区间隧道不少于三次定向，并使三次定向成果最大之差≤ 8″ ～ 10″ ，横向误差≤ 3mm ～ 5mm 。 （ 1 ）联系三角形为伸展三角形形状，使其 α 角接近于零度，不宜大于 2  ； （ 2 ） b/a 值宜≤ 1.5 （ a 为两钢丝之间的距离， b 为仪器至近钢丝之间的距离）； （ 3 ）两钢丝之间距离 a 尽可能选择最大值； （ 4 ）传递方向时，选择小角 β 的路线进行。 3 、两井定向测量 两井定向测量实际上是井下的无定向导线测量。通过距离较长的两个工作井悬挂钢丝或采用投点仪，在井下组成无定向导线，从而得出井下的坐标和方位。 4 、陀螺经纬仪与铅垂仪联合定向测量 采用陀螺经纬仪和垂直准仪组合定向时应满足下列条件： （ 1 ） . 全站仪标称精度不应低于 2″ ， 2mm+2*10-6*D ； （ 2 ） . 陀螺经纬仪一次定精度应小于 20″ ； （ 3 ） . 垂准仪投点中误差应在 ±3mm 之内； （ 4 ） . 同一边应定向 3 次，每测回间陀螺方位角较差应小于 20″ ，独立三次定向陀螺方位角平均值中误差应在 ±12″ 之内。 四、高程导入测量 竖井高程导入的目的是把地面高程传入竖井底。 进行高程传递时，用挂 49N （检验时采用的拉力）的钢尺，两台水准仪在井上和井下同步观测（如图所示），将高程传至井下固定点。共测量三次，每次应变动仪器高度。三次测得地上、地下水准点的高差较差应小于 3mm 。 实际操作时，从严要求，井上、井下水准仪和水准尺互换位置，再独立测量三次。必须高度注意两水准尺的零点差是否相同，否则应加入此项改正。传入井底的高程，应与井底已有的高程进行检核。 五、洞门测量和 盾构机进出洞基座放样 洞门测量包括出洞洞门测量和进洞洞门测量。测量方法和步骤都是一样的。一般平面采用导线直传的方法，测定洞门左右两边的坐标，再把这两个坐标进行平均，就可以得到洞门中心的坐标。 1 、洞门测量 盾构机进出洞基座放样是对安放盾构机的基座和基座上的导向轨进行放样，从而使盾构机达到理想的进出洞姿态。一般基座放样使盾构机切口与洞门形成同心圆的状态，并使盾构机中轴线的坡度和方位与设计的一致。如果进、出洞段平面是曲线，一般采用割线进、出洞。如果进、出洞段高程是竖圆曲线则放样坡度要根据现场情况计算确定。其它现场的特殊情况下盾构基座放样均需根据现场情况确定。目的都是确保盾构机在加固区内姿态合理、正常。 高程测量则采用高程导入的方法进行测量，并测量洞门顶和底的高程。洞门测量不但要测定洞门中心坐标，还要测量洞门的水平和垂直直径 2 、盾构机进出洞基座放样 六、井下控制测量 井下控制测量可包括井下平面控制测量和高程控制测量。 1 、井下平面控制测量 a 、在盾构出洞后向前掘进时，应布设施工导线用以进行放样并指引盾构掘进。施工导线边长为 25 — 50m 。导线点应设置于洞壁一侧，并及时测定盾构观测台的坐标，为盾构施工测量做准备。当盾构掘进 100 — 200m 时，为了检查隧道轴线与设计轴线是否相符合，必须选择部分施工导线点敷设边长较长（ 50 — 100m ）精度要求较高的基本导线。并且，为了保证隧道贯通的精度，在基本导线中选取敷设边长较长（ 200 — 500m ）精度要求更高主要导线点，提高测量精度，确保隧道贯通。施工控制导线的测量包括基本导线和主要导线的测量工作。因受到隧道实际的空间限制，施工导线一般布设成支导线的形式。 b 、观测采用左右角各三个测回进行观测，左右角平均值之和与 360° 的较差小于 4″ 。边长往返测各两测回，一测回三次读数的较差小于 3mm ，测回间平均值较差小于 3mm ，往返平均值较差小于 5mm 。气象数据每条边在一端测定一次。测距边只进行气压、温度等气象改正和倾斜改正，不进行高程归化和投影改正。 c 、对于距离大于 2KM 的隧道地下平面控制网可采用双导线等图形强度更高的形式。 地下水准测量包括地下施工水准测量和地下控制水准测量，起算于竖井传递的井下固定点，地下水准点可利用地下导线点测量标志。 井下水准点一般以 100m 左右埋设固定水准点一点，水准尺必须用装气泡的水准尺，以便减少水准尺的倾斜而造成系统误差。 井下水准测量按城市 Ⅱ 等水准操作及工程测量 GB50026 － 93 规范执行。应采用往返测，往返固定点之间高差≤ 3mm ，全线往返≤ 3mm×n1/2 。（ n 为测站数） 2 、井下高程控制测量 七、盾构施工测量 盾构施工测量就是对盾构机的实时姿态和各种参数进行测 量的工作。实现方法有人工方法和自动导向方法。 1 、人工方法 在盾构机出洞前完成盾构仪的安装，包括前、后标志的安装，坡度板的安装等，安装完成后将测量参数测定完成。在盾构推进施工中，应用井下导线成果计算出盾构的标志，前标和后标的座标（并进行转角改正），再算出切口和盾尾的座标与设计坐标进行比较后计算出切口和盾尾的平面偏离值。测出前标中心的天顶角计算出前标高程，再以盾构纵坡计算出切口、盾尾的高程，经与设计高程比较后，计算出切口和盾尾的高程偏离。 a 、人工测量中曲线段盾构姿态测量 如图所示，首先建立以 ZH 点（或 HZ 点）为原点，切线方向为正北方向的施工坐标系。井下导线点 K 为测站， J 点为后视方向。 XK ＝－ S ， YK ＝＋ b ，设  0 ＝  K － J （施工方向）。 得盾构上测点 1 号（后标）及 2 号（前标）的水平角及边长为  1 ，  2 ，和 L1 ， L2 。 得 1 号， 2 号的计算式： X1 ＝ L1×COS(  0 ＋  1) ＋ XK Y1 ＝ L1×SIN(  0 ＋  1) ＋ YK X2 ＝ L2×COS(  0 ＋  2) ＋ XK Y2 ＝ L2×SIN(  0 ＋  2) ＋ YK 再根据 1 ， 2 号点计算得切口和盾尾的坐标。 以上步骤完成切口和盾尾的实测坐标计算。 分下列三式判断该点的位置： （ 1 ）当 X 值  0 和  L0 该点在第一段缓和曲线。即以 X 值当 L 值，代入缓和曲线拟合方程得设计横坐标。 所以：切口平面偏值＝实测切口 Y －设计切口 Y 盾尾平面偏值＝实测盾尾 Y －设计盾尾 Y （ 2 ）当 X 值  L0 和  L0 ＋圆曲线长时。该点在圆曲线段。用该点与圆心 O 点反算边长为 S1 。（ S2 盾尾至 O 点边长） 所以：切口平面偏值＝ R － S1 盾尾平面偏值＝ R － S2 （ 3 ）当 X 值  L0 ＋圆曲线长和  曲线全长时。该点在第二段缓和曲线段。这时必须把设计原点转移到 HZ 点上。注意这时曲线方向相反计算同（ 1 ）项相似。 如果知道了盾构的姿态后，要求出管片的偏差就比较简单：如下图： 可根据盾构姿态先求出 E 点处的平面偏差和高程偏差（ F,G ）。管片偏差就为 (F + (C – A)/2 , G +(B – D)/2) 。 2 、自动导向方法 盾构推进过程中，盾构司机需要有关机器轴线相对于隧道设计轴线的位置及方位的连续信息。 SLS-T 隧道引导系统能为操作者提供有关盾构空间位置及方位的连续更新的信息，从而保证盾构司机能够随时调整盾构推进方向及姿态，保证隧道施工的精度。 SLS-T 引导系统为全自动系统，每分钟可以完成数次全自动测量。其由控制单元控制全站仪的测量工作，使全站仪自动扫描目标，从而既节省了人工，也提高了工作效率。 a 、 SLS-T 引导系统简介 该系统具备以下优点： （ 1 ）计算并以数字和图形两种方式显示当前盾构位置； （ 2 ）计算并显示已拼装管片的位置，此步过程在管片拼装之后立即完成； （ 3 ）计算并显示盾构在水平和竖直两个方向的趋势； （ 4 ）计算能使盾构机向隧道设计轴线回归的平滑曲线； （ 5 ）预先计算适应新曲线的管片类型； （ 6 ）输出盾构掘进的全面文档； （ 7 ）自动间隔测量； （ 8 ）自动控制激光束方向； （ 9 ）舒适的系统操作界面。 b 、 SLS-T 系统组成及各部分功能 SLS-HR BASIC 自动引导系统包含以下组件：全站仪、激光感应装置、工业电脑、监控单元、黄盒子、激光仪和调制解调器。各部分连接、组成方式如图所示。 图 5 SLS-T 系统部分连接、组成方式 全站仪采用 LEICA TCA1203 。施工过程中，全站仪安装在固定于隧道岩壁的观测站上，由机载软件控制全站仪的观测程序；后视已知点，自动扫描激光感应目标；附加测距仪测量与目标间距离；附加激光仪发射激光；通过转换装置和传输装置将数据传至工业电脑进行处理。附加激光仪安装在全站仪物镜处，如图。 激光感应装置（ ELS ），如图，固定安装在盾构前端。测量入射激光束的入射点、入射角及反射角，从而计算盾构相对于设计轴线的转角；内置双重倾斜仪测量盾构的滚动角和坡度。并将数据返回至工业电脑。 黄盒子，如图，负责为全站仪及激光仪提供电源供应。 TBM 控制单元，包括监控单元及工业电脑，位于 TBM 操作室里，负责数据处理及显示。预装 SLS-T 处理软件，是整个引导系统的核心，界面如图 5.2-7 。控制单元接收 ELS 返回的数据，由处理软件进行运算，计算盾构相对隧道设计轴线的水平及竖直偏差，以及盾构的转角、坡度等；并预计盾构前进的趋势；最终以图形和数字两种形式显示在界面上。电脑采用触摸屏，方便盾构司机做简单的数据输入及选项切换。 地面控制单元，负责两项功能。 一、将隧道设计轴线的数据、常规测量所得的数据（如观测台坐标高程等）输入电脑，并利用通讯装置将这些数据传输至 TBM 控制单元； 二、接收 TBM 控制单元传回的数据，方便地面的测量人员及管理人员监控。 除以上这些组件外，还有一项有关盾构的技术要求必不可少 —— 激光通道，即激光发射仪观测台到目标装置的通视空间。施工过程中，由于激光束的精度由激光发射仪的功率决定，距离过远会造成精度损失，应在施工过程中合理设置新的观测站为减少其他光源对激光束的干扰，应在激光通道周围布设遮挡，减少其他光源干扰。 八、贯通测量 为保证隧道后阶段盾构推进贯通，应在贯通前进行专门的贯通测量。其内容应包括：地面控制网复测、接收井门洞中心位置测定、竖井联系测量和井下导线测量。其中利用坐标法测定洞门中心，其它几项采用方法与前几节相同。 九、竣工测量 （ 1 ）盾构隧道贯通后进行贯通误差测量，贯通误差测量是在接收井的贯通面设置贯通相遇点，利用接收井传递下来的地下控制点和指导贯通的地下控制点分别测定贯通相遇点三维坐标，贯通误差归化到线路纵向、横向和高程的方向上。 （ 2 ）隧道贯通后进行贯通隧道内导线的附合路线测量，并重新平差作为以后测量依据。 （ 3 ）竣工测量内容包括隧道横向偏差值、高程偏差值、水平直径和竖直直径等。 （ 4 ）竣工测量完成后，按监理工程师要求填写测量成果数据。 （ 5 ）对竣工测量数据妥善保存，最后作为竣工资料归档。 十、监控量测 量测内容包括地表和建筑物沉降、隧道隆陷等，并及时反馈量测数据，实施信息化施工，以控制地层变形，保护地表建筑物和支护结构的稳定。整个监控量测均应围绕着 “ 安全、经济、快速 ” 的中心来运行。其运行的状态与质量直接关系着工程的安全与质量，施工中将认真对待。 1 、变形监测控制网的布设 （ 1 ）变形监测控制网的起算点或终点要有稳定的点位，应布设在牢靠的非变形区。为了减少观测点误差的累积，距观测区不能太远。 （ 2 ）为便于迅速获得观测成果，变形监测控制网的图形结构应尽可能的简单。 （ 3 ）在确保变形监测控制网具有足够精度的条件下，控制网应尽量布设一次全面网，只有在特殊条件下才允许分层控制。 （ 4 ）控制网设计时，应尽量采用先进技术，尽可能多地获取建筑物变形数据，特别是绝对位移数据和时间信息。控制点应便于长期保存。 （ 5 ）变形监测控制网应与建筑施工采用相同的坐标系统。 根据以上布网原则，在整个监测区域布设如上变形监测控制网，按路线联测各控制点，平差后算出各点高程，作为测量时的水准基准点。在监测工期内应对控制网定期复核。 2 、工作基点的布设与检验 工作基准点是直接用于对变形观测点进行观测的控制点，其埋设位置既要考虑到便于观测，又要考虑它的稳定性，因此，本工程工作基准点拟每 150 米设一个工作基准点。为检测工作基准点稳定性，根据施工进度情况，拟每二周检测一次，检测时按国家二等水准规范观测的技术要求进行往返观测。 3 、沉降监测点的设置 （ 1 ）地表沉降点布设 在现场布置平行于盾构中心线的沉降监测点和垂直于盾构中心线的沉降监测点。平行于盾构中心线的地面监测点主要用于观测盾构施工时对地面的影响程度；垂直于盾构中心线的地面监测点主要用于观测盾构施工时对地面的影响范围。地面沉降监测横断面的间距布置原则见下表。 地面沉降监测横断面间距布置原则表 隧道埋置深度 H 横断面布置间距（ M ） H ＞ 2B 20 ～ 50 B ＜ H ＜ 2B 10 ～ 20 H ＜ B 10 注： B 代表隧道外径； H 代表隧道埋深。 （ 2 ）地下管线沉降点的布设 在盾构穿越地下管线时要对地下管线进行跟踪监测。在隧道影响范围内的地下管线沿长度方向每 5m 布设一个监测点，对重要管道在有条件允许下开挖布设直接监测点，测点布设数量根据实际情况而定。在管线密集区域需加密测点。测点编号根据管线单位要求采编，如：煤气用 M ，电力用 D ，上水用 S ，市话用 T 等。 （ 3 ）建（构）筑物沉降点的布设 为了及时反映隧道推进区上方建筑物变形情况，需在隧道轴线两侧 20 米范围内建（构）筑物上设置沉降监测点，测点数量根据现场实际需要而定。编号为 F01 至 FN 。测点标志采用墙面标志，布设时，采用冲击钻成孔，然后用水泥将道钉封牢 , 具体测点数量视现场情况而定。对于沿线中的重要建筑物需要进行重点监测，即测点进行加密处理。本标段盾构穿越建筑物时对沿途的建筑物会有一定的影响，在影响范围内的建筑物的外墙角、门窗边角、建筑物等突出部位布设沉降观测点，观测建筑物在盾构穿越前后所发生的变化。 测点布设将根据建筑物的基础形式、年代远近酌情而定。在施工前在隧道沿线巡视、观察，若发现先天裂缝，应采取贴石膏饼的方法观测裂缝的后期变化，必要时拍照存档。 建筑物点布设如图所示： （ 4 ）、监测技术要求 （ 1 ）测量仪器的检校 检校工作有： WILD-N3 水准仪、 WILD-NA2 水准仪的送检； WILD 2M 标尺的送校。 每天工作开始前检查标尺水泡、仪器气泡，发现异常应停止工作，仔细检查仪器，改正合格后方可施工。 定期检查水准仪 i 角， i 角不得大于 15″ 。 测站高差观测中误差不大于 0.15mm 。 （ 2 ）测量要求 观测按二等水准测量要求采用单路线往返测量，测量时应遵循同一人观测；同一仪器测量；同一标尺立尺；同一线路进行的原则。 测站的设置视线长度不得大于 40m 。前后视距差不得大于 1.0m 。任意一测站上的视距差累计值不得大于 3.0m 。 （ 3 ）测量精度（误差数值均以绝对值计） 高程测量误差≤ 0.5mm 。 （ 5 ）、监测实施 测量时按国家二等水准的要求测量，盾构施工的监测范围一般为盾构前 20 米，后 50 米。 （ 6 ）、监测频率 监测工作必须随施工需要实行跟踪服务。为确保施工安全，监测点的布设立足于随时可获得全面信息，监测频率必须根据施工需要安排，每次测量要注意轻重缓急。 具体的监测频率根据工程实际情况确定，一般情况： 地面沉降、管线沉降监测。监测范围为盾构前 20 米，后 50 米，以及这 70 米范围内的管线设备点。在盾构推进期间每天测量二次。当盾构穿越重要管线以及建构物时应增加测量频率； 十一、地铁隧道中的轴线计算 隧道设计轴线图由两部分组成：平曲线、竖曲线。 平曲线采用城市坐标或自定的平面直角坐标系，两点间的轴线距离即为平面设计里程。 竖曲线是竖向剖面，它的横轴为平面设计里程，纵轴为地面高程。 平曲线一般由直线、圆曲线和缓和曲线三种基本曲线元组成。 对于不同的曲线元，找出其共性，作为确定曲线元的基本参数。这些基本参数包括： 曲线元长度 Ls 曲线元的起点坐标 P0 （ X0 ， Y0 ） 曲线元起点方向角 F0 曲线元起点曲率 Ks 。 曲线元终点曲率 Ke 。 曲线元的类型（直线、圆曲线、缓和曲线） 曲线转弯方向（右转、左转） 以上几种基本参数， Ls 、 P0 、 F0 确定了曲线元的长度以及起点的位置和方向。后几种参数决定了曲线前后相接的线型。 1 、平曲线的坐标计算 （ 1 ）直线 直线上任意一点 P （ X ， Y ）。距 P0 （ X0 ， Y0 ）之距离为 L ，则其坐标为： X ＝ X0 ＋ L×cosF0 Y ＝ Y0 ＋ L×sinF0 P 点的方向角： F ＝ F0 (2) 圆曲线 圆曲线上任意一点 P （ X ， Y ），其与 P0 的差为 L 圆曲线半径： R ＝ 1/|Ks| 由 F0 可推算出圆心 P1 （ X1 ， Y1 ）与 P0 直线的方向角为 F0+π/2 ，进而求出圆心坐标： X1 ＝ X0-R×cos （ F0+π/2 ） Y1 ＝ Y0-R×sin （ F0+π/2 ） P(X ， Y) ， P0 （ X0 ， Y0 ）对应的圆心角： α ＝ L/R 由 F0 、 α 可推算出圆心 P1 （ X1 ， Y1 ）至 P （ X ， Y ）直线的方向角： β ＝ F0 ＋ π/2 － α 则 P 点坐标为： 直线上任意一点 P （ X ， Y ），距 P0 （ X0 ， Y0 ）之距离之差为 L ，则其坐标为： X ＝ X1 ＋ R×cosβ Y ＝ Y1 ＋ R×sinβ (3) 缓和曲线 缓和曲线有三种连接情况：直线和圆曲线之间的连接，起点曲率为零，曲线上各点的曲率随着桩号的增大而增大；圆曲线和直线之间的连接，曲线各点的曲率随着桩号的增大而减小直至 0 ；不同半径圆曲线之间的连接，起点曲率不为 0 ，当 |Ks|<|Ke| 时，曲线各点的曲率随着桩号的增大而增大； |Ks|>|Ke| 时，曲线上各点的曲率随着桩号的增大而减小。 在隧道平曲线的设计中，缓和曲线一般是对称设置。都可转化为第一种情况进行处理。 设缓和曲线上任意一点 P （ X ， Y ）与 P0 的差为 L 。首先，引入这样一个局部坐标系 X ’ O ’ Y ’ , 它的原点 O ’ 在 P0 处 , F0 方向的横坐标轴 X ’ 的正向 . P 点在局部坐标中的坐标为 : P 点切线与 X ’ 轴的夹角： P 点的坐标通过坐标变换求出： X ＝ X0 ＋ X ’ cosF0 － Y ’ sinF0 Y ＝ Y0 ＋ X ’ sinF0 +Y ’ cosF0 P 点的方向角： F ＝ F0 +α 以上公式适用于曲线左转的情况，右转时，公式要做必要的符号变换。 组成一条平曲线的各曲线之间是平滑相接的，即前一曲线元的终点和后一曲线元的起点具有相同的坐标和方向角。因此计算时，以 L ＝ Ls 代入曲线元的计算公式，求出的 P （ X ， Y ）和 F 即为下一曲线元的 P0 （ X0 ， Y0 ）和 F0 。这样，对于一条平曲线，除了确定各曲线元的 Ks 、 Ke 以外，只要给出第一个曲线元的 P0 （ X0 ， Y0 ）和 F0 ，即可求出曲线上的任意位置的坐标。 2 、竖曲线的分析计算 对于竖曲线，主要是计算其标高。在大连路隧道和复兴路隧道设计轴线的竖曲线中，都只有直线段和圆曲线段两种曲线元。因此以下主要讨论这两种情况的计算。 1 ）直线段 直线上任意一点（里程为 L ）的标高为： 标高 H= 起点标高 - L× 坡度 2 ）圆曲线 凹形竖曲线上任意一点（里程为 L ）的标高公式： 标高 H = 起点标高 - L× 坡度 + L^2/2/R 式中： R ：竖曲线半径 x ：竖曲线任意一点距起点或终点的水平距离 ：竖曲线任意一点距切线的纵距以上公式适用于下坡的情况，上坡时，公式要做必要的符号变换。 教程完毕谢谢！