地鐵盾構(gòu)隧道成型洞門測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種地鐵盾構(gòu)隧道成型洞門測量方法，包括步驟：一、外業(yè)數(shù)據(jù)采集：101、測點選擇：在待測量洞門內(nèi)邊緣上根據(jù)需要選擇M個測點；102、測點位置測量：對各測點的三維坐標(biāo)進(jìn)行測量，并記錄測量結(jié)果；二、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理：201、各測點與設(shè)計線路中心線之間距離計算及差值比較；202、端墻偏移量及平整度計算；203、擬合洞門中心與設(shè)計洞門中心比較，過程如下：投影；投影點分組；擬合圓；擬合洞門中心點獲??；洞門中心擬合精度計算；洞門中心偏移量獲取。本發(fā)明步驟簡單、設(shè)計合理且實現(xiàn)方便、使用效果好，能解決現(xiàn)有隧道成型洞門測量方法存在的勞動強(qiáng)度較高、只能大概推算出成型洞門的平面偏差情況、使用效果較差等問題。
【專利說明】地鐵盾構(gòu)隧道成型洞門測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于地鐵盾構(gòu)隧道施工【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種地鐵盾構(gòu)隧道成型洞門 測量方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 地鐵盾構(gòu)隧道的洞門外徑一般為6. 7m，在盾構(gòu)始發(fā)時，為保證盾構(gòu)機(jī)準(zhǔn)確定位順 利始發(fā)，且在盾構(gòu)貫通時，為確保盾構(gòu)隧道精確貫通，都需要對已經(jīng)做好的成型地鐵盾構(gòu)隧 道洞門進(jìn)行實際位置測量。由于地鐵盾構(gòu)隧道成型洞門較高，人不容易夠到，常規(guī)的測量方 法為支距法，測量過程如下：
[0003] 第一步、如圖1所示，按照每50cm布設(shè)一個高程斷面的方法，在待測量地鐵盾構(gòu)隧 道的待測量洞門1兩側(cè)放樣出高程位置標(biāo)記，其中點A和點B分別為洞門1的頂點和底點；
[0004] 第二步、使用全站儀或者搭設(shè)腳手架，并采用鋼卷尺測量每個高程斷面處的支距 L，該支距L為實測支距；
[0005] 第三步、將實測支距與設(shè)計支距進(jìn)行比較，推算出成型洞門大概的平面位置偏 差；
[0006] 第四步、使用水準(zhǔn)儀配合塔尺，直接測量洞門的頂點和底點的高程，推算成型洞門 大概的高程位置偏差。
[0007] 實際使用時，上述支距法測量方法存在以下缺陷和不足：
[0008] 第一、測量過程中需要使用全站儀、水準(zhǔn)儀和鋼尺，并且需要搭設(shè)輔助測量的腳手 架，費事、費人、費力且費時，勞動強(qiáng)度高且安全性較低；
[0009] 第二、只能大概推算出成型洞門的平面偏差情況，不能準(zhǔn)確計算得到成型洞門的 實際圓心坐標(biāo)、真圓度情況、主要點位的徑向偏差值等主要參數(shù)，對于盾構(gòu)隧道進(jìn)出洞測量 控制，尤其是注漿殼外置的盾構(gòu)始發(fā)，測量精度不夠。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種地鐵盾構(gòu) 隧道成型洞門測量方法，其步驟簡單、設(shè)計合理且實現(xiàn)方便、使用效果好，能解決現(xiàn)有隧道 成型洞門測量方法存在的勞動強(qiáng)度較高、只能大概推算出成型洞門的平面偏差情況、使用 效果較差等問題。
[0011] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種地鐵盾構(gòu)隧道成型洞門測 量方法，其特征在于該方法包括以下步驟：
[0012] 步驟一、外業(yè)數(shù)據(jù)采集，過程如下：
[0013] 步驟101、測點選擇：在待測量洞門的內(nèi)邊緣上選擇M個測點，并沿順時針方向或 逆時針方向?qū)個測點進(jìn)行編號；M為正整數(shù)且M>10;
[0014] 所述待測量洞門為所施工地鐵盾構(gòu)隧道的端墻式洞門，所述待測量洞門的一側(cè)為 地鐵盾構(gòu)隧道且其另一側(cè)為地下構(gòu)筑物，且待測量洞門位于所述地鐵盾構(gòu)隧道與所述地下 構(gòu)筑物之間的分界處；所述待測量洞門的橫斷面為圓形；
[0015] 步驟102、測點位置測量：對步驟101中M個所述測點的三維坐標(biāo)分別進(jìn)行測量， 并對測量結(jié)果進(jìn)行同步記錄；
[0016] 步驟二、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，過程如下：
[0017] 步驟201、各測點與設(shè)計線路中心線之間距離計算及差值比較：根據(jù)步驟102中測 量得出的各測點的三維坐標(biāo)，并結(jié)合預(yù)先設(shè)計的設(shè)計線路中心線Iia，分別計算出各測點與 設(shè)計線路中心線Iia之間的距離Di;再將計算得出的D1與R進(jìn)行差值比較，計算得出各測點 所處位置處實際洞門半徑與設(shè)計洞門半徑之間的差值A(chǔ)Di，其中ADi=Di-R,R為待測量洞 門的設(shè)計半徑；其中，i為正整數(shù)且i=1、2、…、MM個所述測點中第i個測點與所 述設(shè)計線路中心線之間的距離，且Di為第i個測點所處位置處的實際洞門半徑；ADi為第 i個測點所處位置處實際洞門半徑與設(shè)計洞門半徑之間的差值；
[0018] 步驟202、端墻偏移量及平整度計算：根據(jù)步驟102中測量得出的各測點的三維 坐標(biāo)，并結(jié)合設(shè)計線路中心線Iia，分別計算出各測點所處位置處與設(shè)計分界里程斷面之間 M 沿線路方向的距離di;之后，根據(jù)公式d=^_(1)>計算得出平均值d;然后，根據(jù)公式 M'

【權(quán)利要求】
1. 一種地鐵盾構(gòu)隧道成型洞門測量方法，其特征在于該方法包括以下步驟： 步驟一、外業(yè)數(shù)據(jù)采集，過程如下： 步驟101、測點選擇：在待測量洞門（1)的內(nèi)邊緣上選擇M個測點，并沿順時針方向或 逆時針方向?qū)個測點進(jìn)行編號；M為正整數(shù)且M> 10 ; 所述待測量洞門（1)為所施工地鐵盾構(gòu)隧道的端墻式洞門，所述待測量洞門（1)的一 側(cè)為地鐵盾構(gòu)隧道且其另一側(cè)為地下構(gòu)筑物，且待測量洞門（1)位于所述地鐵盾構(gòu)隧道與 所述地下構(gòu)筑物之間的分界處；所述待測量洞門（1)的橫斷面為圓形； 步驟102、測點位置測量：對步驟101中M個所述測點的三維坐標(biāo)分別進(jìn)行測量，并對 測量結(jié)果進(jìn)行同步記錄； 步驟二、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，過程如下： 步驟201、各測點與設(shè)計線路中心線之間距離計算及差值比較：根據(jù)步驟102中測量得 出的各測點的三維坐標(biāo)，并結(jié)合預(yù)先設(shè)計的設(shè)計線路中心線ls，分別計算出各測點與設(shè)計 線路中心線之間的距離Di;再將計算得出的D1與R進(jìn)行差值比較，計算得出各測點所處 位置處實際洞門半徑與設(shè)計洞門半徑之間的差值A(chǔ)Dp其中ADiiDi-R，R為待測量洞門 ⑴的設(shè)計半徑；其中，i為正整數(shù)且i= 1、2、…、MA為M個所述測點中第i個測點與 所述設(shè)計線路中心線之間的距離，且Di為第i個測點所處位置處的實際洞門半徑；AD 第i個測點所處位置處實際洞門半徑與設(shè)計洞門半徑之間的差值； 步驟202、端墻偏移量及平整度計算：根據(jù)步驟102中測量得出的各測點的三維坐 標(biāo)，并結(jié)合設(shè)計線路中心線分別計算出各測點所處位置處與設(shè)計分界里程斷面之間
為點(^到點0s之間的距離，(^為預(yù)先設(shè)計的待測量洞門⑴的中心點，點Q為垂線1占 設(shè)計線路中心線^的垂足，垂線li為過第i個測點且與設(shè)計線路中心線1s垂直的直線； 所述設(shè)計分界里程斷面為預(yù)先設(shè)計的所述地鐵盾構(gòu)隧道與所述地下構(gòu)筑物之間分界處的 橫斷面；d為待測量洞門（1)的實際端墻的偏移量； 步驟203、擬合洞門中心與設(shè)計洞門中心比較，過程如下： 步驟2031、投影：將步驟一中M個所述測點分別投影至所述設(shè)計分界里程斷面上，并獲 得M個投影點； 步驟2032、投影點分組：將M個所述投影點分為K組，每組中均包含3個投影點；其中，K為正整數(shù)且K彡3 ; 步驟2033、擬合圓：根據(jù)K組投影點分別擬合出K個擬合圓，并計算出K個擬合圓的圓 心的三維坐標(biāo)；K個擬合圓中第j個擬合圓的圓心記作0」，其中j為正整數(shù)且j= 1、2、…、 K； 步驟2034、擬合洞門中心點獲?。呵蟪霾襟E2033中K個擬合圓圓心的三維坐標(biāo)平均 值，并獲得待測量洞門⑴的擬合洞門中心點Om;其中，擬合洞門中心點〇M的三維坐標(biāo) 為K個擬合圓圓心的三維坐標(biāo)平均值； 步驟2035、洞門中心擬合精度計算：先根據(jù)公式Ali= 1i-R(3)，計算得出步驟 2031中M個投影點的擬合偏差，公式（3)中AliSM個投影點中第i個投影點的擬合 偏差，^為M個投影點中第i個投影點與擬合洞門中心點之間的距離；再根據(jù)公式
步驟2036、洞門中心偏移量獲?。簩⒉襟E2034中所獲得擬合洞門中心點0^^的位置， 與預(yù)先設(shè)計的待測量洞門（1)的中心點的位置進(jìn)行對比，獲得待測量洞門（1)的洞門中 心偏移量。
2. 按照權(quán)利要求1所述的地鐵盾構(gòu)隧道成型洞門測量方法，其特征在于：步驟101中M 個所述測點從待測量洞門（1)的底部開始沿順時針方向選擇。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的地鐵盾構(gòu)隧道成型洞門測量方法，其特征在于：步驟102 中對M個所述測點的三維坐標(biāo)分別進(jìn)行測量時，采用免棱鏡全站儀進(jìn)行測量。
4. 按照權(quán)利要求3所述的地鐵盾構(gòu)隧道成型洞門測量方法，其特征在于：步驟一中進(jìn) 行外業(yè)數(shù)據(jù)采集之前，先通過聯(lián)系測量的方法，將所施工地鐵盾構(gòu)隧道的地面控制網(wǎng)引測 至待測量洞門（1)所處位置；步驟102中采用所述免棱鏡全站儀進(jìn)行測量時，先在引測至待 測量洞門（1)所處位置的控制點上對所述免棱鏡全站儀進(jìn)行后視定向；進(jìn)行后視定向時， 在水平面上和高程方向上分別進(jìn)行定向，為所述免棱鏡全站儀設(shè)定一個測量坐標(biāo)系，所設(shè) 定的測量坐標(biāo)系為三維直角坐標(biāo)系且其與待測量洞門（1)施工時所用的施工坐標(biāo)系一致。
5. 按照權(quán)利要求4所述的地鐵盾構(gòu)隧道成型洞門測量方法，其特征在于：所設(shè)定的測 量坐標(biāo)系為XYH三維直角坐標(biāo)系；步驟102中測量出的M個所述測點的三維坐標(biāo)，記作（\， Yi，氏）；其中Xi為第i個測點的X軸坐標(biāo),Yi為第i個測點的Y軸坐標(biāo),Hi為第i個測點的 H軸坐標(biāo)且其為第i個測點的高程數(shù)據(jù)； 步驟203中進(jìn)行擬合洞門中心與設(shè)計洞門中心比較時，以點0S為坐標(biāo)原點，以所述設(shè) 計分界里程斷面為xoy平面，建立三維直角坐標(biāo)系，并在所建立三維直角坐標(biāo)系中利用K組 測點擬合圓，擬合得出的圓心為擬合洞門中心點之后，進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，計算出擬合洞 門中心點〇?^在XYH三維直角坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。
6. 按照權(quán)利要求1或2所述的地鐵盾構(gòu)隧道成型洞門測量方法，其特征在于：步驟 2035中計算得出待測量洞門（1)的洞門中心點擬合精度m2后，將m2與預(yù)先設(shè)定的擬合精 度閾值e進(jìn)行比較：當(dāng)m2<e時，說明步驟2034中所獲得待測量洞門⑴的擬合洞門中 心點0#^符合擬合要求，并進(jìn)入步驟2036 ; 否則，返回步驟2032,將M個所述投影點重新進(jìn)行分組；再按照步驟2033和步驟2034， 獲得重新分組后待測量洞門（1)的擬合洞門中心點之后，按照步驟2035中所述的方 法，計算出重新分組后待測量洞門（1)的洞門中心點擬合精度m2,當(dāng)且僅當(dāng)重新分組后待 測量洞門（1)的洞門中心點擬合精度m2 <e時，進(jìn)入步驟2036,將重新分組后待測量洞門 (1)的擬合洞門中心點的位置，與預(yù)先設(shè)計的待測量洞門⑴的中心點知的位置進(jìn)行 對比，獲得待測量洞門（1)的洞門中心偏移量。
7. 按照權(quán)利要求1或2所述的地鐵盾構(gòu)隧道成型洞門測量方法，其特征在于：步驟 2032中進(jìn)行投影點分組時，按照相鄰測點之間的間距大且高程差距大的原則進(jìn)行分組。
8. 按照權(quán)利要求1或2所述的地鐵盾構(gòu)隧道成型洞門測量方法，其特征在于：步驟201 中計算得出各測點所處位置處實際洞門半徑與設(shè)計洞門半徑之間的差值A(chǔ)Di后，還需對計 算得出的ADi進(jìn)行判斷：當(dāng)ADi= 0時，說明待測量洞門（1)在第i個測點所處位置處不 存在徑向偏差；當(dāng)ADi< 0時，說明待測量洞門（1)在第i個測點所處位置處徑向偏??；當(dāng) ADi> 0時，說明待測量洞門（1)在第i個測點所處位置處徑向偏大； 步驟202中計算出各測點所處位置處與設(shè)計分界里程斷面之間沿線路方向的距離屯 進(jìn)行計算時，屯為矢量且d絕對值|di|為點Q到點0s之間的距離數(shù)值；當(dāng)?shù)趇個測點 位于所述設(shè)計分界里程斷面上時，屯=0 ;當(dāng)?shù)趇個測點位于所述地鐵盾構(gòu)隧道一側(cè)時，cU < 〇 ;當(dāng)?shù)趇個測點位于所述地鐵車站一側(cè)時，屯> 0 ; 步驟202中計算出平均值d后，還需對計算得出的d進(jìn)行判斷：當(dāng)d= 0時，說明待測 量洞門（1)的實際端墻在線路方向上不存在偏移；當(dāng)d<0時，說明待測量洞門（1)的實際 端墻向所述地鐵盾構(gòu)隧道一側(cè)偏移；當(dāng)d>0時，說明待測量洞門（1)的實際端墻向所述地 鐵車站一側(cè)偏移； 所述待測量洞門（1)的實際端墻在線路方向的偏移量，記作d;其中，|d|為d的絕對 值； 步驟2036中將擬合洞門中心點0"^的位置與預(yù)先設(shè)計的待測量洞門（1)的中心點Os 的位置進(jìn)行對比時，對擬合洞門中心點在水平面上且垂直于設(shè)計線路中心線的偏移量 和在高程上的偏移量分別進(jìn)行計算。
9. 按照權(quán)利要求1或2所述的地鐵盾構(gòu)隧道成型洞門測量方法，其特征在于：步驟二 中進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理時，采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用三維制圖軟件進(jìn)行處理。
10. 按照權(quán)利要求9所述的地鐵盾構(gòu)隧道成型洞門測量方法，其特征在于：步驟二中 進(jìn)行各測點與設(shè)計線路中心線之間距離計算及差值比較之前，先根據(jù)步驟102中測量出的 M個所述測點的三維坐標(biāo)，并結(jié)合預(yù)先設(shè)計的設(shè)計線路中心線、預(yù)先設(shè)計的待測量洞門 (1)的中心點〇s、待測量洞門（1)的設(shè)計半徑和所述設(shè)計分界里程斷面，且調(diào)用所述三維制 圖軟件制作待測量洞門（1)測量用電子三維圖，并在所制作的電子三維圖上標(biāo)注出M個所 述測點； 步驟202中進(jìn)行端墻偏移量及平整度計算時，先調(diào)用所述三維制圖軟件且在所制作的 電子三維圖上畫出垂線li，并量測出M個所述測點所處位置處與設(shè)計分界里程斷面之間沿 線路方向的距離屯。
【文檔編號】G01C7/06GK104482918SQ201410609578
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月1日
【發(fā)明者】徐巖軍, 樊華真, 楊永強(qiáng), 王鑫, 安彥榮, 霍小亞, 田黎明, 秦艷艷 申請人:中鐵一局集團(tuán)有限公司