1.控制測(cè)量
1.1平面控制測(cè)量
1.1.1平面控制測(cè)量概述:
地鐵施工領(lǐng)域里平面控制網(wǎng)分兩級(jí)布設(shè)，首級(jí)為GPS控制網(wǎng)，二級(jí)為精密導(dǎo)線網(wǎng)。施工前業(yè)主會(huì)提供一定數(shù)量的GPS點(diǎn)和精密導(dǎo)線點(diǎn)以滿足施工單位的需要。施工單位需要做的是在業(yè)主給定的平面控制點(diǎn)上加密地面精密導(dǎo)線點(diǎn)，然后是為了向洞內(nèi)投點(diǎn)定向而做聯(lián)系測(cè)量，最后是在洞內(nèi)為了保證隧道的掘進(jìn)而做施工控制導(dǎo)線測(cè)量。不管是地面精密導(dǎo)線還是洞內(nèi)施工控制導(dǎo)線都是精密導(dǎo)線測(cè)量，雖然邊長(zhǎng)不滿足四等導(dǎo)線的要求，但是基本上是采用四等導(dǎo)線的技術(shù)要求施測(cè)，其中具體技術(shù)要求在《地下鐵道、輕軌交通工程測(cè)量規(guī)范》都有規(guī)定。
1.1.2地面平面控制測(cè)量：
在業(yè)主交接樁后，施工單位要馬上對(duì)所交樁位進(jìn)行復(fù)測(cè)。業(yè)主交樁數(shù)量有限，不一定能很好地滿足施工的需要，所以經(jīng)常要在業(yè)主所交樁的基礎(chǔ)上加密精密導(dǎo)線點(diǎn)，以方便施工。特別是在始發(fā)井附近，一定要保證有足夠數(shù)量的控制點(diǎn)，不少于３個(gè)。其具體技術(shù)要求在《地下鐵道、輕軌交通工程測(cè)量規(guī)范》都有規(guī)定。
1.1.3 洞內(nèi)平面控制測(cè)量
洞內(nèi)施工控制導(dǎo)線一般采用支導(dǎo)線的形式向里傳遞。但是支導(dǎo)線沒有檢核條件，很容易出錯(cuò)，所以最好采用雙支導(dǎo)線的形式向前傳遞。然后在雙支導(dǎo)線的前面連接起來，構(gòu)成附合導(dǎo)線的形式，以便平定測(cè)量精度。洞內(nèi)施工控制導(dǎo)線一般采用在管片最大跨度附近安裝牽制對(duì)中托架，測(cè)量起來非常方便，且可以提高對(duì)中精度，還不影響洞內(nèi)運(yùn)輸。強(qiáng)制對(duì)中托架尺寸形狀要控制好，以便可以直接安裝在管片的螺栓上面，不需要電鉆打眼安裝。由于盾構(gòu)施工一般都是雙線隧道錯(cuò)開50環(huán)左右掘進(jìn)，如果錯(cuò)開環(huán)數(shù)很大，后面掘進(jìn)的盾構(gòu)機(jī)由于推力很大，會(huì)對(duì)前面另一個(gè)洞的導(dǎo)線點(diǎn)產(chǎn)生影響。特別是在左右線間距較小巖層很軟時(shí)，影響很大，很容易導(dǎo)致測(cè)量出大錯(cuò)。還有就是如果在曲線隧道里，管片上的導(dǎo)線點(diǎn)間的邊角關(guān)系經(jīng)常受盾構(gòu)機(jī)的推力和地質(zhì)條件的影響，所以要經(jīng)常復(fù)測(cè)。
1.2高程控制測(cè)量
1.2.1高程控制測(cè)量概述：
高程控制測(cè)量主要包括地面精密水準(zhǔn)測(cè)量和高程傳遞測(cè)量及洞內(nèi)精密水準(zhǔn)測(cè)量，在廣州地鐵領(lǐng)域里的精密水準(zhǔn)測(cè)量也就是城市二等水準(zhǔn)測(cè)量。不管是地面還是洞內(nèi)都采用的是城市二等水準(zhǔn)測(cè)量。其技術(shù)要求在《地下鐵道、輕軌交通工程測(cè)量規(guī)范》都有規(guī)定。
1.2.2 地面高程控制測(cè)量
地面水準(zhǔn)測(cè)量按城市二等水準(zhǔn)的要求施測(cè)。
1.2.3洞內(nèi)高程控制測(cè)量
洞內(nèi)由于軌道上鋼枕太多，軌道下的泥水經(jīng)常蓋到鋼枕上來了，立尺很不方便，用水準(zhǔn)儀配因鋼尺測(cè)量非常麻煩。而采用全站儀三角高程測(cè)高差的辦法傳遞高程就很方便。見圖1。當(dāng)然此時(shí)一定要保證前后視的棱鏡高要不變，由于不需要量?jī)x器高，而是通過測(cè)量前后兩個(gè)點(diǎn)的高差來傳遞高程，所以往返觀測(cè)取平均值精度可以滿足施工的需要。這在我們侖官區(qū)間左、右線都得到證實(shí)，侖官區(qū)間約1.5公里，高程貫通誤差左線是8㎜、右線都在11㎜左右。
圖1全站儀三角高程測(cè)量傳遞高程
1.3聯(lián)系測(cè)量
1.3.1 定向測(cè)量
地鐵施工規(guī)定，在任何貫通面上，地下測(cè)量控制網(wǎng)的貫通中誤差，橫向不超過±５０㎜，豎向不超過±２５㎜。聯(lián)系測(cè)量主要有一井定向（聯(lián)系三角形定向）、兩井定向、鉛垂儀陀螺經(jīng)緯儀聯(lián)合定向、導(dǎo)線定向四中方式，其中我們施工單位一般都沒有陀螺經(jīng)緯儀，所以很少采用鉛垂儀陀螺經(jīng)緯儀聯(lián)合定向。用導(dǎo)線定向精度最好且最方便，但是用導(dǎo)線定向受始發(fā)井的長(zhǎng)度和深度制約，一般也很少用。所以一般都采用一井定向（聯(lián)系三角形定向）或兩井定向，其中用兩井定向受地面及洞內(nèi)各種因素的制約要少，很方便，但是在同樣的始發(fā)井長(zhǎng)度和深度的情況下最好采用一井定向（聯(lián)系三角形定向），這樣有利于提高井下定向的精度。這在我們侖大始發(fā)井的多次聯(lián)系測(cè)量中得到證實(shí)。雖然一井定向（聯(lián)系三角形定向）對(duì)場(chǎng)地要求較高，做起來也很麻煩，但是定向精度很有保證。聯(lián)系測(cè)量向洞內(nèi)投點(diǎn)時(shí)把點(diǎn)間距盡量拉大些，在始發(fā)井底板，最好投四個(gè)點(diǎn)，保證始發(fā)井兩端都各有兩個(gè)控制點(diǎn)。且盡量保證每次聯(lián)系測(cè)量投點(diǎn)時(shí)都投在這四個(gè)點(diǎn)上。以便取多次聯(lián)系測(cè)量的加權(quán)平均值做為最終的始發(fā)控制點(diǎn)坐標(biāo)。
圖2一井定向聯(lián)系測(cè)量示意圖
圖3兩井定向聯(lián)系測(cè)量示意圖
1.3.2 高程傳遞測(cè)量
向洞內(nèi)傳遞高程一般采用懸掛鋼尺的方法，一定要注意加溫度和尺長(zhǎng)改正，才能保證導(dǎo)入井下的水準(zhǔn)點(diǎn)的精度。如果有斜井或通道，也可以用水準(zhǔn)測(cè)量的方法向井下傳遞高程。如果全站儀的仰俯角不大的話還可以直接用全站儀三角高程測(cè)高差的辦法傳遞高程。
圖4鋼尺導(dǎo)入法傳遞高程
2、導(dǎo)向系統(tǒng)
2.1導(dǎo)向系統(tǒng)介紹
2.1.1VMT導(dǎo)向系統(tǒng)概述：
在掘進(jìn)隧道的過程中,為了避免隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)發(fā)生意外的運(yùn)動(dòng)及方向的突然改變, 必須對(duì)TBM的位置和DTA(隧道設(shè)計(jì)軸線)的相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行持續(xù)地監(jiān)控測(cè)量。TBM能夠按照設(shè)計(jì)路線精確地掘進(jìn)，則對(duì)掘進(jìn)各個(gè)方面都有好處（計(jì)劃更精確，施工質(zhì)量更高）。這就是TBM采用“導(dǎo)向系統(tǒng)”（SLS）的原因。德國VMT公司的SLS-T系統(tǒng)就是為此而開發(fā)，該系統(tǒng)為使TBM沿設(shè)計(jì)軸線（理論軸線）掘進(jìn)提供所有重要的數(shù)據(jù)信息。SLS-T系統(tǒng)功能完美，操作簡(jiǎn)單。
2.1.2導(dǎo)向系統(tǒng)基本組成與功能
導(dǎo)向系統(tǒng)是由激光全站儀（TCA）、中央控制箱、ESL靶、黃盒子和計(jì)算機(jī)及掘進(jìn)軟件組成。其組成見下圖：
圖5導(dǎo)向系統(tǒng)組成
2.1.2.1全站儀(TCA)
具有伺服馬達(dá)，可以自動(dòng)照準(zhǔn)目標(biāo)和跟蹤，并可發(fā)射激光束，主要用于后視定向，測(cè)量距離、水平角和豎直角，并將測(cè)量結(jié)果傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。
2.1.2.2ESL靶
也稱光靶板，是一臺(tái)智能性型的傳感器。ELS接收全站儀發(fā)射的激光束，測(cè)定水平和垂直方向的入射點(diǎn)。偏角由ELS上激光的入射角確認(rèn)，坡度由該系統(tǒng)內(nèi)的傾斜儀測(cè)量。ELS在盾構(gòu)機(jī)體上的位置是確定的，即對(duì)TBM坐標(biāo)系的位置是確定的。
2.1.2.3中央控制箱
主要的接口箱，它為黃盒子（繼而為激光全站儀）及ELS靶提供電源。
2.1.2.4黃盒子
它主要為全站儀供電，保證全站儀工作和與計(jì)算機(jī)之間的通信和數(shù)據(jù)傳輸。
2.1.2.5計(jì)算機(jī)及掘進(jìn)軟件
SLS-T軟件是自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和自動(dòng)控制的核心，通過計(jì)算機(jī)分別與全站儀和ELS通信接收數(shù)據(jù)，盾構(gòu)機(jī)在線路平、剖面上的位置計(jì)算出來后，以數(shù)字和圖形在計(jì)算機(jī)上顯示出來。如下圖所示：
圖6 VMT導(dǎo)向系統(tǒng)盾構(gòu)姿態(tài)顯示
2.1.3導(dǎo)向基本原理
洞內(nèi)控制導(dǎo)線是支持盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)導(dǎo)向定位的基礎(chǔ)。激光全站儀安裝在位于盾構(gòu)機(jī)的右上側(cè)管片上的拖架上，后視一基準(zhǔn)點(diǎn)（后視靶棱鏡）定位后。全站儀自動(dòng)掉過方向來，收尋ELS靶， ELS接收入射的激光定向光束，即可獲取激光站至ELS靶間的方位角、豎直角，通過ELS棱鏡和激光全站儀就可以測(cè)量出激光站至ELS靶間的距離。TBM的仰俯角和滾動(dòng)角通過ELS靶內(nèi)的傾斜計(jì)來測(cè)定。ELS靶將各項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)傳向主控計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將所有測(cè)量數(shù)據(jù)匯總，就可以確定TBM在全球坐標(biāo)系統(tǒng)中的精確位置。將前后兩個(gè)參考點(diǎn)的三維坐標(biāo)與事先輸入計(jì)算機(jī)的DTA（隧道設(shè)計(jì)軸線）比較，就可以顯示盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)了。
2.2導(dǎo)向系統(tǒng)應(yīng)用
2.2.1 始發(fā)托架和反力架定位
盾構(gòu)機(jī)初始狀態(tài)主要決定于始發(fā)托架和反力架的安裝，因此始發(fā)托架的定位在整個(gè)盾構(gòu)施工測(cè)量過程中顯得格外重要。盾構(gòu)機(jī)在曲線段始發(fā)方式通常有兩種：切線始發(fā)和割線始發(fā)。
始發(fā)托架的高程要比設(shè)計(jì)提高約1~5㎝，以消除盾構(gòu)機(jī)入洞后“栽頭”的影響。反力架的安裝位置由始發(fā)托架來決定，反力架的支撐面要與隧道的中心軸線的法線平行，其傾角要與線路坡度保持一致。
2.2.2 移站
2.2.2.1激光站人工移站
盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)時(shí)的姿態(tài)控制是通過全站儀的實(shí)時(shí)測(cè)設(shè)ELS的坐標(biāo)，反算出盾構(gòu)機(jī)盾首、盾尾的實(shí)際三維坐標(biāo)，通過比較實(shí)測(cè)三維坐標(biāo)與DTA三維坐標(biāo)，從而得出盾構(gòu)姿態(tài)參數(shù)。隨著盾構(gòu)機(jī)的往前推進(jìn)，每隔規(guī)定的距離就必須進(jìn)行激光站的移站。激光站的支架用角鋼和鋼板做成可以安裝在管片螺栓的托架形似, 托架的底板采用400×400×10mm鋼板，底板中心焊上儀器連接螺栓,長(zhǎng)1㎝。采取強(qiáng)制對(duì)中，減少儀器對(duì)中誤差。托架安裝位置在隧道右側(cè)頂部不受行車的影響和破壞的地方。安裝時(shí)，用水平尺大致調(diào)平托架底板后，將其固定好，然后可以安裝前視棱鏡或儀器。托架示意圖如下圖8：
圖8 激光站的托架示意圖
一般在后視靶托架即將脫出盾構(gòu)機(jī)最后一節(jié)臺(tái)車后進(jìn)行，這樣就可以直接站在盾構(gòu)機(jī)上移站，不需要搭樓梯，既安全又方便。把前視棱鏡安裝在后視托架后，測(cè)量出棱鏡中心到托架底板的高程，然后直接從下面的測(cè)站采用極坐標(biāo)測(cè)量方式測(cè)出托架的三維坐標(biāo)。然后在后視靶托架上設(shè)站，前視直接采用極坐標(biāo)測(cè)量方式測(cè)出激光站托架的三維坐標(biāo)。然后把后視棱鏡安裝在后視靶托架上，把激光全站儀安裝在激光站托架上整平，把黃盒子固定好，給全站儀接上電源，手動(dòng)把全站儀瞄準(zhǔn)后視棱鏡，瞄準(zhǔn)的精度在±10㎝左右，然后把全站儀電源關(guān)閉。接著在主空室里，啟動(dòng)SLS-T，按“編輯器—F2”進(jìn)入編輯器窗口，進(jìn)入激光站編輯窗口，輸入激光全站儀中心和后視靶棱鏡中心的三維坐標(biāo)。按“保存”鍵保存，然后關(guān)閉編輯器窗口。再按“定位—F5”鍵，給激光全站儀定位。定位完成后，再按“方位檢查—F5”鍵，檢查激光站和后視棱鏡的坐標(biāo)有沒有錯(cuò)誤。如果超限，將會(huì)顯示差值，如果不超限，那么將不顯示。最后再按“推進(jìn)—F4”就完成了激光站的人工移站的全過程。
2.2.2.2激光站自動(dòng)移站
VMT導(dǎo)向軟件SLS—T有激光站自動(dòng)移站功能，移站的過程除了托架和全站儀及后視棱鏡的安裝，其它測(cè)量工作都可以通過此功能完成。
操作流程為：
程序的啟動(dòng)及后續(xù)測(cè)量工作在主控室進(jìn)行。此時(shí)SLS-T軟件處于“管片拼裝”狀態(tài)，按功能鍵F3，關(guān)閉測(cè)量后，通過功能鍵“激光站移站—F6”來啟動(dòng)程序。在初始窗口中，按下按鈕“測(cè)量開始—F2”，啟動(dòng)方位檢測(cè)程序。方位檢測(cè)被成功的執(zhí)行后，顯示檢測(cè)結(jié)果，在得到理想的結(jié)果后，按下F2確認(rèn)后方位檢測(cè)的結(jié)果。在測(cè)定新激光站點(diǎn)坐標(biāo)前，事先在信息輸入窗口中輸入如下信息：水平與垂直方向上偏移的近似值及新激光站點(diǎn)的大致里程；當(dāng)前棱鏡的高度及儀器的高度；新站點(diǎn)的點(diǎn)位編碼。在信息輸入窗口下，按下F2鍵啟動(dòng)程序。全站儀自動(dòng)搜索到前視棱鏡（即新激光站點(diǎn)）后，自動(dòng)瞄準(zhǔn)棱鏡進(jìn)行測(cè)量。屏幕顯示計(jì)算出來的新激光站點(diǎn)坐標(biāo)。在測(cè)定新激光站坐標(biāo)時(shí)，為避免獲得錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，須遮蓋住其他的反射棱鏡。新激光站點(diǎn)的坐標(biāo)測(cè)定后，將全站儀和后視棱鏡轉(zhuǎn)移到新的位置。全站儀和后視棱鏡轉(zhuǎn)移到新的位置后，主控室按功能鍵F2進(jìn)行確認(rèn)，新的信息窗口會(huì)顯示新激光站點(diǎn)三維坐標(biāo)，然后將新激光站點(diǎn)上的全站儀手動(dòng)轉(zhuǎn)向新的后視點(diǎn)即原先的激光站，按下F2，重新調(diào)整定位全站儀上的刻度。成功執(zhí)行上述的步驟后，出現(xiàn)一新的信息窗口。通過按下F2功能鍵完成激光站移站程序。
2.2.2.3激光站的人工檢查
在推進(jìn)的過程中，可能會(huì)由于安裝托架的管片出現(xiàn)沉降、位移或托架被碰動(dòng)，使激光站點(diǎn)或后視靶的位置發(fā)生變化，從而全站儀測(cè)得錯(cuò)誤的盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)信息。為了保證激光全站儀的準(zhǔn)確定位，在SLS-T軟件的狀態(tài)為“推進(jìn)”時(shí)，通過功能鍵F5對(duì)全站儀的定位進(jìn)行檢查，如果測(cè)得的后視靶的值超過了在編輯器中設(shè)定的限值時(shí)，需要對(duì)激光站進(jìn)行人工檢查。檢查方法是利用洞內(nèi)精密導(dǎo)線點(diǎn)對(duì)激光站點(diǎn)及后視靶點(diǎn)位置進(jìn)行測(cè)量，重新確定兩點(diǎn)的三維坐標(biāo)。設(shè)站導(dǎo)線點(diǎn)盡量選擇在右側(cè)管片側(cè)壁上的強(qiáng)制對(duì)中導(dǎo)線點(diǎn)，這樣建測(cè)站時(shí)能夠一次建站測(cè)算出兩個(gè)點(diǎn)位的坐標(biāo)，避免誤差的積累。當(dāng)不滿足上述建站條件時(shí)，從隧道內(nèi)主控制導(dǎo)線點(diǎn)引測(cè)至后視靶托架上，在托架上建立測(cè)站，測(cè)定激光站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
2.3導(dǎo)向系統(tǒng)維護(hù)與檢修
2.3.1導(dǎo)向系統(tǒng)維護(hù)
2.3.1.1ELS靶：
1.由于ELS靶的安裝位置附近有注漿管，在注漿的過程中很容易被人碰到，而前面板是玻璃作成的，容易被破壞特別是ELS棱鏡更是容易被工人碰動(dòng)，在沒有對(duì)ELS靶進(jìn)行保護(hù)之前，我們的ELS棱鏡曾多次被工人碰掉，對(duì)掘進(jìn)造成不小影響。后來我們?cè)贓LS靶的四周用4塊木板保護(hù)起來后，就再也沒有人碰掉ELS棱鏡了；2.ELS靶前面板保護(hù)屏要經(jīng)常擦干凈，防止激光接收靶接收的信號(hào)太弱；3. ELS靶附近不能有強(qiáng)光，強(qiáng)光會(huì)使VMT姿態(tài)顯示不正常。
2.3.1.2電纜：
在前期我們按常規(guī)安裝好導(dǎo)向系統(tǒng)傳輸電纜卷后，在盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)的過程中，經(jīng)常把傳輸電纜拉斷。嚴(yán)重的時(shí)候，甚至把激光站托架都拉動(dòng)，把黃盒子拉掉，還威脅到激光全站儀的安全，極大地破壞了導(dǎo)向系統(tǒng)。為了克服這個(gè)問題，我們采用了三種辦法。1.把在導(dǎo)向系統(tǒng)的傳輸電纜卷安裝在激光站的前面，這樣盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)時(shí)，電纜一直是順著拉；2.在盾構(gòu)機(jī)電纜經(jīng)過的地方用安全網(wǎng)覆蓋，把盾構(gòu)機(jī)上的各個(gè)突起物蓋住，防止勾斷電纜；3.通過加強(qiáng)平時(shí)的巡視，經(jīng)常整理傳輸電纜。通過以上辦法后，電纜再也沒有被拉斷過。
2.3.1.3激光站和黃盒子：
1.在始發(fā)時(shí)，由于激光站托架是安裝在豎井里面，激光全站儀和黃盒子容易被雨水淋濕，一定要加以保護(hù)。2.在隧道里面時(shí)，由于工人沖洗管片時(shí)，容易被水澆濕，需要經(jīng)常提醒掘進(jìn)工人。激光全站儀和黃盒子要經(jīng)常擦干凈、涼干。
2.3.2導(dǎo)向系統(tǒng)故障處理
2.3.2.1ELS靶：
1. ELS靶的前面板被注漿的漿液覆蓋，ELS靶接收到的激光信號(hào)不夠強(qiáng)，導(dǎo)致不工作，處理辦法是把前面板的覆蓋物清理干凈；2.ELS靶的前面板附近有很強(qiáng)的光源，嚴(yán)重干擾了ELS靶對(duì)激光信號(hào)的接收，導(dǎo)致VMT顯示不正常，處理辦法是把光源移開；3.ELS靶的溫度太高，導(dǎo)致ELS靶不工作，處理辦法是用濕毛巾冷敷ELS靶降溫。4.ELS靶和激光站之間空間被人或其他東西擋了，導(dǎo)致ELS靶接收不到激光信號(hào)，處理辦法把障礙物移開，如果移不動(dòng)，就移激光站，把激光站向前移到適當(dāng)位置。
2.3.2.2激光全站儀：
1.激光全站儀被水淋了，不能正常工作，處理辦法是把全站儀卸下來，擦干凈涼干；2. 全站儀的氣泡偏了，VMT顯示姿態(tài)偏差變大，處理辦法是把全站儀再次整平，然后做一下全站儀方位檢查，如果檢查超限，就需要重新測(cè)定激光站的坐標(biāo)，千萬不要在不測(cè)定變動(dòng)后的激光站坐標(biāo)的情況下重新定位測(cè)量。這樣只能誤導(dǎo)VMT導(dǎo)向系統(tǒng)給出錯(cuò)誤導(dǎo)向。如果檢查未超限，就直接重新整平儀器，重新定位測(cè)量。3.全站儀在定位時(shí)沒有關(guān)掉全站儀的電源，定不了位，處理辦法是把全站儀的電源關(guān)掉，重新啟動(dòng)定位程序。4.全站儀找不到ELS靶，處理辦法是首先看全站儀與ELS靶之間的空間有沒有障礙物擋，如果有，將其移開。如果還收尋不到，就人工測(cè)量出激光站至ELS靶的方位，手動(dòng)輸入到激光站編輯器里的方位當(dāng)前值里。
2.3.2.3電纜：
電纜被拉斷，導(dǎo)致不能傳輸數(shù)據(jù)或電流。處理辦法是沿著線路一直排查，直到找到斷裂出，把電纜接好。
3、盾構(gòu)姿態(tài)人工復(fù)測(cè)
3.1盾構(gòu)姿態(tài)人工檢測(cè)概述
在盾構(gòu)施工的過程中，為了保證導(dǎo)向系統(tǒng)的正確性和可靠性，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)一定的長(zhǎng)度或時(shí)間之后，應(yīng)通過洞內(nèi)的獨(dú)立導(dǎo)線獨(dú)立的檢測(cè)盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，即進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)的人工檢測(cè)。盾構(gòu)施工中所用到的坐標(biāo)系統(tǒng)有三種：全球坐標(biāo)系統(tǒng)、 DTA坐標(biāo)系、TBM坐標(biāo)系。
3.2盾構(gòu)機(jī)參考點(diǎn)的測(cè)量
在進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)組裝時(shí)，VMT公司的測(cè)量工程師就已經(jīng)在盾體上布置了盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量的參考點(diǎn)(共21個(gè))，如圖9。并精確測(cè)定了各參考點(diǎn)在TBM坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。我們?cè)谶M(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)的人工檢測(cè)時(shí)，可以直接利用VMT公司提供的相關(guān)數(shù)據(jù)來進(jìn)行計(jì)算。其中盾體前參考點(diǎn)及后參考點(diǎn)是虛擬的，實(shí)際是不存在的):
圖9 S267盾構(gòu)機(jī)參考點(diǎn)的布置
盾構(gòu)姿態(tài)人工檢測(cè)的測(cè)站位置選在盾構(gòu)機(jī)第一節(jié)臺(tái)車的連接橋上,此處通視條件非常理想,而且很好架設(shè)全站儀。只要在連接橋上的中部焊上一個(gè)全站儀的連接螺栓就可以了。測(cè)量時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件盡量使所選參考點(diǎn)之間連線距離大一些，以保證計(jì)算時(shí)的精度，最好保證左、中、右各測(cè)量一兩個(gè)點(diǎn)，這樣就可以提高測(cè)量計(jì)算的精度。例如在我們?cè)谶x擇S267盾構(gòu)機(jī)的參考點(diǎn)時(shí)，即是選擇的1、10、21三點(diǎn)作為盾構(gòu)姿態(tài)人工檢測(cè)的參考點(diǎn)。
3.3盾構(gòu)姿態(tài)的計(jì)算
3.3.1盾構(gòu)姿態(tài)的計(jì)算原理
盾構(gòu)機(jī)作為一個(gè)近似的圓柱體，在開挖掘進(jìn)過程中我們不能直接測(cè)量其刀盤的中心坐標(biāo)，只能用間接法來推算出刀盤中心的坐標(biāo)。
圖10盾構(gòu)姿態(tài)計(jì)算原理圖
如圖A點(diǎn)是盾構(gòu)機(jī)刀盤中心，E是盾構(gòu)機(jī)中體斷面的中心點(diǎn)，即AE連線為盾構(gòu)機(jī)的中心軸線，由A、B、C、D、四點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)四面體，測(cè)量出B、C、D 三個(gè)角點(diǎn)的三維坐標(biāo)（xi,yi, zi）,根據(jù)三個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)（xi, yi, zi）分別計(jì)算出LAB, LAC, LAD, LBC, LBD,LCD, 四面體中的六條邊長(zhǎng)，作為以后計(jì)算的初始值，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中Li是不變的常量，通過對(duì)B、C、D三點(diǎn)的三維坐標(biāo)測(cè)量來計(jì)算出A點(diǎn)的三維坐標(biāo)。同理，B、C、D、E四點(diǎn)也構(gòu)成一個(gè)四面體，相應(yīng)地求得E點(diǎn)的三維坐標(biāo)。由A、E兩點(diǎn)的三維坐標(biāo)就能計(jì)算出盾構(gòu)機(jī)刀盤中心的水平偏航，垂直偏航，由B、C、D三點(diǎn)的三維坐標(biāo)就能確定盾構(gòu)機(jī)的仰俯角和滾動(dòng)角，從而達(dá)到檢測(cè)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的目的。
3.3.2通過AutoCAD作圖求解盾構(gòu)姿態(tài)
通過幾何解算盾構(gòu)姿態(tài)方法的缺點(diǎn)是在內(nèi)業(yè)計(jì)算時(shí)，如果用人工手算，其工作量相當(dāng)大，而且難免出錯(cuò)，因此我們?cè)谶M(jìn)行解算時(shí)，是利用AutoCAD進(jìn)行作圖求解，相對(duì)于用幾何方法解算，速度要快很多。其操作過程如下：
首先是把隧道中心線（三維坐標(biāo)）通過建立CAD腳本文件輸入CAD中，這個(gè)工作一個(gè)工地只要做一次。然后是把所測(cè)參考點(diǎn)1、10、21的坐標(biāo)（三維）輸入到CAD里面。分別以1、10、21為球心，以1、10、21到前點(diǎn)的距離為半徑畫球，求三個(gè)球的交集。用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊交集后的體，就可以找到兩個(gè)端點(diǎn)，這兩個(gè)端點(diǎn)到1、10、21的距離就分別等于1、10、21到前點(diǎn)的距離。然后根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)的方向，舍去其中一個(gè)點(diǎn)。同樣方法把后點(diǎn)在CAD里畫出來。由于后點(diǎn)通過求交集的方法求出的兩個(gè)端點(diǎn)距離很近，通過盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)方向很南判斷，于是通過前點(diǎn)到后點(diǎn)的距離是3.9491米來判斷。畫出前后點(diǎn)的位置后，通過前后點(diǎn)向隧道中線做垂線，通過測(cè)量垂線在水平和垂直方向上偏離值來求解盾構(gòu)機(jī)前后點(diǎn)的姿態(tài)。盾構(gòu)機(jī)的坡度= 
（L為盾體前后參考點(diǎn)連線長(zhǎng)度）。根據(jù)測(cè)量平差理論可知，實(shí)際測(cè)量時(shí)，需要觀測(cè)至少4個(gè)點(diǎn)位以上，觀測(cè)的參考點(diǎn)越多，多余觀測(cè)就越多，因此計(jì)算的精度就越高。比較VMT導(dǎo)向系統(tǒng)測(cè)得的盾構(gòu)姿態(tài)值和人工檢測(cè)的盾構(gòu)姿態(tài)值，其精度基本上能達(dá)到±5mm之內(nèi)。
圖11盾構(gòu)姿態(tài)CAD計(jì)算示意圖
4、管環(huán)檢測(cè)
4.1管環(huán)測(cè)量概述
由于在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，剛拼裝的管環(huán)還沒有來得及注入雙液漿加固，因此還不穩(wěn)定，經(jīng)常發(fā)生管環(huán)位移現(xiàn)象。有時(shí)位移量很大，特別是上浮，位移量大常常引起管環(huán)限界超限。因?yàn)榈罔F施工中規(guī)定，拼裝好的管環(huán)允許最大限界值是±10㎝。為了防止管環(huán)的侵限，我們首先是提高控制測(cè)量的精度外，其次是提高導(dǎo)線系統(tǒng)的精度，最后就是通過每天的管環(huán)測(cè)量，實(shí)測(cè)出管環(huán)的位移趨勢(shì)，采取措施盡量減小位移量。當(dāng)然，管環(huán)測(cè)量還起到復(fù)核導(dǎo)向系統(tǒng)的作用。
4.2管環(huán)測(cè)量方法
根據(jù)管環(huán)的內(nèi)徑是2.7米, 采用鋁合金制作一鋁合金尺,鋁合金尺長(zhǎng)3.8米（可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整長(zhǎng)度）。在鋁合金尺正中央，貼上一個(gè)反射貼片。根據(jù)管環(huán)、鋁合金尺、反射貼片的尺寸，就可以計(jì)算出實(shí)際上的管環(huán)中心與鋁合金尺上反射貼片中心的高差。測(cè)量時(shí)，首先用水平尺把鋁合金尺精確整平，然后用全站儀測(cè)量出鋁合金尺上反射貼片中心的三維坐標(biāo)，就可以推算出實(shí)際的管環(huán)中心的三維坐標(biāo)。每次管環(huán)測(cè)量時(shí)，應(yīng)重疊5環(huán)已經(jīng)穩(wěn)定了的管環(huán)，這樣就可以消除測(cè)錯(cuò)的可能。
圖12.管環(huán)測(cè)量示意圖
圖13管環(huán)中心標(biāo)高推算示意圖
4.3管環(huán)姿態(tài)計(jì)算
管環(huán)測(cè)量時(shí)，把管環(huán)檢測(cè)外業(yè)數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)在全站儀的內(nèi)存里�；氐睫k公室后，通過徠卡測(cè)量辦公室軟件(Leica Survey –Office),將全站儀里面的管環(huán)測(cè)量外業(yè)數(shù)據(jù)下載，然后將其復(fù)制到EXCLE表格中編輯成CAD認(rèn)識(shí)的三維坐標(biāo)，然后將三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)復(fù)制到記事本程序里面保存，文件的后綴名必須是.SCR，如“管環(huán)檢測(cè)外業(yè)數(shù)據(jù).SCR”。這樣就把管環(huán)檢測(cè)的外業(yè)數(shù)據(jù)編輯成了CAD的畫點(diǎn)腳本文件。通過CAD的腳本功能，就很方便快節(jié)地在CAD里面把點(diǎn)畫出來。
打開AutoCAD，在模型狀態(tài)下（一定要關(guān)閉“對(duì)象捕捉”命令），打開菜單欄的“工具（T）”選項(xiàng)，在下拉子菜單中選擇“運(yùn)行腳本（R…）”，或者在命令行中輸入“.SCR”，兩種方式都是運(yùn)行腳本，AutoCAD便查找腳本文件。操作者找到要調(diào)用的腳本文件“管環(huán)檢測(cè)外業(yè)數(shù)據(jù).SCR” 后，直接打開它。AutoCAD 便自動(dòng)把點(diǎn)畫出來了。如下圖14。
圖14 管環(huán)姿態(tài)計(jì)算示意圖
點(diǎn)位畫出來后，就可以在CAD里通過查詢命令直接量出管環(huán)的水平和垂直姿態(tài)了。通過以上管環(huán)的測(cè)量和計(jì)算方法，解決了管環(huán)檢測(cè)數(shù)據(jù)量大，計(jì)算難，測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)的問題。大大提高管環(huán)檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確度。
5、結(jié)束語
由于盾構(gòu)機(jī)的VMT導(dǎo)向系統(tǒng)必須有控制測(cè)量的支持才能運(yùn)作，所以控制測(cè)量還是盾構(gòu)隧道測(cè)量的基礎(chǔ)。為了保證隧道的順利貫通，我們首先要做好控制測(cè)量，然后就是保證導(dǎo)向系統(tǒng)的正常運(yùn)行，定期對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行人工檢測(cè)，保證導(dǎo)向系統(tǒng)的正確可靠。加強(qiáng)管環(huán)姿態(tài)檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)管環(huán)的位移趨勢(shì)，防止管環(huán)安裝侵限。加強(qiáng)管環(huán)姿態(tài)的檢測(cè)同時(shí)也是對(duì)導(dǎo)向系統(tǒng)的復(fù)核。由于筆者才疏學(xué)淺，文中難免有不周全之處，懇請(qǐng)各位提出批評(píng)與建議。
