盾构机姿态参数的测量及计算方法研究.doc

盾构机姿态参数的测量及计算方法研究
张厚美1 ,2
力2
古
(1 上海交通大学建筑工程与力学学院,上海 200030 ;
2 广州市盾建地下工程有限公司,广州 510030)
摘要根据三点决定一个平面的原理,通过在盾构机中体上布置测量控制点,对其三维坐标进行测量;根据
空间解析几何原理,推导出盾构机刀盘中心三维坐标以及俯仰角、横摆角、扭转角的计算方法。文章利用计算机的伪随机函数对盾构机姿态参数的测量精度进行了模拟评价,探讨了提高测量精度的方法。结果表明,盾构姿态参数的测量误差均服从正态分析;采用精度为 3 mm 的激光经纬仪测量控制点坐标,得到的盾构姿态参数的误差范围
比规范要求小得多。
关键词盾构姿态测量
中图分类号:U455. 3 + 9
误差分析
文献标识码:A
位置变动,使所测量的盾构机姿态产生很大误差,甚
至导致隧道超限,为此必须采用不同的测量方法对盾构机姿态进行复核。
目前,我国盾构机主要依靠进口,近年来进口的用于地铁隧道施工的盾构机一般都配备有自动导向系统,但如何对盾构姿态进行复核测量还无简单、快捷、准确的方法。为克服传统人工测量法精度低、测量占用时间多的缺点,本文提出一种新的盾构姿态
测量及计算方法。
前
言
1
盾构法由于具有其施工速度快、安全、质量好、
对周围环境影响小等优点,已越来越多地在城市地铁隧道施工中得到应用。盾构隧道测量技术已由原来人工为主测量技术发展到现在的全自动激光经纬仪、GPS 等高科技测量方法。
盾构姿态的测量方法可分为人工测量和自动测量两类。人工测量法人力投入大、测量频率高、测量工作量大,对隧道掘进干扰大,数据处理慢,无法实时获知盾构机的姿态和偏差,施工控制较困难,但设备投入少,成本较低,目前国内盾构隧道施工仍较多采用人工测量。自动导向仪器有激光全站仪导向和陀螺仪导向两种,自动导向测量技术可全天候对盾构机姿态进行测量、控制,实时计算并显示盾构机姿态, 具有人力投入小、测量频率高、对隧道掘进干扰小、测量速度高和数据处理快、数据和图象模拟能实时显示等优点,已成为盾构隧道测量技术的发展方向。
激光自动导向系统主要通过固定在隧道成形管片上的全自动激光经纬仪对盾构机姿态进行测量。由于施工过程中各种意外因素可能导致盾构机上的激光接收靶位置变化,同时盾构千斤顶向后推力的水平或竖向分力往往会迫使已经就位的管片产生偏
移甚至扭转1 ,影响安装在管片上的激光经纬仪的
2
盾构姿态参数的描述
在盾构施工过程中需经常监测的有关盾构机位
置和姿态的参数包括: 盾构机刀盘中心三维坐标以
及俯仰角、横摆角、扭转角等,见图 1 。
图 1 盾构姿态参数示意
Fig. 1 Sketch of shield posture parameters
收稿日期:2004 - 01 - 10
俯仰角:指盾构机轴线与水平面之间的夹角,它
表征盾构机在铅直面上所处的坡度,主要影响隧道的掘进坡度。为了反映盾构机轴线与线路方向的相对偏差,本文用盾构机轴线与线路方向在铅直面内的夹角表示俯仰角,或称为纵摆角。
横摆角: 指盾构机轴线与线路方向在水平面内的夹角,它表征盾构机在水平方向的方位,主要影响隧道在水平方向的转变方向。
扭转角:指盾构机绕自轴线旋转的角度。扭转角主要是由于刀盘长时间朝同一方