掘進過程中盾構機姿態出現較大偏差的檢核方法

沈 秀 鋒

(中鐵二局城通公司，四川 成都 610000)

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掘進過程中盾構機姿態出現較大偏差的檢核方法

沈 秀 鋒

(中鐵二局城通公司，四川 成都 610000)

結合工程實例，分析了盾構機掘進過程中，測量導向系統發生故障后盾構機姿態的測量方法，主要采用盾構機特征點測量、水平線分中法、擬合圓心法，測出了盾構機的姿態，通過綜合比較三種方法的測量結果，得出了盾構機的實際姿態。

盾構機，測量系統，水平分中法，VMT系統

0 引言

隨著我國城市現代化程度的不斷提高，越來越多的城市都加快了地鐵的建設步伐，盾構機的正常推進對地鐵的順利建設又起著至關重要的作用。本文主要講述了在地鐵建設中盾構機在掘進過程中測量導向系統發生故障后盾構機姿態(空間位置)出現較大偏差的情況下如何測出盾構機的真實姿態。要測量盾構機姿態只有在始發前對盾構機的外殼進行測量，這樣得出的數據才是最直接、最可信的。然而盾構機始發后已經進入地層，無法測量其外殼，只能通過測量盾構機內部的一些特殊部位間接推算出整個盾構機的姿態。本文以廣州地鐵7-6標為例，通過以下幾種方法對盾構機內部特殊部位的測量，通過相互比較后得出盾構機的實際姿態。

1 工程概況

2014年12月初，廣州地鐵7-6標右線盾構機始發，在掘進到10環左右時測量導向系統不時出現故障，在對故障進行排除后發現盾構機顯示姿態與線路方向不一致(線路方向為直線，導向系統顯示為前點-210 mm，后點-90 mm)，如圖1所示。

為查找原因,首先確定了分四步進行檢查：1)檢核線路中心線數據；2)復核導線控制網；3)檢查吊籃坐標；4)人工檢查盾構機姿態(本文主要講述了第4點，采用多種方法測量后相互印證盾構機真實的姿態)。

2 原因排查

2.1 檢核線路中心線數據

首先復核輸入自動導向系統的線路中心線數據是否正確。以設計圖紙為依據，按盾構區間隧道起始里程每1 m計算線路中心線三維坐標，把計算后的結果與導向系統內的線路中心線三維坐標進行比對。經比對后差值均小于1 mm，屬于計算過程中小數點保留位數導致。

結論：可以排除線路中心線數據輸入錯誤的可能性。

2.2 聯系測量(復核導線控制網)

以業主交樁的控制點VIIJ041，VIIJ043為起算邊，引測至近井點YK，SF，采用吊鋼絲的方法對鋼絲1(GS1)、鋼絲2(GS2)進行觀測。井下以GS1，GS2為起算點，進行無定向導線測量，重新測量隧道起始控制點Y2，Y3，并與以前測量成果進行對比(見表1)。

表1 聯系測量坐標對照表

結論：兩次測量較差在誤差范圍內，說明地下控制點坐標無誤，采用兩次測量成果的平均值為起算邊控制盾構機掘進。

2.3 吊籃坐標復核

在確認地下控制點坐標無誤后對隧道內VMT導向系統激光站和后視站吊籃坐標進行了復核。以Y2，Y3兩次聯系測量成果的平均值為測量控制點，測得激光站和后視站吊籃坐標，并與VMT導向系統內的坐標進行對比(見表2)。

結論：較差在限差范圍內，說明吊籃坐標無誤。

2.4 盾構機姿態測量

表2 吊籃測量坐標對比表

要測量盾構機姿態只有在始發前對盾構機的外殼進行測量，這樣得出的數據才是最直接、最可信的。然而盾構機始發后已經進入地層，無法測量其外殼，只能通過測量盾構機內部的一些特殊部位間接推算出整個盾構機的姿態。本文主要講述了通過采用以下三種方法對盾構機內部特殊部位進行測量，由于都是間接的方法，所以需要將幾種方法測出的成果進行對比，提高測量成果的可信度。

方法1：盾構機特征點測量。

因在盾構機出廠時，廠家在盾構機上已經設置了一些固定的特征點，通過對這些特征點進行測量，根據廠家提供的特征點與盾構機的幾何關系經過計算后可得出盾構機的姿態，首先對廠家布設的特征點進行了測量，主要測量了2號、4號、6號、8號特征點(見表3)。

表3 盾構機特征點測量表

經過特征點相對位置關系計算得出盾首中心三維坐標為X:15 911.568 3，Y:46 317.064 59，Z:1.079，相對線路中線的位置關系為水平:-187，垂直：-4，盾尾中心三維坐標為X:15 908.237 8，Y:46 312.073 8，Z:1.198，相對線路中線的位置關系為水平：-204 mm，垂直：-17 mm，經過計算測量特征點的姿態與VMT顯示的姿態進行了對比(見表4)。

表4 盾構機姿態對比表(一)

結論：高程、盾尾姿態較差在限差范圍內，但是盾首水平姿態較差達97 mm，說明存在問題。針對此種情況決定采用另外兩種方法對盾構機進行姿態測量(水平線分中法和擬合圓心法)。

方法2：水平線分中法。

此方法是在盾構機的尾部同一個截面下先通過水準儀找出兩個標高一樣的點(圖2中的測點1和測點5)，再測量出這兩個點的坐標和高程，這樣可以先計算出這兩個點的中點(也就是盾尾中心)，再以此點旋轉90°，根據廠家提供的盾尾至盾首的長度可得出盾首中心坐標和高程。經計算得出相對線路中線的位置關系為盾首(水平：-193 mm)，盾尾(水平：-194 mm)，如圖2所示。

經過計算把水平線分中法的姿態與VMT顯示的姿態進行了對比(見表5)。

方法3：擬合圓心法。

此方法是在盾尾同一截面上測量多個點的三維坐標通過列方程組的方法或專業計算軟件得出盾尾的中心三維坐標和截面的方位角，再以盾尾的中心坐標和截面方位角推算出盾首的三維坐標。經計算得出相對線路中線的位置關系為盾首水平：-187 mm，盾尾-193 mm。擬合圓心法示意圖見圖3。

表5 盾構機姿態對比表(二)

經過計算把擬合圓心法的姿態與VMT顯示的姿態進行了對比(見表6)。

表6 盾構機姿態對比表(三)

通過以上三種方法實測出的盾構機姿態最大較差為11 mm，但與VMT的姿態相對比后，盾體的前點水平相差大，達到103 mm，可得出VMT上顯示的前點水平姿態是錯誤的，同時也說明本文中所采用的三種方法用來測量盾構姿態是可行的。

三種人工復核盾構機姿態方法的成果對比見表7。

表7 三種人工復核盾構機姿態成果對比

2.5 采取措施

通過以上方法確定導向系統VMT顯示錯誤的原因后，查找到在VMT導向系統參數設置內的“激光靶”菜單下“偏航角”欄內的數據輸入錯誤，正確數值為“25 mm/m”(以前錯誤數值為22.5 mm/m)。更正該處錯誤數值后盾構機VMT系統顯示姿態結果與實測姿態成果最大較差4 mm(見表8)。

表8 更正后姿態對比表

表9 修正參數后盾構機姿態對比表

位置關系VMT顯示姿態人工復核姿態差值后點前點后點前點后點前點備注水平-204-168-199-179-511垂直-8-12-17-49-8

修正設置的參數后，決定讓盾構機推進一環后再次采用水平分中法來測量盾構機姿態(見圖4)，檢查與自動測量系統的差值，測量結果如表9所示。

3 結語

通過以上三種方法解決了盾構機在始發后無法通過測量盾體來獲得盾構機姿態的困難，三種方法測量出的最大誤差為盾尾水平為11 mm，能夠滿足在盾構推進過程中的要求。該方法可借鑒到其他盾構施工項目中遇到類似問題的施工。

Examination methods of shield machine posture deviation in digging process

Shen Xiufeng

(China Railway 2nd Bureau Chengtong Company, Chengdu 610000, China)

Combining with engineering examples, the paper analyzes the shield machine posture measurement method when the measurement and guidance system fails to work in shield machine digging process, and measures shield machine posture by applying shield machine characteristic point measurement, horizontal moderating method and simulating center algorithm method. Through comprehensively compares measurement results of three kinds of methods, it finally obtains actual posture of the shield machine.

shield machine, measurement system, horizontal moderating method, VMT system

1009-6825(2016)12-0206-03

2016-02-17

沈秀鋒(1979- )，男，助理工程師

TU198

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