地铁盾构隧道成型洞门测量方法技术

本发明专利技术公开了一种地铁盾构隧道成型洞门测量方法，包括步骤：一、外业数据采集：101、测点选择：在待测量洞门内边缘上根据需要选择M个测点；102、测点位置测量：对各测点的三维坐标进行测量，并记录测量结果；二、内业数据处理：201、各测点与设计线路中心线之间距离计算及差值比较；202、端墙偏移量及平整度计算；203、拟合洞门中心与设计洞门中心比较，过程如下：投影；投影点分组；拟合圆；拟合洞门中心点获取；洞门中心拟合精度计算；洞门中心偏移量获取。本发明专利技术步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能解决现有隧道成型洞门测量方法存在的劳动强度较高、只能大概推算出成型洞门的平面偏差情况、使用效果较差等问题。

【技术实现步骤摘要】
地铁盾构隧道成型洞门测量方法
本专利技术属于地铁盾构隧道施工
，尤其是涉及一种地铁盾构隧道成型洞门测量方法。
技术介绍
地铁盾构隧道的洞门外径一般为6.7m，在盾构始发时，为保证盾构机准确定位顺利始发，且在盾构贯通时，为确保盾构隧道精确贯通，都需要对已经做好的成型地铁盾构隧道洞门进行实际位置测量。由于地铁盾构隧道成型洞门较高，人不容易够到，常规的测量方法为支距法，测量过程如下:第一步、如图1所示，按照每50cm布设一个高程断面的方法，在待测量地铁盾构隧道的待测量洞门1两侧放样出高程位置标记，其中点A和点B分别为洞门1的顶点和底点；第二步、使用全站仪或者搭设脚手架，并采用钢卷尺测量每个高程断面处的支距L，该支距L为实测支距；第三步、将实测支距与设计支距进行比较，推算出成型洞门大概的平面位置偏差；第四步、使用水准仪配合塔尺，直接测量洞门的顶点和底点的高程，推算成型洞门大概的高程位置偏差。实际使用时，上述支距法测量方法存在以下缺陷和不足：第一、测量过程中需要使用全站仪、水准仪和钢尺，并且需要搭设辅助测量的脚手架，费事、费人、费力且费时，劳动强度高且安全性较低；第二、只能大概推算出成型洞门的平面偏差情况，不能准确计算得到成型洞门的实际圆心坐标、真圆度情况、主要点位的径向偏差值等主要参数，对于盾构隧道进出洞测量控制，尤其是注浆壳外置的盾构始发，测量精度不够。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能解决现有隧道成型洞门测量方法存在的劳动强度较高、只能大概推算出成型洞门的平面偏差情况、使用效果较差等问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、外业数据采集，过程如下：步骤101、测点选择：在待测量洞门的内边缘上选择M个测点，并沿顺时针方向或逆时针方向对M个测点进行编号；M为正整数且M≥10；所述待测量洞门为所施工地铁盾构隧道的端墙式洞门，所述待测量洞门的一侧为地铁盾构隧道且其另一侧为地下构筑物，且待测量洞门位于所述地铁盾构隧道与所述地下构筑物之间的分界处；所述待测量洞门的横断面为圆形；步骤102、测点位置测量：对步骤101中M个所述测点的三维坐标分别进行测量，并对测量结果进行同步记录；步骤二、内业数据处理，过程如下：步骤201、各测点与设计线路中心线之间距离计算及差值比较：根据步骤102中测量得出的各测点的三维坐标，并结合预先设计的设计线路中心线l设，分别计算出各测点与设计线路中心线l设之间的距离Di；再将计算得出的Di与R进行差值比较，计算得出各测点所处位置处实际洞门半径与设计洞门半径之间的差值ΔDi，其中ΔDi＝Di-R，R为待测量洞门的设计半径；其中，i为正整数且i＝1、2、…、M；Di为M个所述测点中第i个测点与所述设计线路中心线之间的距离，且Di为第i个测点所处位置处的实际洞门半径；ΔDi为第i个测点所处位置处实际洞门半径与设计洞门半径之间的差值；步骤202、端墙偏移量及平整度计算：根据步骤102中测量得出的各测点的三维坐标，并结合设计线路中心线l设，分别计算出各测点所处位置处与设计分界里程断面之间沿线路方向的距离di；之后，根据公式计算得出平均值d；然后，根据公式计算得出待测量洞门的实际端墙的墙面平整度m1；其中，di为点Ci到点O设之间的距离，O设为预先设计的待测量洞门的中心点，点Ci为垂线li与设计线路中心线l设的垂足，垂线li为过第i个测点且与设计线路中心线l设垂直的直线；所述设计分界里程断面为预先设计的所述地铁盾构隧道与地下构筑物之间分界处的横断面；d为待测量洞门的实际端墙的偏移量；步骤203、拟合洞门中心与设计洞门中心比较，过程如下：步骤2031、投影：将步骤一中M个所述测点分别投影至所述设计分界里程断面上，并获得M个投影点；步骤2032、投影点分组：将M个所述投影点分为K组，每组中均包含3个投影点；其中，K为正整数且K≥3；步骤2033、拟合圆：根据K组投影点分别拟合出K个拟合圆，并计算出K个拟合圆的圆心的三维坐标；K个拟合圆中第j个拟合圆的圆心记作Oj，其中j为正整数且j＝1、2、…、K；步骤2034、拟合洞门中心点获取：求出步骤2033中K个拟合圆圆心的三维坐标平均值，并获得待测量洞门(1)的拟合洞门中心点O拟合；其中，拟合洞门中心点O拟合的三维坐标为K个拟合圆圆心的三维坐标平均值；步骤2035、洞门中心拟合精度计算：先根据公式Δli＝li-R(3)，计算得出步骤2031中M个投影点的拟合偏差，公式(3)中Δli为M个投影点中第i个投影点的拟合偏差，li为M个投影点中第i个投影点与拟合洞门中心点O拟合之间的距离；再根据公式计算得出待测量洞门(1)的洞门中心点拟合精度m2；步骤2036、洞门中心偏移量获取：将步骤2034中所获得拟合洞门中心点O拟合的位置，与预先设计的待测量洞门的中心点O设的位置进行对比，获得待测量洞门的洞门中心偏移量。上述地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征是：步骤101中M个所述测点从待测量洞门的底部开始沿顺时针方向选择。上述地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征是：步骤102中对M个所述测点的三维坐标分别进行测量时，采用免棱镜全站仪进行测量。上述地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征是：步骤一中进行外业数据采集之前，先通过联系测量的方法，将所施工地铁盾构隧道的地面控制网引测至待测量洞门所处位置；步骤102中采用所述免棱镜全站仪进行测量时，先在引测至待测量洞门所处位置的控制点上对所述免棱镜全站仪进行后视定向；进行后视定向时，在水平面上和高程方向上分别进行定向，为所述免棱镜全站仪设定一个测量坐标系，所设定的测量坐标系为三维直角坐标系且其与待测量洞门施工时所用的施工坐标系一致。上述地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征是：所设定的测量坐标系为XYH三维直角坐标系；步骤102中测量出的M个所述测点的三维坐标，记作(Xi，Yi，Hi)；其中Xi为第i个测点的X轴坐标，Yi为第i个测点的Y轴坐标，Hi为第i个测点的H轴坐标且其为第i个测点的高程数据；步骤203中进行拟合洞门中心与设计洞门中心比较时，以点O设为坐标原点，以所述设计分界里程断面为xoy平面，建立三维直角坐标系，并在所建立三维直角坐标系中利用K组测点拟合圆，拟合得出的圆心为拟合洞门中心点O拟合；之后，进行坐标转换，计算出拟合洞门中心点O拟合在XYH三维直角坐标系中的三维坐标。上述地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征是：步骤2035中计算得出待测量洞门的洞门中心点拟合精度m2后，将m2与预先设定的拟合精度阈值ε进行比较：当m2≤ε时，说明步骤2034中所获得待测量洞门的拟合洞门中心点O拟合符合拟合要求，并进入步骤2036；否则，返回步骤2032，将M个所述投影点重新进行分组；再按照步骤2033和步骤2034，获得重新分组后待测量洞门的拟合洞门中心点O拟合；之后，按照步骤2035中所述的方法，计算出重新分组后待测量洞门的洞门中心点拟合精度m2，当且仅当重新分组后待测量洞门的洞门中心点拟合精度m2≤ε时，进入步骤2036，将重新分组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、外业数据采集，过程如下：步骤101、测点选择：在待测量洞门(1)的内边缘上选择M个测点，并沿顺时针方向或逆时针方向对M个测点进行编号；M为正整数且M≥10；所述待测量洞门(1)为所施工地铁盾构隧道的端墙式洞门，所述待测量洞门(1)的一侧为地铁盾构隧道且其另一侧为地下构筑物，且待测量洞门(1)位于所述地铁盾构隧道与所述地下构筑物之间的分界处；所述待测量洞门(1)的横断面为圆形；步骤102、测点位置测量：对步骤101中M个所述测点的三维坐标分别进行测量，并对测量结果进行同步记录；步骤二、内业数据处理，过程如下：步骤201、各测点与设计线路中心线之间距离计算及差值比较：根据步骤102中测量得出的各测点的三维坐标，并结合预先设计的设计线路中心线l设，分别计算出各测点与设计线路中心线l设之间的距离Di；再将计算得出的Di与R进行差值比较，计算得出各测点所处位置处实际洞门半径与设计洞门半径之间的差值ΔDi，其中ΔDi＝Di‑R，R为待测量洞门(1)的设计半径；其中，i为正整数且i＝1、2、…、M；Di为M个所述测点中第i个测点与所述设计线路中心线之间的距离，且Di为第i个测点所处位置处的实际洞门半径；ΔDi为第i个测点所处位置处实际洞门半径与设计洞门半径之间的差值；步骤202、端墙偏移量及平整度计算：根据步骤102中测量得出的各测点的三维坐标，并结合设计线路中心线l设，分别计算出各测点所处位置处与设计分界里程断面之间沿线路方向的距离di；之后，根据公式计算得出平均值d；然后，根据公式计算得出待测量洞门(1)的实际端墙的墙面平整度m1；其中，di为点Ci到点O设之间的距离，O设为预先设计的待测量洞门(1)的中心点，点Ci为垂线li与设计线路中心线l设的垂足，垂线li为过第i个测点且与设计线路中心线l设垂直的直线；所述设计分界里程断面为预先设计的所述地铁盾构隧道与所述地下构筑物之间分界处的横断面；d为待测量洞门(1)的实际端墙的偏移量；步骤203、拟合洞门中心与设计洞门中心比较，过程如下：步骤2031、投影：将步骤一中M个所述测点分别投影至所述设计分界里程断面上，并获得M个投影点；步骤2032、投影点分组：将M个所述投影点分为K组，每组中均包含3个投影点；其中，K为正整数且K≥3；步骤2033、拟合圆：根据K组投影点分别拟合出K个拟合圆，并计算出K个拟合圆的圆心的三维坐标；K个拟合圆中第j个拟合圆的圆心记作Oj，其中j为正整数且j＝1、2、…、K；步骤2034、拟合洞门中心点获取：求出步骤2033中K个拟合圆圆心的三维坐标平均值，并获得待测量洞门(1)的拟合洞门中心点O拟合；其中，拟合洞门中心点O拟合的三维坐标为K个拟合圆圆心的三维坐标平均值；步骤2035、洞门中心拟合精度计算：先根据公式Δli＝li‑R  (3)，计算得出步骤2031中M个投影点的拟合偏差，公式(3)中Δli为M个投影点中第i个投影点的拟合偏差，li为M个投影点中第i个投影点与拟合洞门中心点O拟合之间的距离；再根据公式计算得出待测量洞门(1)的洞门中心点拟合精度m2；步骤2036、洞门中心偏移量获取：将步骤2034中所获得拟合洞门中心点O拟合的位置，与预先设计的待测量洞门(1)的中心点O设的位置进行对比，获得待测量洞门(1)的洞门中心偏移量。...

【技术特征摘要】
1.一种地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、外业数据采集，过程如下：步骤101、测点选择：在待测量洞门(1)的内边缘上选择M个测点，并沿顺时针方向或逆时针方向对M个测点进行编号；M为正整数且M≥10；所述待测量洞门(1)为所施工地铁盾构隧道的端墙式洞门，所述待测量洞门(1)的一侧为地铁盾构隧道且其另一侧为地下构筑物，且待测量洞门(1)位于所述地铁盾构隧道与所述地下构筑物之间的分界处；所述待测量洞门(1)的横断面为圆形；步骤102、测点位置测量：对步骤101中M个所述测点的三维坐标分别进行测量，并对测量结果进行同步记录；步骤二、内业数据处理，过程如下：步骤201、各测点与设计线路中心线之间距离计算及差值比较：根据步骤102中测量得出的各测点的三维坐标，并结合预先设计的设计线路中心线l设，分别计算出各测点与设计线路中心线l设之间的距离Di；再将计算得出的Di与R进行差值比较，计算得出各测点所处位置处实际洞门半径与设计洞门半径之间的差值ΔDi，其中ΔDi＝Di-R，R为待测量洞门(1)的设计半径；其中，i为正整数且i＝1、2、…、M；Di为M个所述测点中第i个测点与所述设计线路中心线之间的距离，且Di为第i个测点所处位置处的实际洞门半径；ΔDi为第i个测点所处位置处实际洞门半径与设计洞门半径之间的差值；步骤202、端墙偏移量及平整度计算：根据步骤102中测量得出的各测点的三维坐标，并结合设计线路中心线l设，分别计算出各测点所处位置处与设计分界里程断面之间沿线路方向的距离di；之后，根据公式(1)，计算得出平均值d；然后，根据公式计算得出待测量洞门(1)的实际端墙的墙面平整度m1；其中，di为点Ci到点O设之间的距离，O设为预先设计的待测量洞门(1)的中心点，点Ci为垂线li与设计线路中心线l设的垂足，垂线li为过第i个测点且与设计线路中心线l设垂直的直线；所述设计分界里程断面为预先设计的所述地铁盾构隧道与所述地下构筑物之间分界处的横断面；d为待测量洞门(1)的实际端墙的偏移量；步骤203、拟合洞门中心与设计洞门中心比较，过程如下：步骤2031、投影：将步骤一中M个所述测点分别投影至所述设计分界里程断面上，并获得M个投影点；步骤2032、投影点分组：将M个所述投影点分为K组，每组中均包含3个投影点；其中，K为正整数且K≥3；步骤2033、拟合圆：根据K组投影点分别拟合出K个拟合圆，并计算出K个拟合圆的圆心的三维坐标；K个拟合圆中第j个拟合圆的圆心记作Oj，其中j为正整数且j＝1、2、…、K；步骤2034、拟合洞门中心点获取：求出步骤2033中K个拟合圆圆心的三维坐标平均值，并获得待测量洞门(1)的拟合洞门中心点O拟合；其中，拟合洞门中心点O拟合的三维坐标为K个拟合圆圆心的三维坐标平均值；步骤2035、洞门中心拟合精度计算：先根据公式Δli＝li-R(3)，计算得出步骤2031中M个投影点的拟合偏差，公式(3)中Δli为M个投影点中第i个投影点的拟合偏差，li为M个投影点中第i个投影点与拟合洞门中心点O拟合之间的距离；再根据公式计算得出待测量洞门(1)的洞门中心点拟合精度m2；步骤2036、洞门中心偏移量获取：将步骤2034中所获得拟合洞门中心点O拟合的位置，与预先设计的待测量洞门(1)的中心点O设的位置进行对比，获得待测量洞门(1)的洞门中心偏移量。2.按照权利要求1所述的地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征在于：步骤101中M个所述测点从待测量洞门(1)的底部开始沿顺时针方向选择。3.按照权利要求1或2所述的地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征在于：步骤102中对M个所述测点的三维坐标分别进行测量时，采用免棱镜全站仪进行测量。4.按照权利要求3所述的地铁盾构隧道成型洞门测量方法，其特征在于：步骤一中进行外业数据采集之前，先通过联系测量的方法，将所施工地铁盾构隧道的地面控制网引测至待测量洞门(1)所处位置；步骤102中采用所述免棱镜全站仪进行测量时，先在引测至待测量洞门(1)所处位置的控制点上对所述免棱镜全站仪进行后视定向；进行后视定向时，在水平面上和高程方向上分别进行定向，为所述免棱镜全站仪设定一个测量坐标系，所设定的测量坐标系为...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐岩军，樊华真，杨永强，王鑫，安彦荣，霍小亚，田黎明，秦艳艳，
申请(专利权)人：中铁一局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61