三公共点简易计算盾构机姿态
盾构机姿态参数的测量及计算方法研究
量Байду номын сангаас标 。
则平面 M123 方程为 :
xnx + yny + znz + D = 0
(6)
将点 1 的坐标 ( x1 , y1 , z1) 代入上式得 :
D = - ( xnx1 + yny1 + znz1)
(7)
由点到平面的距离公式得 :
在自动导向系统的计算机显示屏幕上 ,一般以 坡度 (mm/ m) 表示盾构机姿态角度 。掘进过程对盾 构机姿态的控制有比较严格的要求 ,一般地 ,纵摆角 ≤10 mm/ m ,横摆角 ≤10 mm/ m ,扭转角 ≤20 mm/ m。
3 盾构姿态的常用测量方法
3. 1 人工测量
主要通过在盾体上安装坡度板 ,在盾壳上焊接测 量用的重锤线 ,并对准重锤 ,根据重锤在坡度板上指出 的刻度 ,即可直接读出盾构的即时坡度和扭转角[2] 。
两者为激光全站仪导向 ,后者为陀螺仪导向 。陀螺 仪 GYRO 系统可靠性方面有待提高 。激光导向系统 能实时反映盾构机的位置偏差和姿态 ,操作简单 ,导 向精度高 。以下简要介绍德国 VMT 公司的 SLS - T 自动导向系统 。
SLS - T 自动导向系统主要由 Leica 激光经纬仪 TCA1103 、后视棱镜 、带光栅的棱镜标靶 ELS、黄色电 源盒 、微型计算机 、SLS - T 自动导向系统软件等硬 、 软件组成 。
·14 ·
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 。
盾构机姿态人工测量方案
盾构机姿态人工测量方案由于ELS靶被送往德国进行例行的检修，大汉盾构区间右线暂时无法使用SLS-T 导向系统，为保证盾构日常掘进的需要，确保盾构机按设计轴线前进，拟采用人工测量的办法测量出盾构机当前的姿态，以指导盾构机的掘进。
以下对盾构机姿态的人工测量方案进行说明：§1原理盾构机在出厂时，开发SLS-T导向系统的VMT公司就根据盾构机的设计与加工尺寸，在盾构机中体的隔板上布置了12～16个测点，所有的测点都在出厂前详细测设了每一个测点与刀盘中心的相对位置。
盾构机姿态人工测量就是利用人工直接采用控制导线的测量办法详细测出这些测点中的部分点位的绝对坐标，然后根据测点与刀盘中心的空间关系，反算出刀盘中心坐标，最后根据设计线路参数与刀盘中心的绝对坐标的空间关系推算出盾构机的三维控制姿态。
§2适用范围2.1盾构机始发姿态测量盾构机始发姿态便是由人工测量出的盾构机姿态。
盾构机始发定位时需精确测定ELS靶相对于盾构机主机的相对位置关系，其方法便是根据人工测量出的盾构机姿态，在SLS-T导向系统的微机中调整ELS靶的位置参数，以改变微机上显示的盾构机姿态，当盾构机上显示的姿态与人工测量出的盾构机姿态一致时，便可认为当前ELS靶的位置参数是正确的，ELS靶始发定位调试顺利完成。
2.2对S L S-T导向系统的复核在掘进施工中，利用人工测量的办法测量出盾构机当前的姿态，与SLS-T导向系统显示的盾构机姿态进行比较，来复核导向系统的测量成果。
2.3盾构掘进施工测量利用人工测量出的盾构机姿态可指导盾构机的掘进施工，保证盾构机按设计轴线前进。
盾构掘进施工中，人工测量盾构机姿态的测量频率为每环1次。
§3实例以大汉盾构区间右线所用的S180盾构机为例，盾构机中体的隔板上布置了12个测点，这些测点与刀盘中心的相对位置如下表：3.1右线始发姿态测量在始发姿态测量时利用控制导线测出的测点绝对坐标见下表：根据这些测点与刀盘中心的位置关系，推算出刀盘中心的绝对坐标，然后根据刀盘中心绝对坐标和隧道设计中线的空间关系推算出盾构机始发姿态如下：刀盘(mm) 后体(mm) 趋势(mm/m) 里程(m)水平方向-12.7 43.4 12 15883.9569竖直方向31.7 31 0旋转：0.6mm/m 坡度：-1.9mm/m3.2当前盾构机姿态测量利用控制导线测出的当前测点的绝对坐标见下表：根据这些测点与刀盘中心的位置关系，推算出刀盘中心的绝对坐标，然后根据刀盘中心绝对坐标和隧道设计中线的空间关系推算出盾构机当前姿态如下：刀盘(mm) 后体(mm) 趋势(mm/m) 里程(m)水平方向27 26 0 15705.102竖直方向11 4 1旋转：－4 mm/m 坡度： 5 mm/m§4测量仪器与测量精度所用仪器为徕咔TCA1103全站仪采用此方法进行人工测量，测量精度可以达到如下标准：平面偏差±5mm；高程偏差±5mm；纵向坡度偏差1‰；盾构机旋转偏差1‰；盾构机刀盘里程偏差±10mm。
盾构机初始姿态测量方法及适用性分析
盾构机初始姿态测量方法及适用性分析发表时间：2020-08-07T06:08:44.219Z 来源：《建筑学研究前沿》2020年10期作者：雷显高[导读] 俯仰角是指掘进机轴线和水平面的垂直夹角。
当X轴的正半轴位于过坐标原点的水平面之上时，俯仰角为正，反之为负。
其表征盾构机在里程处上所处的坡度，主要影响隧道的掘进坡度。
广东华隧建设集团股份有限公司 510000摘要：盾构法施工的关键是依据测量控制点精确确定盾构机的掘进方向和位置，确保盾构机按设计线路掘进，而盾构机初始姿态测定是盾构施工的关键节点，直接影响到隧道的施工质量和贯通。
盾构机初始姿态测定方法有水平标尺法、坐标推算法、侧边法等，考虑到盾构机经多次拆装后存在一定的拼装错缝，且局部盾壳有较大变形，一般认为采用侧边法测得的盾构机初始姿态比较可靠。
关键词：城市轨道交通；地铁隧道；盾构施工；初始姿态；测量方法引言地铁盾构施工中的一个重要步骤就是依据地下导线点精确确定盾构机掘进的方向和位置，确保盾构机按照设计的线路进行掘进。
盾构机初始姿态测定即盾构机的零位测量是盾构隧道施工测量中最关键的一步，直接影响到隧道贯通精度。
盾构机初始姿态测定的方法很多，有水平标尺法、侧边法和测支撑环法等。
1盾构机姿态概述盾构机是在地下空间穿梭的运动体，因此盾构机姿态参数包括刀盘中心三维坐标、偏航角、俯仰角及滚动角等。
（1）偏航角是指掘进机轴线和设计隧道中心线之间的水平夹角，其表征的是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。
（2）俯仰角是指掘进机轴线和水平面的垂直夹角。
当X轴的正半轴位于过坐标原点的水平面之上时，俯仰角为正，反之为负。
其表征盾构机在里程处上所处的坡度，主要影响隧道的掘进坡度。
（3）滚动角是指掘进机盾体相比于零位测量时发生的转动角度。
根据盾构机姿态参数定义可知，盾构机姿态准确性将直接影响成型隧道质量。
因此，盾构机姿态的准确性是盾构施工测量的一个十分关键的环节。
盾构-12-盾构姿态测量
编号：盾构-12
序号
工序名称
作业控制要点
1
测量准备
1、确定盾构姿态需要的参数，盾首三维坐标、盾构轴线平面偏角、倾角、旋角。
2、通过给定资料计算管片中心坐标，并建立隧道线形。
3、安装自动测量系统，通过不同手段进行复测，确保盾构零位姿态正确。
2
布点
1、盾构机上安装３个不在一个平面的三棱镜，以便来自过对该棱镜测量反算盾构中心坐标。
角的偏转（全站仪发出的激光束方位角已知）；利用盾构机上安装的测斜仪自动测量盾构机的倾角和旋角。
2、利用全站仪直接测量盾构机上安装的3个不在一个平面上的测量参考点，获得其地面三维坐标（X、Y、Z），通过坐标方程解算（3个以上点可以利用平差方法）就可以直接得到盾构机盾头、盾尾的三维坐标，利用盾头－盾尾矢量确定姿态参数。
2、在管片上设置吊篮以便设置测站和后视，吊篮安装要稳定，且距离不宜距离盾构机过近，以减小施工扰动。
3
测量方法
1、盾构机三维坐标用全站仪测定，仪器在已知三维坐标的测站上首先后视地下控制点，然后测量前方盾构机上的参考点，即可确定盾构机的三维坐标；在该参考点上配激光标靶，该标靶能够根据激光测量仪器射出的激光束，利用折射角和反射角来确定盾构机的平面方位
关于盾构机实时姿态测量和计算方法的研究示范文本
文件编号：RHD-QB-K8696 （安全管理范本系列）编辑：XXXXXX查核：XXXXXX时间：XXXXXX关于盾构机实时姿态测量和计算方法的研究示范文本关于盾构机实时姿态测量和计算方法的研究示范文本操作指导：该安全管理文件为日常单位或公司为保证的工作、生产能够安全稳定地有效运转而制定的，并由相关人员在办理业务或操作时进行更好的判断与管理。
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随着社会经济的发展和城市建设的加快，城市规模不断扩大，人口不断增多，交通越来越来拥挤。
一些地方的城市建设者为了治理交通拥堵，分散交通压力。
不断寻求解决方式，修建地铁成为了一些城市建设者的主要的选择方式。
但是在修建地铁的过程中，工程量非常大，施工难度相对较高。
在地铁施工过程中，采用盾构技术，与传统的施工技术相比，有着许多优势，逐渐成为地铁修建过程中的主要施工方法。
本文将主要分析盾构姿态的测量的原理和方法，探究盾构姿态的测量的精度分析。
盾构机姿态简介盾构施工过程就像生活中的目标运动，先进行重心平移，然后在运动的过程中偏航，最后进行自身重心的滚动。
因此，在盾构施工过程中，需要监测的数据是盾构机位置和姿态的参数。
主要是三维坐标和滚动角、偏航角和俯仰角。
盾构机姿态的控制对整个工程施工意义重大，它决定着施工的质量和隧道推进方向的精度。
一旦控制不好，容易导致隧道偏差过大和盾尾间隙过小而相碰。
盾构机液压系统液压系统是盾构机的核心部分，盾构机的工作机构主要是由液压系统驱动完成，对盾构机系统的运行起着很大的作用。
盾构机的液压系统主要包括两大系统，一是推进系统，二是主动铰接系统。
2.1.推进系统盾构机的主要工作系统是推进系统，它主要是通过油缸作用于成型观片，以此来实现盾构前进。
推进系统的动力单元是一台80L/min旋转柱塞泵，执行元件是24个油缸，调节和控制部分包括方向的控制、油缸电磁阀的选择、安全阀、节流阀等。
盾构机工作时的最大工作压力是35MPa，液压泵最大推进流量是80L/min，推进油缸是240/180-1950（mm）。
盾构机姿态控制与纠偏
土压平衡盾构机姿态控制与纠偏目录一、姿态控制31 、姿态控制基本原则32、盾构方向控制33、影响盾构机姿态及隧道轴线的主要因素6二、姿态控制技术101 、滚动控制102 、盾构上下倾斜与水平倾斜11三、具体情况下的姿态控制121 、直线段的姿态控制122 、圆曲线段的姿态控制133 、竖曲线上的姿态控制144 、均一地质情况下的姿态控制155 、上下软硬不均的地质且存在园曲线段的线路156 、左右软硬不均且存在园曲线段的线路157 、始发段掘进调向168 、掘进100m 至贯通前50m 的调向169 、贯通前50米的调向1710 、盾构机的纠偏1711 、纠偏的方法18四、异常情况下的纠偏191 、绞接力增大,行程增大192、油缸行程差过大203、特殊质中推力增加仍无法调向204 、蛇形纠偏225 、管片上浮与旋转对方向的影响22五、大方位偏移情况下的纠偏23一、姿态控制1 、姿态控制基本原则盾构机的姿态控制简言之就是，通过调整推进油缸的几个分组区的推进油压的差值，并结合绞接油缸的调整，使盾构机形成向着轴线方向的趋势,使盾构机三个关键节，是(切口、绞接、盾尾)尽量保持在轴线附近。
以隧道轴线为目标，根据自动测量系统显示的轴线偏差和偏差趋势把偏差控制在设计范围内，同时在掘进过程中进行盾构姿态调整，确保管片不破损及错台量较小。
通常的说就是保头护尾。
测量系统主要的几个参数：盾首(刀盘切口）偏差：刀盘中心与设计轴线间的垂足距离。
盾尾偏差：盾尾中心与设计轴线间的垂足距离。
趋势:指按照当前盾构偏差掘进，每掘进1m产生的偏差，单位mm/m 。
滚动角：指盾构绕其轴线发生的转动角度。
仰俯角:盾构轴线与水平面间的夫角.2、盾构方向控制通过调节分组油缸的推进力与油缸行程从而实现盾构的水平调向和垂直调向。
不同的盾构油缸分组不同,分组的数量越多越利于调向。
所有的油缸均自由的方式对调向最为有利。
方向控制要点：（ 1 ）控制要点：以盾尾位置为控制点1例如在盾构通过富水岩层中,管片己上浮和旋转,因此需要提前对盾构头部姿态作出调整，一般情况下会通过人工测量反馈一定的上浮量,将垂直姿态适当的下调一定的比例，如上浮100mm 时，需将整体姿态向下50mm 。
盾构机姿态控制测量计算EXCEL程序
盾构机姿态控制测量计算EXCEL程序本程序是我在无锡地铁建设工地学习和实践时与测量主管范伶俐共同编制的，程序的针对性和专业性相当强，恕不完全公开，如有从事隧道盾构机施工的工程师可与我进一步联系和探讨。
基本原理阐述：1．地铁隧道分左线和右线，分别有线型要素，线型要素同公路一样，也是交点型的直曲表和纵断面图（有变坡点相关参数）；2．隧道断面也很简单，就是一个圆，这个圆的位置由圆心轴线控制，圆心轴线与设计线有几何关系，主要就是一个高程差，平面上是一致的，但在弯道处有一个向曲线内侧的偏移；3．盾构机挖掘的断面也是一个圆，其圆心轴线理论上应与理论圆心轴线一致，但实际上会有所偏差，程序的目的就是要控制与预测这种偏差；4．盾构机的几何形状可简化理解为一个圆柱体，其关键几何要素是：切口断面、盾尾断面、旋转轴线； 5．理论上讲，如果能测得盾构机切口断面和盾尾断面处轴线点的三维坐标（平面坐标和高程），盾构机的几何位置就确定了，并可根据理论上的路线位置比较，可的其偏差并进行相应的调整；6．实际上，我们无法直接测得切口断面和盾尾断面处轴线点的三维坐标，因此在盾构机另外便于测量的位置设置两个观测标记，记为前标、后标，两个标记与盾构机的几何尺寸是确定的 ，因而可以通过测量前标和后标后，再通过相应的几何计算求得盾构机的实际位置，并进一步与理论位置进行比较；7．实际上，盾构机本身有一套测量控制系统，就是在日志“无锡地铁一号线项目的学习与实践”中我们看到的那台自动跟踪的无键盘的天宝全站仪，这套自动控制系统已经能够满足盾构机的姿态控制了，但测量讲究校核，本程序就是利用人工观测数据的计算结果，来进行校核。
.好了，基本原理就是这些，下面来介绍一下程序的使用。
盾构机姿态控制测量计算EXCEL程序是在我的“道路中边桩坐标计算EXCEL程序”内核基础上进一步修改和补充而形成的。
该程序需在电脑上运行，由于盾构机控制室中有电脑，因此是可行的。
一、平面数据的输入这一步和道路中边桩坐标计算EXCEL程序基本一样，只是多了一个“曲线偏移”参数，该参数可在设计文件查到。
盾构测量中的工作方法概述
该花 岗岩带 由花 岗闪长岩 、 二长 花岗 少 ， 中生 代火 山岩掩 盖 。 有
岩、 正长花 岗岩 、 长花岗岩组成 。主要由 碱
伊 斯奇河 花岗岩环形 构造 ， 受诺敏 河 刚性位移及构 造扩展机 制为 主 ， 局部发 生 正长花岗岩 属二长花 岗岩结晶分异的
斜 长石 、 条纹 长石 、 石英 、 黑云母 、 少量 角 断裂所切割 ，诺 敏河西侧 可见环状 断裂 ， 了顶蚀作用 。
一
、
联 系 测量 工作
架的 中心高一致 即可 ， 实际工作 中省时省力效果非常好。
盾构机在托架上就位后的姿态可能和设 计的姿态 有所 出入 ，
联 系测量是把地面上 的坐标 和高程系统
盾构测量中的工作方法概述
也 通过竖井或平峒斜井 等传 递到地下 ，使地上 这一方面是由于测量误差 ， 可能是 由于 旧托架变形或者托架底 量 地下 坐标 和 高程 形成 一 个共 同的系 统 的工 的钢板变形造 成的 ，这时要在盾构机壳体顶部测 量前 后高差 ， 作 。在地铁建设 中盾构施工大多是通过竖井 出 ２ 个测 点的距离 ， 计算 盾构机的实际坡度 ， 如果按照 实际 的姿 进行 ， 有的竖井深度达到几十米深 ， 直接用导 态始发后不超限就没 问题 ， 因为盾构机上 到托架后少量 的微调在
： 始发托架的定位是最关键的一步。
一 用下在轨 道上滑动前进。托架又分 固定托架 坐标 的计 算。三点法则在盾构机里 面选 个 点贴反射 片或者安
竽 和移 动托 架两种 ，固定托架就是底部无轮 子 装棱 镜 ，根据三点与盾构机 的几何关 系计算 盾构机前 中后参考
的一个钢架 ， 盾构机直接放上 就可以的 ， 另外 点的坐标。
２反 力 架 定位 ．
盾构姿态的计算
盾构姿态自动测量系统偏差解算隧道网 (2004-9-13) 来源：隧道网提要：本文介绍了盾构自动测量系统实测盾构切口中心与盾尾中心坐标，在同设计曲线各类型轴线之间进行比较时，如何表达建模及确立关系，最终求得偏差值的原理与方法。
文章最后将工程试验应用的有效和成功情况进行了简单总结。
关键词：盾构姿态测量偏差计算Abstract: The paper introduces coordinates of shield cut-opening center and shield tail center for shield automatic measurement system, how to express modeling and its relationship set up during comparison among various axial line patterns against the designed curve, to finally find out the principles and method of deviation value for automatic measurement system on shield. Finally the paper makes a brief summary of effective and successful results after engineering test and application.Keywords: shield attitude, survey, deviation calculation.1 开发环境系统模块选用Visual Basic为开发环境。
VB是一门集应用程序开发、测试、查错功能于一体的计算机语言。
加之对ActiveX的支持，使Visual Basic开辟了崭新的编程新天地。
它具有新颖的图形用户界面、卓越的多任务操作系统性能、高层次的软件开发平台，并且引用部分面向对象的机制，提供了一种所见即所得的可视界面设计方法，再加上其结构化的程序设计语言以及对动态数据交换（DDE）和动态链接库（DLL）的支持，是本系统编程语言的极佳选择。
盾构机的姿态控制及纠偏讲解
7、姿态偏离轴线调整推进千斤顶油缸压力和 行程逐步纠偏。
8、纠偏时要注意盾构机姿态，控制住设计轴 线中心±20mm以内，间隙要均匀平衡。
盾构姿态蛇行变化，主要是通过调整盾构分 区推力来实现的。盾构姿态调整，要在各种 地质情况下推力参数基础上，加大局部推力 或把另外两个或者三个方向的推力降低，来 调整姿态。。
5、在盾构机姿态控制中，推进油缸的形程控 制是重点。对于1.5米宽的管片，原则上推进 油缸的形程在1700-1800mm之间，形程差控 制在0~50mm之间。形程过大，则盾尾刷容
易露出，管片脱离盾尾较多，变形较大，以
导致管片姿态变差；形程差过大，以导致盾
尾与盾体之间的夹角增大，铰接油缸形程差
加大，盾构机推力增大，同时造成管片的选 型困难。
4、在曲线掘进时，管片易望曲线外侧偏移， 因此，一般情况下让盾构机往曲线内侧偏移
一定量。根据曲线半径不同，偏移量通常取 10-30mm。即盾构机进入缓和曲线和曲线前， 应将盾构机水平位置调整至0mm，右转弯掘 进逐步增加至+20mm，左转弯则调整至20mm。以保证隧道成型后与设计曲线基本 一致。
1）改变刀盘旋转方向
2）改变管片拼装左右交叉先后顺序
3）调整两腰推进油缸轴线，使其与盾构机轴 线不平行。
4）当旋转量较大时可在切口环和支撑环内单 边加压重
2、盾构机上下倾斜和水平倾斜 1）倾斜量应控制在2%以内 滚动角应控制在10mm/m,滚动角太大，盾构
机不能保持正确的姿态，影响管片的拼装质 量。可通过反转刀盘来减小刀盘的滚动角 2）通过应用盾构千斤顶逐步纠正 如果盾构机向右偏，可提高右侧千斤顶的推 力；反之亦然，如果盾构机向下偏，则提高 下部千斤顶的推力；反之亦然。
盾构技术-姿态控制要点
22
盾构直线掘进姿态控制
• 4、在盾构机姿态控制中，推进油缸的行程控 制是重点。对于1.5米宽的管片，原则上推进 油缸的行程在1850mm左右，行程差控制在0～ 50mm之间。
• 5、铰接油缸的伸出长度直接影响掘进时盾 构机的姿态，故减小铰接油缸的长度差，尽 量控制在30mm以内，将铰接油缸的行程控 制在40-80mm之间为宜。
用； • ⑺ 防止相邻管片纵缝两侧受力不同
12
盾构直线掘进姿态控制
推
21 22 1
20
2
进
19
3
油
18
46
6
示
15
7
意
14
8
图
13
9
12 11 10
13
盾构直线掘进姿态控制
• 方向控制要点： • ⑴ 控制基点：以盾尾位置为控制基点 • ⑵ 调节量控制：一环掘进调节6mm较为合理
• ⑤根据曲线的特点做好管片选型； • ⑥为防止盾构机抬头以及管片上浮及
向圆曲线外侧移动，通过自动测量系 统调整盾构机姿态为：垂直方向控制 在-30～-40mm之间，水平方向应控制 在曲线内侧20～40mm之间。
39
盾构曲线掘进姿态控制
• 根据管片监测情况，如管片上浮量较大， 则垂直偏差可调整为-40～-50mm之间。 同时应加密自动测量移站频率，减少移站 后出现的轴向偏差。
步纠偏。 8、纠偏时要注意盾构机姿态，控制住设计轴
线中心±50mm以内，盾尾间隙要均匀平衡。
26
盾构直线掘进姿态控制
• 盾构姿态蛇行变化，主要是通过调整盾构 分区推力来实现的。盾构姿态调整，要在 各种地质情况下推进参数基础上，加大局 部推力或把另外两个或者三个方向的推力 降低，来调整盾构姿态。 除了通过推力调整盾构机姿态外，还可以 调整盾尾间隙，如盾尾上半部间隙小就适 当加大盾尾上半部推力,推进油缸行程和盾 尾间隙相应跟着变大。
关于盾构机实时姿态测量和计算方法的研究
People who often blame themselves can often get forgiveness from others.勤学乐施天天向上（页眉可删）关于盾构机实时姿态测量和计算方法的研究随着社会经济的发展和城市建设的加快，城市规模不断扩大，人口不断增多，交通越来越来拥挤。
一些地方的城市建设者为了治理交通拥堵，分散交通压力。
不断寻求解决方式，修建地铁成为了一些城市建设者的主要的选择方式。
但是在修建地铁的过程中，工程量非常大，施工难度相对较高。
在地铁施工过程中，采用盾构技术，与传统的施工技术相比，有着许多优势，逐渐成为地铁修建过程中的主要施工方法。
本文将主要分析盾构姿态的测量的原理和方法，探究盾构姿态的测量的精度分析。
盾构机姿态简介盾构施工过程就像生活中的目标运动，先进行重心平移，然后在运动的过程中偏航，最后进行自身重心的滚动。
因此，在盾构施工过程中，需要监测的数据是盾构机位置和姿态的参数。
主要是三维坐标和滚动角、偏航角和俯仰角。
盾构机姿态的控制对整个工程施工意义重大，它决定着施工的质量和隧道推进方向的精度。
一旦控制不好，容易导致隧道偏差过大和盾尾间隙过小而相碰。
盾构机液压系统液压系统是盾构机的核心部分，盾构机的工作机构主要是由液压系统驱动完成，对盾构机系统的运行起着很大的作用。
盾构机的液压系统主要包括两大系统，一是推进系统，二是主动铰接系统。
2.1.推进系统盾构机的主要工作系统是推进系统，它主要是通过油缸作用于成型观片，以此来实现盾构前进。
推进系统的动力单元是一台80L/min旋转柱塞泵，执行元件是24个油缸，调节和控制部分包括方向的控制、油缸电磁阀的选择、安全阀、节流阀等。
盾构机工作时的最大工作压力是35MPa，液压泵最大推进流量是80L/min，推进油缸是240/180-1950（mm）。
2.1.1.推力计算盾构机共有推进油缸24个，总推力是这24个油缸的推力之和，那么在液压系统的最大推力F最大-24×P×Sn中，P表示油缸的最大压强，S表示活塞面积，因此，F最大-24×35×106Pa ×3.14×0.122㎡≈37981t2.1.2.推进速度计算盾构机的最大推进速度就是油缸的最大伸长速度，S-1/T，T-V/S1,在这个公式中，S表示最大推进速度，T表示伸长1mm所需要的时间，V表示伸长1mm需要的油液体积，S1为推进流量，S为74mm/min。
地铁盾构施工中人工测量盾构机姿态的方法
27 884. 503 1
- 21. 440 1
8
37 555. 273 2
27 884. 765
- 21. 193 6
9
37 554. 912 9
27 885. 383 8
- 20. 849
10
37 554. 291 4
27 886. 14
- 20. 823 6
11
37 553. 895 1
27 886. 622 4
文献标识码 :A
随着城市建设的飞速发展 ,我国在各大城市都开展了地铁建设 , 为了满足盾构掘进按设计要求贯通 (贯通误差必须小于 ±50 mm) , 必须研究每一步测量工作所带来的误差 ,包括地面控制测量 ,竖 井联系测量 ,地下导线测量 ,盾构机姿态定位测量 4 个阶段 。
1 盾构机自动导向系统的组成与功能
任意三个点 (最好取左 、中 、右三个点) 的实际三维坐标 ,就可以计 算盾构机的姿态 (但在实际操作中 ,我们往往会多测量几个点 ,以
便剔除粗差与检核) 。对于以盾构机轴线为坐标系的局部坐标来 说 ,无论盾构机如何旋转和倾斜 ,这些参考点与盾构机的盾首中 心和盾尾中心的空间距离是不会变的 ,它们始终保持一定的值 , 这些值我们可以从它的局部坐标计算出来 。
行养护 。
4 质量控制 4. 1 施工作业条件
1) 屋面结构层和挡土墙施工完成 ,已办理验收手续和隐蔽记 录 。2) 穿过屋面的各种管件根部及屋面构筑物 、伸缩缝 、天沟等 根部均已按设计要求施工完毕 。3) 屋面标高和排水坡度的基准 点和水平基准控制线已设置或标志 。4) 种植屋面所用材料已运 到现场 ,经复检材料质量符合要求 ; (细石混凝土) 配合比已经确 认 。5) 施工机具已备齐 ,水 、电已接通 。6) 气温不低于 5 ℃。
有关盾构机姿态人工测量及计算方法的论证
盾构机姿态人工测量计算方法论坛作者：李懂懂【摘要】本文针对地铁隧道盾构法施工中盾构机的姿态位置，提出盾构机姿态的人工测量原理，简明地介绍了地铁建设中盾构及姿态人工测量过程,并着重对盾构机姿态定位中的测量工作做了深入细致的研究,阐述了盾构机自动导向系统姿态定位测量的原理和方法,以及如何使用人工测量的方法来检核自动导向系统的准确性,分析了盾构机姿态定位检测的情况。
确保盾构机按照设计的线路进行掘进。
【关键词】城市地铁；盾构机姿态；人工测量原理1 、概述随着城市建设的飞速发展,我国在各大城市都开展了地铁建设,为了满足盾构掘进按设计要求贯通(贯通误差必须小于±50mm),必须研究每一步盾构机姿态人工测量的方法。
2 、人工测量原理简介盾构机姿态的人工测量原理是利用安装在管片顶部小吊篮上采用强制归心的全站仪来测量盾构机上自设的三个人工标靶，通过专业的盾构掘进姿态解算程序来计算盾构机的掘进姿态，及时指导盾构机纠偏，确保盾构机按照设计的线路进行掘进。
3、盾构机姿态位置的检测方法和计算由于盾构机在隧道内推进过程中有各项因素都可能影响ENZAN系统的稳定性，这时候我们就需要通过其他方法来检测盾构机姿态是否在设计轴线内。
间隔时间取决于隧道的具体情况,在有严重的光折射效应的隧道中,每次检查之间的间隔时间应该比较短。
这主要是由于空气温度差别很大的效应。
论述折射及其效应的题目有大量的文献资料,此处不再详述。
在隧道测量时必须始终考虑这一效应。
低估这个问题可能会引起严重的困难,尤其在长隧道中。
我们采用在盾构机上焊接钢筋头来对盾构机的姿态进行检查，在盾构机1、2、3号棱镜边焊接一根5cm左右长度的钢筋头，并在钢筋头上凿好十字丝，在盾构始发前应多次测设钢筋头与盾构机三维轴线坐标，他们相对于盾构机的轴线有固定的参数关系，即它们与盾构机的轴线构成局部坐标系。
测量时只需测出三个钢筋头位置，通过始发前建立的局部坐标系，就可以计算出盾构机的姿态与位置参数与ENZAN系统上显示的实时姿态的差别，推断实时姿态是否准确。
三维直角坐标转换在盾构引导中的运用
0 - s in cos cos 0 - sin RY = 0 sin cos! - s in! 0 1 0 0 cos ,
RZ =
2 三维直角坐标转换模型 2. 1 数学模型
设点 P 在空间直角坐标系 O XYZ 中的坐标为 (X, Y, Z ) , 在空 间直角坐标系 O X Y Z 中的坐标为 (X , Y , Z ) , 两个坐标系的关 系如图 1 所示。 两个三维直角坐 标系的转换模型 , 用矩阵表示为下式 : X X X Y = Y +k R Y Z 其中 , ( X Y
第 37 卷 第 4 期 2 0 1 1年 2月 文章编号: 1009 6825( 2011) 04 0203 02
山
西
建
筑
SHANX I ARCH I T ECTU RE
Vo. l 37 N o . 4 Feb. 2011
203
三维直角坐标转换在盾构引导中的运用
田红平
摘
李怀锋
要 : 运用三维直角坐标转换 , 先求出盾构机轴线局部坐标系与 实际三维空 间坐标系 两种坐 标系的 转换参 数 , 然 后再
工程师中冶集团武汉勘察研究院有限公司湖北武汉430080同济大学测量与国土信息工程系硕士研究生上海200092运用三维直角坐标转换先求出盾构机轴线局部坐标系与实际三维空间坐标系两种坐标系的转换参数然后再利用转换参数求出盾首中心和盾尾中心点的实际坐标进而计算盾构机的姿态该方法用于地铁盾构的引导测量取得了令人满意的效果
m
-7 . 825 3 -7 . 727 8
-7 . 837 5 - 10 . 305 6 - 10 . 326 8
4 结语
本文运用三维直角坐标转换 , 盾构机上 三个棱 镜分别在 标定 坐标系与测量坐标系下的坐标转换 参数 , 然后再利 用转换参 数求 出盾首中心和盾尾 中心 点的实 际坐 标 , 计算盾 构机 的姿 态 , 具有 一定的研究价值。
掘进参数及盾构姿态
掘进参数及盾构姿态掘进参数及盾构姿态盾构开挖过程中，掘进参数及盾构姿态是主要的控制项目，而这两方面又是相互影响的。
掘进参数是手段，盾构姿态是目的。
掘进参数决定了盾构姿态的发展趋势，盾构姿态又决定掘进参数的选择，二者相辅相成，共同促进盾构施工的质量。
一、掘进参数小松TM632PMX盾构机属于土压平衡盾构机，主要由刀盘及刀盘驱动、盾壳、螺旋输送机、皮带输送机、管片安装机、推进油缸、同步注浆系统等组成（盾构机主体）。
根据盾构机的组成，掘进参数主要有以下几方面。
1、土压土压力主要由水压以及土体压力组成（还有渗透力的作用）。
掘进中一般按照土体埋深考虑静水压力以及适当考虑土体压力，但都应根据具体地质考虑计算土压。
实际掘进中的土压除考虑静水压力以及理论的土体压力外，应根据计算土压以及实际出土量以及地面沉降综合考虑。
实际各种地层土压还应考虑地面建筑物状况以及隧道上方管线布置，通常，对于各种含水或富含水砂层并且地面有建筑物状况，土压应考虑高于隧道埋深静水压力并能够产生隆起以应对后期沉降；对于需要进行半仓气压掘进地层，土压也需高于隧道埋深的静水压力以保证正常出土量；对于弱含水地层，土压不必完全按照埋深静水压力考虑，可以根据出土量及地面沉降进行适当增减；对于富含粘粒质地层，即考虑半仓气压掘进但并非欠土压，以免刀盘粘结。
2、总推力正常掘进推力由刀盘切削土体的推力，土仓压力对盾体的阻力，盾体与土体的摩擦力以及后配套拉力组成。
在始发进洞阶段，由于盾构进入加固区时，正面土体强度较大，往往造成推进油压过高，加大了钢支撑承受的荷载，为了防止盾构后靠支撑及变形过大，必须严格控制盾构推力的大小。
把盾构总推力控制在允许范围内，避免因盾构总推力过大，造成后靠变形过大或破坏，导致管片位移。
在正常施工阶段，可适当加大推力，可以避免过多沉降（边推边注浆）。
3、掘进刀盘扭矩刀盘扭矩指盾构机掘进过程中刀盘切削土体时需要刀盘驱动系统提供的作用力，刀盘扭矩由土体切削扭矩，土体搅拌需要的扭矩组成。
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如下图所示创建TBM 独立坐标系0-xyz ，测算出前体上目标点与TBM 轴线之间的位置关系。
x
z
y
现根据3个目标点与TBM 轴线之间的位置关系，实测的3目标点工程坐标推算盾首和盾尾工程坐标，进而计算出TBM 的掘进姿态。
已知公共点独立坐标分别为：1()111,,z y x 、2()222,,z y x 、3()333,,z y x ，盾首中心点F0()000,,F F F z y x ，
盾尾中心点B0()000,,B B B z y x ；公共点实测工程坐标分别为：1()111,,Z Y X 、2()222,,Z Y X 、3()333,,Z Y X ，待求盾首中心点F0()000,,F F F Z Y X ，盾尾中心点B0
()000,,B B B Z Y X ？
盾首与3公共点距离分别为d1、d2、d3,则
2102102101)()()(z z y y x x d F F F -+-+-= ①
2202202202)()()(z z y y x x d F F F -+-+-= 2302302303)()()(z z y y x x d F F F -+-+-=
3个公共点独立坐标系下所在平面m123,方程为：
0=+++d cz by ax ②
法向量坐标形式为：),,(c b a n =→
其中，a=313
12121z z y y z z y y ----，b=3131212
1x x z z x x z z ----，c=3
1312
121y y x x y y x x ----。
③
将1()111,,z y x 代入方程①，得 )(111cz by ax d ++
-= ④
通过点到平面的距离公式，得盾首F0到平面m123的距离为
2
2
2
0000c
b a d
cz by ax d F F F F +++++=
⑤
3个公共点在工程坐标系下所在平面M123，方程为：
0=+++D CZ BY AX
同理，A=313
12121Z Z Y Y Z Z Y Y ----，B=31312121X X Z Z X X Z Z ----，C=31312
121Y Y X X Y Y X X ----。
)(111CZ BY AX D ++-=
还是根据点到平面的距离，得到
D C B A d CZ BY AX F F F F -++⨯=++2220000 ⑥
TBM 前体为刚体，目标点位到盾首中心点距离始终保持不变，列方程组
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-+-+-=-+-+-=-+-+-2
3230230230
222202202202
1210210210)()()()()()()()()(d Z Z Y Y X X d Z Z Y Y X X d Z Z Y Y X X F F F F F F F F F 将该方程组第一式分别与二、三式相减，得
2
121212222222221021021021)(2)(2)(2Z Y X Z Y X d d Z Z Z Y Y Y X X X F F F ---+++-=-+-+-2
1
2
12
12
32
32
32
32
1031031031)(2)(2)(2Z Y X Z Y X d d Z Z Z Y Y Y X X X F F F ---+++-=-+-+-联立上述两式与⑥式，组成三元一次方程组
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨⎧-++⨯=++---+++-=-+-+----+++-=-+-+-D C B A d CZ BY AX Z Y X Z Y X d d Z Z Z Y Y Y X X X Z Y X Z Y X d d Z Z Z Y Y Y X X X F F F F F F F F F F 222000021212123232323210310310312
121212222222221021021021)(2)(2)(2)(2)(2)(2设方程组系数矩阵为M ，常数项矩阵为N ，有
⎥⎥
⎥⎦
⎤
⎢⎢⎢⎣⎡------=C B A Z Z Y Y X X Z Z Y Y X X M )(2)(2)(2)(2)(2)(2313131212121，
⎥⎥⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢⎣⎡-++⨯---+++----+++-=D C B A d Z Y X Z Y X d d Z Y X Z Y X d d N F 2
220212121232323232121
21212222222221
解方程组，得盾首中心点坐标矩阵，即
N M Z Y X F F F ⨯=⎥⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎢⎣⎡-1
000
按上述方法同样可以解得盾尾中心点坐标。