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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410609578.7 (22)申请日 2014.11.01 G01C 7/06(2006.01) (71)申请人 中铁一局集团有限公司 地址 710054 陕西省西安市雁塔路北段 1 号 (72)发明人 徐岩军 樊华真 杨永强 王鑫 安彦荣 霍小亚 田黎明 秦艳艳 (74)专利代理机构 西安创知专利事务所 61213 代理人 景丽娜 (54) 发明名称 地铁盾构隧道成型洞门测量方法 (57) 摘要 本发明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。
2、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。 (51)Int.C。
3、l. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书12页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104482918 A (43)申请公布日 2015.04.01 CN 104482918 A 1/3 页 2 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。
4、 (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 D i与 R 进行差。
5、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 Di， 其中 Di D i-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 ； D i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。
6、； 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。
7、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。
8、门中心点 O 拟合的三维坐标 权 利 要 求 书 CN 104482918 A 2 2/3 页 3 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 li l i-R (3)， 计算得出步骤 2031 中 M 个投影点的拟合偏差， 公式 (3) 中 li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。
9、， 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 。
10、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 定的测量坐标系为三维直角坐标系且其与待测量洞门 (1) 施工时所用的施工坐标系一致。 5.按照权利要求 4 所述的地铁盾构隧道成型洞门测量方法， 其特征在于 ： 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， 。
11、Y i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。 6.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 2035 中计算得出待测量洞门 (1) 的洞门中心点拟合精度 m2 后。
12、， 将 m2 与预先设定的拟合精 度阈值 进行比较 ： 当 m2 时， 说明步骤 2034 中所获得待测量洞门 (1) 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 (1) 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 (1) 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(1)的洞门中心点拟合精度m2时， 进入步骤2036， 将重新分组后待测量洞门 (1) 的拟合洞门中心点 O拟。
13、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。 7.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 权 利 要 求 书 CN 104482918 A 3 3/3 页 4 2032 中进行投影点分组时， 按照相邻测点之间的间距大且高程差距大的原则进行分组。 8.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201 中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 Di后， 还需对计 算得出的 Di进行判断 ： 当 D i 0 时， 说明待测量。
14、洞门 (1) 在第 i 个测点所处位置处不 存在径向偏差 ； 当 Di 0 时， 说明待测量洞门 (1) 在第 i 个测点所处位置处径向偏小 ； 当 Di 0 时， 说明待测量洞门 (1) 在第 i 个测点所处位置处径向偏大 ； 步骤 202 中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 进行计算时， di为矢量且 d i的绝对值 |di| 为点 Ci到点 O设之间的距离数值 ； 当第 i 个测点 位于所述设计分界里程断面上时， di 0 ； 当第 i 个测点位于所述地铁盾构隧道一侧时， d i 0 ； 当第 i 个测点位于所述地铁车站一侧时， di 0 ； 步骤 20。
15、2 中计算出平均值 d 后， 还需对计算得出的 d 进行判断 ： 当 d 0 时， 说明待测 量洞门 (1) 的实际端墙在线路方向上不存在偏移 ； 当 d 0 时， 说明待测量洞门 (1) 的实际 端墙向所述地铁盾构隧道一侧偏移 ； 当d0时， 说明待测量洞门(1)的实际端墙向所述地 铁车站一侧偏移 ； 所述待测量洞门 (1) 的实际端墙在线路方向的偏移量， 记作 d ； 其中， |d| 为 d 的绝对 值 ； 步骤 2036 中将拟合洞门中心点 O拟合的位置与预先设计的待测量洞门 (1) 的中心点 O设 的位置进行对比时， 对拟合洞门中心点 O拟合在水平面上且垂直于设计线路中心线的偏移量 和。
16、在高程上的偏移量分别进行计算。 9.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 ： 步骤二 中进行内业数据处理时， 采用数据处理设备且调用三维制图软件进行处理。 10.按照权利要求 9 所述的地铁盾构隧道成型洞门测量方法， 其特征在于 ： 步骤二中 进行各测点与设计线路中心线之间距离计算及差值比较之前， 先根据步骤 102 中测量出的 M 个所述测点的三维坐标， 并结合预先设计的设计线路中心线 l设、 预先设计的待测量洞门 (1)的中心点O设、 待测量洞门(1)的设计半径和所述设计分界里程断面， 且调用所述三维制 图软件制作待测量洞门 (1) 测量用电子三维图，。
17、 并在所制作的电子三维图上标注出 M 个所 述测点 ； 步骤 202 中进行端墙偏移量及平整度计算时， 先调用所述三维制图软件且在所制作的 电子三维图上画出垂线 li， 并量测出 M 个所述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。 权 利 要 求 书 CN 104482918 A 4 1/12 页 5 地铁盾构隧道成型洞门测量方法 技术领域 0001 本发明属于地铁盾构隧道施工技术领域， 尤其是涉及一种地铁盾构隧道成型洞门 测量方法。 背景技术 0002 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。
18、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 : 0003 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 ； 0004 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 ； 0005 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 ； 0006 第四步、 。
19、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。 0007 实际使用时， 上述支距法测量方法存在以下缺陷和不足 ： 0008 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 ； 0009 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。 发明内容 0010 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有。
20、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。 0011 为解决上述技术问题， 本发明采用的技术方案是 ： 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 ： 0012 步骤一、 外业数据采集， 过程如下 ： 0013 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 ； 0014 所述待测量洞门。
21、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 说 明 书 CN 104482918 A 5 2/12 页 6 构筑物之间的分界处 ； 所述待测量洞门的横断面为圆形 ； 0015 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 ； 0016 步骤二、 内业数据处理， 过程如下 ： 0017 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。
22、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 D i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Di， 其中DiDi-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 ； D i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 ； 0018 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， 。
23、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 ； 0019 步骤 203、 拟合洞门中心与设计洞。
24、门中心比较， 过程如下 ： 0020 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 ； 0021 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 ； 0022 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 ； 0023 步骤 2034、 拟合洞门中心点获取 ： 求出步骤 2033。
25、 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 ； 0024 步骤 2035、 洞门中心拟合精度计算 ： 先根据公式 li l i-R(3)， 计算得出步骤 2031 中 M 个投影点的拟合偏差， 公式 (3) 中 li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 说 明 书 CN 104482918 A 6 3/12 页 7 计算得出待测量洞门 (1) 的洞门中心点拟。
26、合精度 m2 ； 0025 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。 0026 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。 0027 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。 0028 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。
27、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。 0029 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 。
28、i 个测点的 X 轴坐标， Yi为第 i 个测点的 Y 轴坐标， H i为第 i 个测点的 H 轴坐标且其为 第 i 个测点的高程数据 ； 0030 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。 0031 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。
29、m2后， 将m2与预先设定的拟合精度阈值进行比较 ： 当m2 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时， 进入步骤2036， 将重新分组后待测量洞门的拟合洞 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。
30、 O设的位置进行对比， 获得待测量 洞门的洞门中心偏移量。 0032 上述地铁盾构隧道成型洞门测量方法， 其特征是 ： 步骤 2032 中进行投影点分组 时， 按照相邻测点之间的间距大且高程差距大的原则进行分组。 0033 上述地铁盾构隧道成型洞门测量方法， 其特征是 ： 步骤 201 中计算得出各测点所 处位置处实际洞门半径与设计洞门半径之间的差值Di后， 还需对计算得出的Di进行判 断 ： 当 Di 0 时， 说明待测量洞门在第 i 个测点所处位置处不存在径向偏差 ； 当 Di 0 时， 说明待测量洞门在第 i 个测点所处位置处径向偏小 ； 当 Di 0 时， 说明待测量洞门在 说 明 书。
31、 CN 104482918 A 7 4/12 页 8 第 i 个测点所处位置处径向偏大 ； 0034 步骤 202 中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进行计算时， d i为矢量且 di的绝对值 |di| 为点 Ci到点 O设之间的距离数值 ； 当第 i 个 测点位于所述设计分界里程断面上时， di 0 ； 当第 i 个测点位于所述地铁盾构隧道一侧 时， di 0 ； 当第 i 个测点位于所述地铁车站一侧时， d i 0 ； 0035 步骤 202 中计算出平均值 d 后， 还需对计算得出的 d 进行判断 ： 当 d 0 时， 说明 待测量洞门的实际端墙在线路。
32、方向上不存在偏移 ； 当d0时， 说明待测量洞门的实际端墙 向所述地铁盾构隧道一侧偏移 ； 当d0时， 说明待测量洞门的实际端墙向所述地铁车站一 侧偏移 ； 0036 所述待测量洞门的实际端墙在线路方向的偏移量， 记作|d| ； 其中， |d|为d的绝对 值 ； 0037 步骤2036中将拟合洞门中心点O拟合的位置与预先设计的待测量洞门的中心点O设 的位置进行对比时， 对拟合洞门中心点 O拟合在水平面上且垂直于设计线路中心线的偏移量 和在高程上的偏移量分别进行计算。 0038 上述地铁盾构隧道成型洞门测量方法， 其特征是 ： 步骤二中进行内业数据处理时， 采用数据处理设备且调用三维制图软件进行。
33、处理。 0039 上述地铁盾构隧道成型洞门测量方法， 其特征是 ： 步骤二中进行各测点与设计线 路中心线之间距离计算及差值比较之前， 先根据步骤 102 中测量出的 M 个所述测点的三维 坐标， 并结合预先设计的设计线路中心线 l设、 预先设计的待测量洞门的中心点 O设、 待测量 洞门的设计半径和所述设计分界里程断面， 且调用所述三维制图软件制作待测量洞门测量 用电子三维图， 并在所制作的电子三维图上标注出 M 个所述测点 ； 0040 步骤 202 中进行端墙偏移量及平整度计算时， 先调用所述三维制图软件且在所制 作的电子三维图上画出垂线 li， 并量测出 M 个所述测点所处位置处与设计分界。
34、里程断面之 间沿线路方向的距离 di。 0041 本发明与现有技术相比具有以下优点 ： 0042 1、 方法步骤简单、 设计合理且实现方便， 投入成本较低。 0043 2、 主要包括外业数据采集和内业数据处理两个步骤， 省工省时， 劳动强度低且测 量效率高， 外业数据采集时只需测量洞门内边缘上多个测点的三维坐标， 内业数据处理时 利用外侧采集数据， 拟合出洞门的实际位置， 实现方便。 0044 3、 外业数据采集时采用具有免棱镜全站仪进行测量， 不需要使用水准仪放样高程 断面， 也不需要搭设辅助测量的脚手架， 只需要在全站仪设站时， 同时考虑高程测量， 对平 面和高程同时进行后视定向 ； 随后。
35、， 直接采用免棱镜测量模式， 并测量多个测点的三维坐 标 ； 之后， 拟合出成型洞门的实际位置。 0045 4、 使用效果好且实用价值高， 不用搭设辅助测量脚手架， 外业操作简单、 快速， 外 业工作量大大减少， 不用搭设辅助测量脚手架， 提高了效率， 也减少了测量过程中的安全风 险。并且， 采用本发明能简便、 快速且准确得出成型洞门实际的中心点坐标、 各测点处的径 向偏差值、 洞门的平面及高程偏差值、 洞门的真圆度、 端墙在里程方向上的偏差 ( 端墙偏移 量 ) 和端墙墙面平整度、 洞门中心点拟合精度等实测的洞门偏差情况数据。因而， 本发明外 业操作简单， 大大节省了人力、 物力， 缩短了测。
36、量时间， 提高了测量过程的安全性， 同时也提 说 明 书 CN 104482918 A 8 5/12 页 9 高了成型洞门实际测量数据的精度， 有很好的社会效益和经济效益。 因而， 采用本发明进行 内业数据处理， 能简便获得成型洞门的实际中心点坐标、 真圆度、 主要点位的径向偏差值、 端墙平整度等主要参数， 并能对拟合精度进行评定， 计算结果全面、 可靠。 并且， 根据本发明 得出的实测的洞门偏差情况， 能对盾构隧道进出洞进行准确控制， 尤其是注浆壳外置的盾 构始发过程， 测量控制精度较高。 0046 综上所述， 本发明步骤简单、 设计合理且实现方便、 使用效果好， 能有效解决现有 隧道成型洞。
37、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。 0047 下面通过附图和实施例， 对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 附图说明 0048 图 1 为地铁盾构隧道成型洞门测量时所采用支距法的测量状态示意图。 0049 图 2 为本发明的方法流程框图。 0050 图 3 为本发明所布设 M 个测点的布设位置示意图。 0051 附图标记说明 : 0052 1待测量洞门。 具体实施方式 0053 如图 2 所示的一种地铁盾构隧道成型洞门测量方法， 包括以下步骤 ： 0054 步骤一、 外业数据采集， 过程如下 ： 0055 步骤 101、 测点布设 ：。
38、 如图 3 所示， 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。 0056 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。 0057 所述地下构筑物为地铁车站、 中间风井或暗挖隧道。 其中， 暗挖隧道为矿山法暗挖 隧道。 0058 其中， 端墙位于所述地铁盾构隧道与所述地下构筑物之间的分界处， 常见为 800mm 厚的钢筋混。
39、凝土墙。所述待测量洞门 1 为已施工完成的成型洞门。 0059 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。 0060 步骤二、 内业数据处理， 过程如下 ： 0061 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 D i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Di， 其中DiDi-R， 。
40、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 ； D i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。 说 明 书 CN 104482918 A 9 6/12 页 10 0062 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 ；。
41、 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。 0063 步骤 203、 拟合洞门中心与设计洞门中心比较， 过程如下 ： 0064 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。
42、投影点。 0065 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。 0066 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。 0067 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。
43、拟合圆圆心的三维坐标平均值。 0068 步骤 2035、 洞门中心拟合精度计算 ： 先根据公式 li l i-R(3)， 计算得出步骤 2031 中 M 个投影点的拟合偏差， 公式 (3) 中 li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 ； 其中， li为M个 投影点中第 i 个投影点与拟合洞门中心点 O拟合之间的三维长度。 0069 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。
44、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。 0070 本实施例中， 步骤 101 中 M 3K， 其中 K 4。本实施例中， M 18。18 个所述 测点沿顺时针方向分别为 1# 测点、 2# 测点、 3# 测点、 18# 测点。 0071 实际测量时， 可根据具体需要， 对 M 的取值大小进行相应调整。 0072 本实施例中， 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。 0073 本实施例中， 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 说 明 书 CN 104482918 A 1。
45、0 7/12 页 11 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三维直角坐标系且其与待测量洞门 1 施工时 所用的施工坐标系一致。 0074 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， Y 。
46、i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。并且， 所施工地铁盾构隧道 和待测量洞门 1 施工时所用的施工坐标系一致。因而， 对所述免棱镜全站仪进行后视定向 后， 免棱镜全站仪就建立起了与待测量洞门 1 施工控制一致的坐标系。 0075 在地下工程中， 为使地面与地下建立统一的坐标系统和高程基准， 应通过平峒、 斜 井及竖井将地面的坐标系统及高程基准传递到地下， 该项地下起始数据的传递工作称为联 系测量。 0076 本实施例中， 步骤 102 中采用所述免棱镜全站仪进行测量之前， 还需将待测量洞 门 1 附近所搭设的脚手架、 模板支架。
47、等有可能遮挡全站仪视线的障碍物清理干净， 如果待 测量洞门 1 下方的车站底板上有积水， 在测量实施前应抽排干净， 创造良好的测量条件。 0077 一般情况下， 所述免棱镜全站仪均带有激光斑点， 测量过程中， 打开激光斑点， 便 于测量点捕捉。如果所用的免棱镜全站仪不带激光斑点， 直接使用目镜观察。在测量环境 光线较暗时， 在测量点设置照明灯， 也能够清晰、 准确地捕捉目标测量点。 0078 本实施例中， 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 布设。 0079 为便于内业数据处理， 外业数据采集时， 在整个成型洞门 ( 即待测量洞门 1) 的钢 环板内缘， 。
48、均匀采集 10 个以上的测点。对于同步注浆系统保护壳外置型盾构机， 需要在注 浆保护壳位置加密测点， 多布设 4 6 个测点， 如图 3 中的 7# 测点、 8# 测点、 9# 测点、 14# 测 点、 15# 测点和 16# 测点。 0080 步骤 2032 中进行投影点分组时， 按照相邻测点之间的间距大且高程差距大的原 则进行分组。 0081 本实施例中， K 6， 其中 1#、 7# 和 14# 测点为一组， 1#、 8# 和 15# 测点为一组， 2#、 9# 和 16# 测点为一组， 3#、 10# 和 17# 测点为一组， 4#、 12# 和 17# 测点为一组， 5#、 11# 。
49、和 18# 测点为一组。 0082 本实施例中， 步骤 2035 中计算得出待测量洞门 1 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 进行比较 ： 当 m2 时， 说明步骤 2034 中所获得待测 量洞门 1 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 1 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 1 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 1 的。