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摘要：随着盾构施工技术的不断发展，自动测量系统因其可降低测量人员作业强度、测量时不影响正常施工、提高施工质量等优越性而得到了越来越广泛地应用。可自动测量系统一旦出现错误了该怎么办呢？这时就显示出了人工测量的必要性。本文简要介绍了自动测量系统的组成与工作原理，并结合天津市地铁3号线14C标段津围公路站～宜兴埠站盾构区间简述了自动测量系统与人工测量相结合的方法指导盾构掘进在实践中的应用。
关键词：盾构、自动测量系统、人工测量
Abstract:With the development of construction technology in shield tunning, automatic measuring system are being used more and more widely Because of its properties , it can be reduced operation intensity, not influence the normal construction in survey, improve the quality of construction. What should we do if there has some problem in automatic measuring system ? Here shows the necessary of man-measurement.This paper introduced the composition and operational principle of automatic measuring system, based on the case ofjinwei road station to yixingfu station of Tianjin subway line 3 14C bid package, it introduces the application in EPB shield tunning that automatic measuring system with the man-measurement .
Key words: shield, automatic measuring system, manual measurement
中图分类号： U455.43 文献标识码： A 文章编号：
1.演算工房自动测量系统
在盾构施工过程中，为了避免盾构机发生意外的运动和方向的突然改变，必须对盾构机的位置与隧道设计轴线的相对位置关系进行持续地监控测量，使盾构机能够按照设计路线精确地推进。日本株式会社的演算工房就是为此而开发，该系统为使盾构机沿设计轴线掘进提供了重要的数据信息。演算工房自动测量系统主要由天宝5600 DR自动全站仪、一个后视棱镜、三个前视棱镜、棱镜控制单元、操作室控制单元、电脑等设备及配套软件组成（如图所示）。
2.演算工房自动测量系统的基本工作原理
演算工房自动测量系统通过全站仪测量设置在盾构上固定位置的三个前视棱镜的绝对坐标（一般设置三个，其中3号棱镜必用，1号和2号任选其一），根据预先测定棱镜与盾构机切口和盾尾的相对位置关系以及盾构的俯仰角、滚转角推算出切口和盾尾的绝对坐标。然后将切口和盾尾的绝对坐标与设计轴线相比较得出盾构的偏离情况，即平面偏差和高程偏差。根据显示的轴线偏差和偏差趋势，以隧道设计轴线为目标，把偏差控制在设计要求范围内，从而达到通过控制盾构姿态来指导隧道掘进的目的。
3.自动测量与人工测量
在盾构施工过程中根据预先设定好的测量频率，自动测量系统会在掘进开始时、掘进过程中以及掘进结束时分别进行盾构姿态的测量，在控制屏上实时显示盾构机轴线与设计轴线的偏差，且不影响施工，因此用自动测量系统测量盾构姿态具有无可比拟的优势。
但是，在盾构施工的过程中，为了保证自动测量系统正确性和可靠性，在盾构机掘进一定的长度或时间之后，应通过洞内的导线检测盾构机的姿态，即进行盾构姿态的人工监测。与自动测量系统不同的是，人工测量影响施工，必须在施工间隙进行。
由于在盾构掘进过程中，刚拼装的管片还没有来得及注入双液浆加固，因此还不稳定，经常发生管片位移现象。因为地铁施工中规定，拼装好的管片允许最大限界值是±10mm。为了防止管片的侵限，我们首先要提高控制测量的精度，其次是提高导线系统的精度，最后就是通过每天的管片测量，实测出管片的位移趋势，采取措施尽量减小位移量。当然，管片测量还起到复核自动测量系统的作用。
本工程中采用的管片内径是5.5m，采用铝合金制作一铝合金尺，铝合金尺长3.8m（可根据实际情况调整长度）。在铝合金尺正中央贴上一个反射贴片。根据管片、铝合金尺、反射贴片的尺寸，就可以计算出实际上管片中心与铝合金尺上反射贴片中心的高差。测量时，首先用水平尺把铝合金尺精确整平，然后用全站仪测量出铝合金尺上反射贴片中心的三维坐标，就可以推算出实际的管片中心的三维坐标。需要注意的是，在每次管片测量时应重叠两环已经稳定了的管片，这样可以有效地消除测错的可能。将测量得到的数据在CAD中与设计轴线比较就能得出实际管片位置与设计轴线的偏差，再通过分析管片与盾尾之间的间隙便可以反映出盾构机与设计轴线的相对位置关系，人工测量的数据应与自动测量系统显示的数据相吻合（在误差允许的范围之内，一般为±16mm），否则便要对自动测量系统进行检查，确保自动测量系统的准确运行。
4.自动测量与人工测量相结合在施工中的应用
以天津市地铁3号线14C标段津围公路站～宜兴埠站盾构区间为例，测量人员在使用演算工房自动测量系统指导盾构掘进的同时辅以人工测量对自动测量系统进行检核。
在盾构施工过程中自动测量系统实时显示盾构姿态，第135环掘进时的盾构姿态如图显示。從自动测量系统管理界面上我们可以清楚的看出盾尾水平偏差-4mm，垂直偏差-58mm。
演算工房自动测量系统ROBOTOC测量显示界面
人工测量数据与设计轴线对比如下表所示：
第135环人工测量数据
由上表及CAD图中分析结果计算得出第135环管片姿态
水平偏差为-8+（38-32）/2=-5mm
垂直偏差为-9.042-（-9.01）-（54-16）/2=-51mm
实测坐标在设计轴线左为负，右为正；高程在设计轴线上为正，下为负。
通过人工测量数据与自动测量系统显示的数据进行对比，发现通过两种方法得出的盾构机姿态基本上是吻合的，因此便可确保盾构姿态的准确性，为掘进施工提供了可靠的保证。
正是采用了演算工房的自动测量系统与人工测量相结合的方式，我们施工的天津市地铁3号线14C标段津围公路站～宜兴埠站盾构区间水平贯通误差+8mm，高程贯通误差-6mm，完全满足规范要求的横向贯通中误差±50mm，高程贯通中误差±25mm，实现了高精度贯通。
5.结语
演算工房的自动测量系统是一个精密的系统工程，数据稳定可靠，熟练的掌握运用可使盾构施工节省大量的人力，并可大幅度提高施工效率；人工测量可有效的对自动测量系统显示的数据进行检核，一旦发现问题可以及时地分析解决，保证自动测量系统的正常运行，因此自动测量系统与人工测量相结合的方法为指导盾构施工提供了可靠的方向，为盾构机的顺利贯通提供了有力的保障，是在多年的盾构施工实践中备受好评的方法。
参考文献
[1]秦长利.城市轨道交通工厂测量[M].北京：中国建筑工业出版社，2008
[2]岳秀平.盾构姿态自动监测系统开发与应用[J].中国市政工程，2004
[3]张正禄.工程测量学的研究发展方向[J].现代测绘.2003，(6):3～6
[4]刘建航.隧道工程[M].上海：上海科学技术出版社，1999
[5]黄志文.GB503080-2008 城市轨道交通工程测量规范[S].北京：中国建筑出版社，2008
[6]地下铁道工程施工及验收规范（GB50299-1999）.中国计划出版社，2003
作者简介
刘世龙 男 （1987- ）河南省平顶山市人，理学学士学位，助理工程师。天津市地铁2号线机场延长线工程测量负责人。研究方向：盾构施工隧道测量技术。
耿晓亮 男 （1982- ）河北省石家庄市人，工学学士学位，助理工程师。天津市地铁2号线机场延长线工程技术部副部长。研究方向：特殊地层盾构法隧道施工技术。
关键词：盾构、自动测量系统、人工测量
Abstract:With the development of construction technology in shield tunning, automatic measuring system are being used more and more widely Because of its properties , it can be reduced operation intensity, not influence the normal construction in survey, improve the quality of construction. What should we do if there has some problem in automatic measuring system ? Here shows the necessary of man-measurement.This paper introduced the composition and operational principle of automatic measuring system, based on the case ofjinwei road station to yixingfu station of Tianjin subway line 3 14C bid package, it introduces the application in EPB shield tunning that automatic measuring system with the man-measurement .
Key words: shield, automatic measuring system, manual measurement
中图分类号： U455.43 文献标识码： A 文章编号：
1.演算工房自动测量系统
在盾构施工过程中，为了避免盾构机发生意外的运动和方向的突然改变，必须对盾构机的位置与隧道设计轴线的相对位置关系进行持续地监控测量，使盾构机能够按照设计路线精确地推进。日本株式会社的演算工房就是为此而开发，该系统为使盾构机沿设计轴线掘进提供了重要的数据信息。演算工房自动测量系统主要由天宝5600 DR自动全站仪、一个后视棱镜、三个前视棱镜、棱镜控制单元、操作室控制单元、电脑等设备及配套软件组成（如图所示）。
2.演算工房自动测量系统的基本工作原理
演算工房自动测量系统通过全站仪测量设置在盾构上固定位置的三个前视棱镜的绝对坐标（一般设置三个，其中3号棱镜必用，1号和2号任选其一），根据预先测定棱镜与盾构机切口和盾尾的相对位置关系以及盾构的俯仰角、滚转角推算出切口和盾尾的绝对坐标。然后将切口和盾尾的绝对坐标与设计轴线相比较得出盾构的偏离情况，即平面偏差和高程偏差。根据显示的轴线偏差和偏差趋势，以隧道设计轴线为目标，把偏差控制在设计要求范围内，从而达到通过控制盾构姿态来指导隧道掘进的目的。
3.自动测量与人工测量
在盾构施工过程中根据预先设定好的测量频率，自动测量系统会在掘进开始时、掘进过程中以及掘进结束时分别进行盾构姿态的测量，在控制屏上实时显示盾构机轴线与设计轴线的偏差，且不影响施工，因此用自动测量系统测量盾构姿态具有无可比拟的优势。
但是，在盾构施工的过程中，为了保证自动测量系统正确性和可靠性，在盾构机掘进一定的长度或时间之后，应通过洞内的导线检测盾构机的姿态，即进行盾构姿态的人工监测。与自动测量系统不同的是，人工测量影响施工，必须在施工间隙进行。
由于在盾构掘进过程中，刚拼装的管片还没有来得及注入双液浆加固，因此还不稳定，经常发生管片位移现象。因为地铁施工中规定，拼装好的管片允许最大限界值是±10mm。为了防止管片的侵限，我们首先要提高控制测量的精度，其次是提高导线系统的精度，最后就是通过每天的管片测量，实测出管片的位移趋势，采取措施尽量减小位移量。当然，管片测量还起到复核自动测量系统的作用。
本工程中采用的管片内径是5.5m，采用铝合金制作一铝合金尺，铝合金尺长3.8m（可根据实际情况调整长度）。在铝合金尺正中央贴上一个反射贴片。根据管片、铝合金尺、反射贴片的尺寸，就可以计算出实际上管片中心与铝合金尺上反射贴片中心的高差。测量时，首先用水平尺把铝合金尺精确整平，然后用全站仪测量出铝合金尺上反射贴片中心的三维坐标，就可以推算出实际的管片中心的三维坐标。需要注意的是，在每次管片测量时应重叠两环已经稳定了的管片，这样可以有效地消除测错的可能。将测量得到的数据在CAD中与设计轴线比较就能得出实际管片位置与设计轴线的偏差，再通过分析管片与盾尾之间的间隙便可以反映出盾构机与设计轴线的相对位置关系，人工测量的数据应与自动测量系统显示的数据相吻合（在误差允许的范围之内，一般为±16mm），否则便要对自动测量系统进行检查，确保自动测量系统的准确运行。
4.自动测量与人工测量相结合在施工中的应用
以天津市地铁3号线14C标段津围公路站～宜兴埠站盾构区间为例，测量人员在使用演算工房自动测量系统指导盾构掘进的同时辅以人工测量对自动测量系统进行检核。
在盾构施工过程中自动测量系统实时显示盾构姿态，第135环掘进时的盾构姿态如图显示。從自动测量系统管理界面上我们可以清楚的看出盾尾水平偏差-4mm，垂直偏差-58mm。
演算工房自动测量系统ROBOTOC测量显示界面
人工测量数据与设计轴线对比如下表所示：
第135环人工测量数据
由上表及CAD图中分析结果计算得出第135环管片姿态
水平偏差为-8+（38-32）/2=-5mm
垂直偏差为-9.042-（-9.01）-（54-16）/2=-51mm
实测坐标在设计轴线左为负，右为正；高程在设计轴线上为正，下为负。
通过人工测量数据与自动测量系统显示的数据进行对比，发现通过两种方法得出的盾构机姿态基本上是吻合的，因此便可确保盾构姿态的准确性，为掘进施工提供了可靠的保证。
正是采用了演算工房的自动测量系统与人工测量相结合的方式，我们施工的天津市地铁3号线14C标段津围公路站～宜兴埠站盾构区间水平贯通误差+8mm，高程贯通误差-6mm，完全满足规范要求的横向贯通中误差±50mm，高程贯通中误差±25mm，实现了高精度贯通。
5.结语
演算工房的自动测量系统是一个精密的系统工程，数据稳定可靠，熟练的掌握运用可使盾构施工节省大量的人力，并可大幅度提高施工效率；人工测量可有效的对自动测量系统显示的数据进行检核，一旦发现问题可以及时地分析解决，保证自动测量系统的正常运行，因此自动测量系统与人工测量相结合的方法为指导盾构施工提供了可靠的方向，为盾构机的顺利贯通提供了有力的保障，是在多年的盾构施工实践中备受好评的方法。
参考文献
[1]秦长利.城市轨道交通工厂测量[M].北京：中国建筑工业出版社，2008
[2]岳秀平.盾构姿态自动监测系统开发与应用[J].中国市政工程，2004
[3]张正禄.工程测量学的研究发展方向[J].现代测绘.2003，(6):3～6
[4]刘建航.隧道工程[M].上海：上海科学技术出版社，1999
[5]黄志文.GB503080-2008 城市轨道交通工程测量规范[S].北京：中国建筑出版社，2008
[6]地下铁道工程施工及验收规范（GB50299-1999）.中国计划出版社，2003
作者简介
刘世龙 男 （1987- ）河南省平顶山市人，理学学士学位，助理工程师。天津市地铁2号线机场延长线工程测量负责人。研究方向：盾构施工隧道测量技术。
耿晓亮 男 （1982- ）河北省石家庄市人，工学学士学位，助理工程师。天津市地铁2号线机场延长线工程技术部副部长。研究方向：特殊地层盾构法隧道施工技术。