一种小直径TBM隧洞掘进测量控制传递方法

技术领域

本发明属于TBM隧洞掘进工程测量技术领域，具体来说涉及一种小直径TBM隧洞掘进测量控制传递方法，特别是直径1.8m～3.0mTBM隧洞掘进测量控制传递方法。

背景技术

在我国山区工程建设勘察、施工中，为满足前期地质平硐勘探或工程功能性隧洞的需要，本着节约成本、提高施工效率的原则，需要开采小直径的隧洞。目前工程施工主要应用大尺寸全断面TBM进行隧洞掘进(TBM：Tunnel Boring Machine，隧道掘进机)，2021年4月公开报道的全断面TBM掘进施工最小洞径5.17m，TBM洞径越小掘进难度越大，对于洞内测量控制同样如此，其难度可想而知。同时国内小洞径隧洞施工常采用钻爆法施工，存在火工材料供应难、人工费高、安全风险大及效率低等问题，并且采用此方式施工的隧洞长度相对较短，掘进测量控制的要求相对较低。小直径TBM在效率和安全性上优势更为明显，已然成为市场热门应用选择，其施工长度越长对测量控制的要求也越来越高。洞内测量控制是TBM按目标轴线掘进的精准基础，是保证长距离小洞径TBM施工质量的关键。

在控制测量实施过程中，因小直径隧洞空间狭小，TBM隧洞断面呈“O”形，底部地面不平、宽度极小，测量作业与施工工作面共用，实施交织相互干扰，洞内地面测量控制点安置、保存都成为难点，容易造成测量精度不满足要求，无法确保TBM沿目标轴线掘进、易产生位置、角度偏差，由此可见若采用传统测量方案实施可能性极小。

发明内容

本发明的目的是提供一种小直径TBM隧洞掘进测量控制传递方法，使其能够为长距离小直径TBM施工提供精准的测量控制基准，保障洞内掘进施工开挖、贯通测量的精度，使得TBM掘进不偏离目标轴线、不产生位置和角度偏差。

本发明采取的技术方案是小直径TBM隧洞掘进测量控制传递方法，包括以下步骤：

步骤1，由隧洞起始断面位置沿隧洞掘进方向选定数条断面；

步骤2，在步骤1中选定的断面上安置控制点；

步骤3，设置平面观测位置，平面观测位置设置于相邻的两条断面之间；

步骤4，制定分段观测方案并进行观测。

优选地，所述平面观测位置能够与相邻断面上所有的控制点通视。

优选地，所述平面观测位置位于相邻断面区间隧洞中点的位置。

优选地，所述步骤4中的观测方案可根据隧洞轴线弯曲度分为直线段、曲线段和过渡段；

直线段观测选取后视方向上最近2条断面上的6个控制点作为后视点，观测前视方向最近1条断面上的3个控制点；

曲线段观测满足直线段通视条件时，执行与直线段相同的观测方案；曲线段观测不满足直线段通视条件时，选取后视方向上最近1条断面上的3个控制点作为后视点，观测前视方向最近1条断面上的3个控制点；

过渡段包括直曲过渡段和曲直过渡段，过渡段满足直线段通视条件时，执行与直线段相同的观测方案，否则执行曲线段观测不满足直线段通视条件时的观测方案。

优选地，步骤4中观测包括平面观测和高程观测。

优选地，步骤2中控制点包括安置于隧洞前进方向左腰线上的断面左腰线点L

优选地，平面观测采用后方交会的全圆观测方法，获得断面左腰线点L

优选地，所述高程观测采用水准测量和三角高程测量方法：

确定断面天顶中线点C

水准测量：水准测量沿高程主点路线为C

三角高程测量：联测高程辅点即断面左腰线点L

水准测量为高程主控制，三角高程测量为高程辅助控制，交叉结合、相互检核，沿掘进方向依次伸展传递，获得水准高程和三角高程。

优选地，所述水准测量使用水准仪，所述平面观测和三角高程测量均使用全站仪。

本发明的有益效果在于：

针对TBM隧洞空间窄小地面有限，地面测量控制点难保存、长距离导线精度难保证，采取空间立体布点，任意位置隔点观测构成射线交织网，使用任意位置全站仪后方交会和水准仪倒尺测量组合方案，确保了隧洞水平、垂直方向控制传递的精度。尤其在混乱狭小的施工空间，这种组合方案使选点、设站、施测更灵活，具有极大的优越性和实用性，而且多余观测条件更充足，获得的隧洞控制坐标更精确。其优势还在于TBM掘进中测量放样时，全站仪观测位置可任意摆布，避免设站对中误差，使得距离放样点更近，后视点越多放样精度更高。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图2隧洞断面形状及全棱镜安装示意图。

图3为隧洞直线段观测方案平面图。

图4为隧洞直线段观测方案立视图。

图5为隧洞曲线段观测方案平面图。

图6为隧洞曲线段观测方案立视图。

图7为水准高程联测示意图。

图8为隧洞直线段高程观测水准路线示意图。

图9为隧洞曲线段高程观测水准路线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参看图1，本发明的小直径TBM隧洞掘进测量控制传递方法包括以下步骤：

步骤1，由隧洞起始断面位置沿隧洞掘进方向选定数条断面；

确定TBM隧洞起始断面位置，参看图2，断面形状为圆形，起始断面位置一般为进洞口；沿隧洞掘进方向依次选定断面，边掘进边确定，直线段相邻断面间距宜为200m左右，曲线段相邻断面间距可根据曲率和半径适当缩短。

步骤2，在步骤1中选定的断面上安置控制点；

控制点布设在选定断面上，在断面按时刻表盘表述为9点、0点、3点的3个位置，其中9点位置位于隧洞前进方向左腰线上、0点位置位于隧洞天顶中线上、3点位置位于隧洞前进方向右腰线上，分别安装360度全棱镜，左右腰线水平安装，顶拱中线竖直安装，参看图2；

为便于表述，将断面控制点按断面编号和点位置形式命名标记，如第1条断面上9点、0点、3点位置分别记为L

步骤3，设置平面观测位置；

相邻断面间可设置1个平面观测位置，为任意位置，相邻断面区间隧洞中点位置为最佳，平面观测位置无需标记；

断面间平面观测位置与控制点形成立体，以射线形式交织构成点连接的四边形网，沿掘进方向依次伸展传递；

相邻断面控制点之间无需通视，而在相邻断面间某一平面观测位置应能与相邻断面上所有控制点通视。

步骤4，制定分段观测方案并进行观测；

其中，观测方案可根据隧洞轴线弯曲度分为直线段、曲线段和过渡段：

如图3和图4所示，直线段观测选取后视方向上最近2条断面上的6个控制点(L

如图5和图6所示，曲线段观测满足直线段通视条件要求时，执行与直线段相同的观测方案；曲线段观测不满足直线段通视条件时，选取后视方向最近1条断面上的3个控制点(L

过渡段包括直曲过渡段和曲直过渡段，过渡段满足直线段通视条件时，执行与直线段相同的观测方案，否则执行曲线段观测不满足直线段通视条件时的观测方案。

直线段通视条件为所选观测位置能够观测到临近2条断面上的所有控制点。

步骤4中，观测包括平面观测和高程观测：

平面观测：平面观测使用全站仪，观测采用后方交会的全圆观测方法，获得断面左腰线点L

高程观测采用水准测量和三角高程测量方法：

确定断面天顶中线点C

水准测量：如图7所示，水准测量沿高程主点路线为C

三角高程测量：三角高程测量使用全站仪，联测高程辅点即断面左腰线点L

如图8和图9所示，水准测量为高程主控制，三角高程测量为高程辅助控制，两者交叉结合、相互检核，沿掘进方向依次伸展传递，获得水准高程和三角高程。