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摘要：全断面掘进机（The tunnel boring machine ）简称TBM，是近年来地下开挖工程一种新的掘进技术，是地下开挖工程施工的发展方向，盾构机测量系统是一种全新的测量模式，本文对隧洞控制测量和TBM激光导向测量系统在长隧洞施工过程中的有机结合进行了深入的探讨，为以后盾构机施工积累更多的测量经验。
关键词：TBM;激光导向; 控制测量;贯通测量
Abstract: The whole section roadheader (The tunnel boring machine) TBM as in recent years, both a new underground excavation engineering tunneling technology, underground excavation engineering construction is The development direction, shield construction machine measurement system is a kind of brand-new measurement model, this paper TBM tunnel control survey and laser guided survey system in long tunnel construction process of The organic combination of The thoroughly discussed, with support for constitutive machine more experience accumulated construction measure.
Keywords: TBM; Laser guidance; Control measurement; Breakthrough measurement
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1、概况
随着全断面掘进机在地下开挖工程中的广泛应用，是未来隧洞工程施工技术的发展方向，而盾构机测量系统是附属于TBM全新的测量模式，它表现的形式是如何指导着隧洞掘进，根据大部分工程的经验，洞内基本导线网宜布设交叉闭合双导线，相互间互相校核，将精确的数据传递至盾构机测量系统，为隧洞贯通提供了测量技术的支持。从而保证了工程的顺利实施。
2、洞外与洞内的联系测量
2.1进洞口控制网的布设
根据发包人提供的施工控制网成果，结合地形的实际情况，进行设计、选点、造标，布设两条独立进洞交叉闭合导线。两个独立进洞控制点的定向起始方向为同一方向，进洞口控制网布设成边角交会网。如下图2-1所示
A7和A12为独立的进洞控制点，A8为定向起始方向, JDL1和JDR1为进洞点，A8、A7、A12、JDL1、JDR1就共同构成进洞口控制网。
2.2进洞口控制网的观测
施测过程中严格执行《水利水电工程施工测量规范》SL52―93中测角中误差、三角形闭合差、测距中误差、测回数的相关规定。
观测时，充分考虑外界条件对测角、测距的影响，在日出后或日落前，避开大气透明度差的时段，在外界条件符合观测要求的情况下按略高于三等边角网的精度进行观测。
2.3进洞口控制网的平差
由于进洞控制点是在地面基本控制网的基础上测设的，因此可将地面基本控制点作为已知起算点。为了提高进洞点的精度,为其单独进行测站平差,在进行测站平差时，采用组间联合平差, 联测方向的改正数分配遵照“平均反符号”的原则进行。原理如下:
设两组联测的共同方向ij的观测值分别为i’j’和i’’j’’相应的改正数为v’i,v’j 和v’’i,v’’j
则:
-v’i+v’j+v’’i-v’’j+n=0
其中:n=(j’-i’)-(j’’-i’’) 组成法方程式:4k+n=0
解之:联系数 k=-1/4n
V’i=-k=+1/4n v’j=+k=-1/4n
V’’i=+k=-1/4n v’’j=-k=+1/4n
3、洞内基本导线网的控制
3.1洞内基本导线网的布设
为保证隧洞测量贯通的准确性,洞内基本导线网布设成交叉闭合的双导线， 洞内直线段由两侧布设的对称交叉双导线构成。导线网边长根据仪器等级和洞内观测条件，直线段控制在300～500m。
如下图所示：
1）直线段交叉闭合对称双导线
ACE G IK
BD F H JL
3.2洞内基本导线网控制点的布设
洞内基本导线控制点布置在隧洞轴线两侧洞壁上，距洞底1.5m高的位置。强制对中螺丝的中心即为导线点的平面位置。控制点用钢筋混凝土固定在洞壁上以保证观测台的稳定性。其位置既保证人能够方便观测，又避免洞内其它辅助设施的影响，在观测台底部放置简单实用且为活动的观测者辅助设施，以便观测完毕后移走。在观测台上方的洞壁上设置照明装置和插座。仪器台的简图如图所示
3.3洞内基本导线网控制点的测量方法及传递
洞内基本导线测量采用瑞士徕卡TCA1800全自动全站仪（测角精度 1＂，测距精度1mm+2PPm），在进行洞内基本导线的角度观测中，当方向数为2时，采用左右角观测方法；当方向数多于2时，采用全圆方向观测法，观测6个测回。在进行洞内基本导线的距离观测中，对导线边要进行对向观测，要测量气象元素，并进行气象改正、乘常数和加常数改正以及倾斜改正。在洞内观测过程中,测角和测距要考虑外界条件对精度的影响。由于TBM盾掘进机开挖中,灰尘的流动和气流的不稳定,以及光线的折射都会对观测数据的质量产生整体的不可靠，所以尽量选择视线清晰，气流稳定的状态下进行导线测量。每当基本导线向前延伸一个环节，则计算和检核就要进行一次，检核的内容包括：
1）图形闭合差
w图=[B]-(n-2)*180限差(w图)限 2√nmp
其中: [B]为图形内角和mp一测回测角中误差n左角数
2) 检查两期都进行观测过的新、旧角值之较差Δβ是否超限。
其限差按下式计算：
3)检查新增环节未端导线点的横向点位精度。
推算的导线点ｉ的点位横向较差Δi来检查。点位横向较差的限差可按下式计算
式中 是与导线点ｉ相应的横向中误差的估值，可以根据导线点ｉ的桩号进行计算。
TBM开挖中，测量工作是根据主机机头位置，固定安装的VMT激光导向系统自动引导掘进方向,属于洞内施工导线部分。洞内施工导线是在洞内基本导线测设的基础上,用基本导线对施工导线进行校核，通过一定的纠偏量调整掘进机姿态沿设计轴线前进。在纠偏的过程当中,调整后视方位,避免出现纵向大的偏差,先使掘进方位角平行于设计轴线方向,然后调整一定的角度偏差值使掘进方向缓和的归于设计轴线。在TBM掘进中，由基本导线的坐标系统传递给VMT激光导向系统，并进一步根据隧洞的设计洞轴线指导掘进机方向。洞内施工导线的水平角和距离均应观测２个测回，水平角按左右角观测，左右角之和与360°的较差不大于±3″。洞内施工导线的技术要求按下表的规定：
平均边长（m）
（m） 测角中误差（″）
（″） 测距中误差（mm）
（mm） 左右角之和与360°较差（″）
（″）
300 ±1.8 ±3 ±3
为避免出现任何形式的粗差和精度不等权，每隔2km左右将左右两条导线进行联测，洞内基本导线的计算与检核是随基本导线向前延伸而逐次进行。
3.4洞内基本导线网桩点内业及平差计算
根据《水利水电工程施工测量规范》SL52�93以及测量总体设计报告，洞内基本导线网执行三等导线测量限差，水平角：两次照准差4cc，半测回归零差6cc，2C互差9cc，同方向测回差6cc；天顶距：指标互差9cc，测回差9cc，附合或闭合现闭合差±12√（D）。根据据天顶距和斜距计算出测站与镜站平均高程面上的平距，再进行测区平均高程面上边长的归算。使用软件《控制网优化与平差》进行严密平差。验后方差定权，先验测角中误差：1.8″，先验测距中误差公式：A+B*D其中.A=1.37mm，B=-0.23mm/Km。平差后获得：网形及精度统计表、三角形闭合差、导线段闭合差、方向平差成果表、边长平差成果表、点位误差、点间误差及控制点成果表。
4、贯通测量
贯通前，从支洞向下游方向人工开挖50m左右的小导洞，此洞的顶部超过掘进机刀盘中心。
当TBM即将到达小导洞时，从支洞洞口控制点，引测控制点至小导洞内（执行三等导线观测成果）。在小导洞内将控制点引测至主机皮带拖架焊接的固定仪器观测台上，最后传递至VMT激光导向系统，与主洞基本导线点引测数据进行比较，根据偏差调整TBM姿态.
5、结束语：
在最终贯通后：各项误差指标均要符合SL378--2007《水工建筑物地下开挖工程施工规范》中的限差要求，对于目前测量方法的可靠性及精确度，我们还要在以后的工程中多加实践，为今后TBM施工中测量工作奠定了坚实的基础。
编后话：
此文作者现就职辽西北供水工程监理部，任测量监理工程师。本文写在某供水工程（四段）三标段隧洞开挖前，该隧洞采用TBM盾构机施工，隧洞总长18.7�，设有一个支洞。作者以此文提出自己的设计与建议，供参建单位参考。
参考文献：1.《水工建筑物地下开挖工程施工规范》SL378―2007；
2.《水利水电工程施工测量规范》SL52―93；
3.《水电水利工程施工测量规范》DL�T5173―2003.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。