我们采用棱镜法来对盾构机的姿态进行检查。在盾构机内有18个参考点(M8螺母),这些点在盾构机构建之前就已经定好位了,它们相对于盾构机的轴线有一定的参数关系(见表1),即它们与盾构机的轴线构成局部坐标系(见图2)。在进行测量时,只要将特制的适配螺栓旋到M8螺母内,再装上棱镜。现在这些参考点的测量可以达到毫米的精度。已知的坐标和测得的坐标经过三维转换,与设计坐标比较,就可以计算出盾构机的姿态和位置参数等。

　　下面来说明如何用棱镜法来计算盾构机的姿态和位置。

　　我们利用洞内地下导线控制点,只要测出18个参考点中的任意三个点(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。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,他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。

　　假设我们已经测出左,中,右(3,8,15号)三个参考点的实际三维坐标,分别为(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x3,y3,z3),并设未知量为盾首中心的实际三维坐标(X首,Y首,Z首)和盾尾中心的实际三维坐标(X尾,Y尾,Z尾),从图2中可以看出,在以盾构机轴线构成局部坐标系中,盾首中心为坐标原点,坐标为(0,0,0),盾尾中心坐标为(-4 34,0,0)。从表1中也可以看出各参考点在局部坐标系的坐标值。

　　三个方程三个未知量,采用专业软件解算方程组。我们测出某一里程盾构机上三个参数点(3,8,15)的实际三维坐标分别为:

　　从以上数据可以得知,在与对应里程上盾首中心和盾尾中心设计的三维坐标比较后,就可以得出盾构机轴线与设计轴线的左右偏差值和上下偏差值,以及盾构机的坡度,这就是盾构机的姿态。

　　把计算得出的盾构机姿态与自动导向系统在计算机屏幕上显示的姿态作比较,据我们的实践经验,只要两者的差值不大于10mm,就可以认为自动导向系统是正确的。

　　5 结束语

　　在南京地铁一号线中,张府园～三山街区间隧道分为上行线和下行线两条互相平行的线路,即往返两条隧道。在这两个区间段的实际应用中,曾多次采用棱镜法检核盾构机姿态,两者的偏差值较差均不大于10mm,证明了该方法在检核自动导向系统的正确性是可靠有效的。

　　在贯通测量中,由于采用了以上一系列的方法和措施,以及先进的自动导向系统指导推进,上行线于2002年9月准确贯通,经甲方检测,平面贯通误差为18mm,高程贯通误差为2mm;下行线于12月准确贯通,平面贯通误差为20mm,高程贯通误差为3mm,均能很好的满足贯通误差不大于50mm的要求。

　　参考文献

　　[1]　李青岳.工程测量学.北京:测绘出版社,1984.

　　[2]　王兆祥等.铁路工程测量.北京:测绘出版社,1988.

　　[3]　中华人民共和国国家标准.地下铁道、轻轨交通工程测量规范GB50308-1999.北京:中国计划出版社,2000.

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