地铁隧道断面的测量与计算方法技术

本发明专利技术公开了一种地铁隧道断面的测量与计算方法，包括以下步骤，１）计算隧道线路中心坐标，放样到隧道中；２）安置免棱镜全站仪于隧道中线上；３）用已知点后视并测量高差，计算出全站仪的视线高程，输入免棱镜全站仪；４）采集断面圆上观测点坐标，将其存入全站仪；５）免棱镜全站仪沿横轴旋转１８０度，再次采集断面圆上观测点坐标并储存；６）根据采集的数据进行断面模型拟合；７）计算所拟合圆的圆心及半径；８）根据圆心和半径计算所需要的高程及弦长。本发明专利技术通过将采集的数据输入断面模型中进行拟合，计算值与实际测量数据之间的误差很小，完全可以应用到实际工作中。且操作简单，使用方便，大大节省了外业工作时间，提高了工作效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种隧道断面测量技术，特别用于盾构法施工隧道的断面测量方法。主要采用免棱镜全站仪进行隧道断面测量的方法。
技术介绍
为了保证地铁轨道的顺利铺装，在盾构隧道施工完成后，一般要进行贯通测量和隧道横断面的测量。隧道贯通测量一般采用常规的导线测量和水准测量即可解决，隧道横断面测量一般采用断面仪或全站仪配合激光经纬仪的方法进行。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过提供一种，通过将采集的数据输入断面模型中进行拟合，计算值与实际测量数据之间的误差很小，完全可以应用到实际工作中。且操作简单，使用方便，大大节省了外业工作时间，提高了工作效率。 本专利技术实现上述目的的技术方案为一种，包括以下步骤 1)计算隧道线路中心坐标，放样到隧道中； 2)安置免棱镜全站仪于隧道中线上； 3)用已知点后视并测量高差，计算出全站仪的视线高程，输入免棱镜全站仪； 4)采集断面圆上观测点坐标，将其存入全站仪； 5)免棱镜全站仪沿横轴旋转180度，再次采集断面圆上观测点坐标并储存； 6)根据采集的数据进行断面模型拟合； 7)计算所拟合圆的圆心及半径； 8)根据圆心和半径计算所需要的高程及弦长。 优选地，所述步骤6)的断面模型为 ，i＝1，2，3，......，n(1) 将公式(1)线性化，由于每个量都是不确定量，微分时将其都看成是变量 则有 令 则有 i＝1，2，3，......，n(4) 其中δy0、δz0是圆心坐标未知数的改正数， 是圆上观测点坐标改正数； 将圆上观测点坐标代入公式(4)中，得到 AV+BX+W＝0(5) 其中，A是圆上观测点坐标改正数系数阵矩阵，B是圆心坐标及半径改正数矩阵，X表示未知数矩阵，V是圆上观测点坐标改正数矩阵； 式中W＝Wi， 在VTPV＝min条件下得出V＝P-1ATK，BTK＝0，其中K为联系数，代入公式(5)中，得到 B是圆心坐标及半径改正数矩阵，P为权矩阵，考虑到是等精度观测，I为单位矩阵。 其中P＝I，N＝AP-1AT B是圆心坐标及半径改正数矩阵，P为权矩阵，I为单位矩阵； 令 式中M＝BTN-1B，R＝N-1BM-1BTN-1。 则即K＝-Q11W，X＝-Q21W(7) 本专利技术由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果 本专利技术方法测得的数据可靠性很高，与实际测量数据之间的误差很小，完全可以应用到实际工作中。且操作简单，使用方便，大大节省了外业工作时间，提高了工作效率。 本专利技术不仅适用于地铁隧道的竣工测量，也适用于其他类似的隧道工程(如公路隧道贯通测量、井下矿山隧道测量等)，并可广泛应用于大型隧道施工企业、隧道开挖施工设计单位等。 附图说明 图1为本专利技术的地铁隧道断面的坐标系简图。 具体实施例方式 在隧道的断面测量中，由于断面理论上是一个的圆，但由于实际施工的误差，断面不可能是一个标准的圆而只是一个近似的圆。为了寻找一个标准圆来逼近实际的圆，为了便于说明建立如图1所示的坐标系。 本实施例主要采用免棱镜全站仪进行隧道断面测量。根据要求，隧道在直线段每10m，曲线段每5m应测设一个横断面，隧道横断面点的位置应为限界控制点。按照规范，测量断面点的里程允许误差应在±50mm，断面测量精度允许误差为±10mm，高程允许误差为±10mm。 本实施例的操作步骤如下 1)计算隧道线路中心坐标，放样到隧道中； 即根据提供的线路图纸，计算出路线中点(每10m或5m)的坐标，然后根据提供的控制点(平面和高程)放样出中线点，按四等水准测量要求测量所放样中线点的高程。 2)安置免棱镜全站仪于隧道中线上； 即采用免棱镜全站仪(Topcon GTS 6002，±2”±2mm+2ppm)安置在所放样的中线点，用已知点后视并测量高差，计算出免棱镜全站仪的视线高程。 3)把高程输入免棱镜全站仪； 4)转动免棱镜全站仪到垂直面上(可以预先计算出旋转角度)，随机采集若干圆上观测点坐标并免棱镜存入全站仪； 5)免棱镜全站仪沿横轴旋转180度，再次采集圆上观测点坐标并储存； 如图1所示，一般在圆周上采集10-15点。1号点采用先把全站仪调到垂直状态再测量斜距，即可计算出三维坐标。为了保证圆的拟合精度，圆周上左右下方个别点如全站仪因距离太短免棱镜无法测距时可用反射片代替。 6)根据采集的数据进行断面模型拟合； 7)计算所拟合圆的圆心及半径； 8)根据圆心和半径计算所需要的高程及弦长。 如图1所示，可以根据1和6点确定圆的中心近似坐标(y0，z0)和半径r0，确定步骤6)的断面模型为 ，i＝1，2，3......，n(1) 将公式(1)线性化，由于公式(1)的每个量都是不确定量，微分时将其都看成是变量 则有 令 则有 i＝1，2，3，......，n(4) 其中δy0、δz0是圆心坐标未知数的改正数， 是圆上观测点坐标改正数； 将圆上观测点坐标代入公式(4)中，得到 AV+BX+W＝0(5) 其中，A是圆上观测点坐标改正数系数阵矩阵，B是圆心坐标及半径改正数矩阵，X表示未知数矩阵，V是圆上观测点坐标改正数矩阵； 式中W＝Wi， 在VTPV＝min条件下得出V＝P-1ATK，BTK＝0，其中K为联系数，代入公式(5)中，得到 其中P＝I，N＝AP-1AT； B是圆心坐标及半径改正数矩阵，P为权矩阵，考虑到是等精度观测，I为单位矩阵； 令 式中M＝BTN-1B，R＝N-1BM-1BTN-1。 则即K＝-Q11W，X＝-Q21W(7) 本实施例断面随机采集的圆上观测点坐标测量数据如下 表1地铁断面数据测量表 按上述数学模型编写程序可以计算出圆的近似中心坐标和半径(29406.7695，-0.7125，2.75)，按最小二乘法(公式6、7)可先计算出联系数 K＝(14.4 6.19 -17.2 -15.0 -14.35 -10.2 13.4 13.4)T， 如果以不同精度多次观测一个或多个未知量，为了求定各未知量的最可靠值，各观测量必须加改正数，使其各改正数的平方乘以观测值的权数的总和为最小。因此称最小二乘法。所谓“权”就是表示观测结果质量相对可靠程度的一种权衡值。 并可计算出未知数的改正数和近似坐标、半径的最或然值为 δy＝4.9mm，δz＝-14.3mm，δr＝19.5mm。 利用解算出的圆方程 中心底部的实际测量高程-3.466及设计的轨面高程-2.573可以计算出轨面高程、轨面上3.67米高程和4.26米高程处的弦长。具体的计算数据及对比观测数据见下表 表2地铁圆形断面高程及横距测量对比表 要注意的是，以上列举的仅为本专利技术的具体实施例，显然本专利技术不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本专利技术公开的内容直接导出或联想到的所有变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地铁隧道断面的测量与计算方法，其特征在于包括以下步骤：　　　　１）计算隧道线路中心坐标，放样到隧道中；　　　　２）安置免棱镜全站仪于隧道中线上；　　　　３）用已知点后视并测量高差，计算出全站仪的视线高程，输入免棱镜全站仪；　　　　４）采集断面圆上观测点坐标，将其存入全站仪；　　　　５）免棱镜全站仪沿横轴旋转１８０度，再次采集断面圆上观测点坐标并储存；　　　　６）根据采集的数据进行断面模型拟合；　　　　７）计算所拟合圆的圆心及半径；　　　　８）根据圆心和半径计算所需要的高程及弦长。

【技术特征摘要】
1.一种地铁隧道断面的测量与计算方法，其特征在于包括以下步骤1)计算隧道线路中心坐标，放样到隧道中；2)安置免棱镜全站仪于隧道中线上；3)用已知点后视并测量高差，计算出全站仪的视线高程，输入免棱镜全站仪；4)采集断面圆上观测点坐标，将其存入全站仪；5)免棱镜全站仪沿横轴旋转180度，再次采集断面圆上观测点坐标并储存；6)根据采集的数据进行断面模型拟合；7)计算所拟合圆的圆心及半径；8)根据圆心和半径计算所需要的高程及弦长。2.如权利要求1所述的地铁隧道断面的测量与计算方法，其特征在于所述步骤6)的断面模型为i＝1，2，3......，n(1)将公式(1)线性化，由于每个量都是不确定量，微分时将其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，高俊强，张朝彪，戴建雄，孔利明，黄亚伟，
申请(专利权)人：上海市机械施工有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]