地铁区间隧道三维坐标计算方法

《地铁区间隧道三维坐标计算方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、地铁区间隧道三维坐标计算康明1引言上海地铁区间隧道施工采用土压平衡式盾构机掘进，施工所需的三维坐标可采用计算机处理。根据图纸所给线路的特征点，用AutoCAD成图，通过捕捉功能可知各点坐标，并可将实际掘进过程中实测盾构机和管片的数据输入，与计算机上图形相比较，以确定实测值与理论值的偏差，来调整掘进的参数。但施工现场常常需要平曲线和竖曲线所组成的三维坐标，以此为依据来确定施工掘进参数。通过实测盾构姿态、管片偏差、地面及隧道沉降，并加以分析、比较来调整参数，以控制掘进方向，减少轴线误差。2三维坐标计算思路2.1设计中确定第一环里程（1）单条线掘进每个隧道

2、区间段上、下行线间都有一个联系通道（即泵站）。为保证上、下行线联系通道准确连通，必须保证施工后泵站点的实际位置与设计相符。故单线掘进时，可以只参照设计图纸上该线泵站点位置（里程、坐标）倒推计算，确定第一环里程，亦即洞内留量。（2）上、下行线先后推进上、下行线以泵站连通，施工必须以保证两实际泵站点对准为宗旨，推算后掘进的一条线的第一环里程。这里不妨设下行线先竣工，实测下行线泵站点实际坐标，然后推算上行线泵站点实际坐标，同时还必须考虑施工误差，如图1所示，综合为以下两点：(1)由下行线实测泵站点坐标，按图纸可以算出上行线实测泵站点坐标，进而算出其相对于设

3、计泵站点差α。(2)管片分为标准型（1m宽）和转弯型（0.9898m宽），由于施工中管片上需贴止水带引起管片变宽，根据施工经验，每环管片平均超前误差约Fb（约1mm），若上行线第一环至泵站点共b环管片，估算施工误差约为。          图1隧道上、下行线路基于以上两点，上行线施工之前，必须考虑施工可能引起的超前数约，才可倒算第一环里程。若设计图纸上连续墙至洞圈宽为d，设计第一环洞内宽度V及第一环管片宽为l（即1m或0.9898m），如图2所示，则（1）（2）        图2管片位置图若e≥0，则推算的第一环在洞圈内，需抽掉一环，且第一环洞内留

4、量为：（3）若e′≥0，测推算的第一环全在洞内，亦需抽掉一环，且第一环洞内留量为：（4）两种情况之外，则第一环洞内留量为（5）由此，可根据图纸计算每环三维坐标。平曲线、竖曲线分别计算，以里程相联系（管片三维坐标为其大里程坐标，见图3）第i环大里程即第i+l环小里程第i环小里程第i+l环大里程i环i+l环 推进方向图3管片里程推算2.2平曲线计算平曲线包括直线、缓和曲线和圆曲线三种。（1）直线段已知设计轴线方位角为Fo，连续墙（Xo，Yo），里程So，第一环洞内留量t或缓直点坐标，里程，缓直点在管片上距小里程的距离为t′，直线段全为标准型管片，直线段第

5、K环管片坐标为（6）或（7）（2）缓和曲线段设计规定缓和曲线参数方程沿曲线起点处（8）（切线方向）（9）（法线方向）式中R1为曲线半径，L0为缓和曲线长度，A、B、C、D为设计常数，L为起点到计算点的长度，（X0′，Y0′）为缓直点或直缓点坐标，F0′为缓直点或直缓点切线方位角，DS1为缓直点或直缓点至计算点的距离，F1为图示夹角，（X′，Y′）为局部坐标（见图4）。先由参数方程计算出（X′，Y′），再求出DS1和F1。（10）（11）然后求出缓直点或直缓点到计算点的方位角为F=F0+F1由此即可求出缓和曲线上各点坐标（X，Y）（12）（13）   

6、      图4缓和曲线示意图（3）圆曲线段1、由图纸上缓圆点（X1，Y1），圆缓点（X2，Y2）和圆半径R2，可计两点切线方位角（见图5）（14）式中DS2为两点间距离，A1为切线与弦线间夹角，F1′为两点间方位角，F2、F2′分别为两点切线方位角。          图5圆曲线示意图2、圆曲线施工，相当于由管片组成的小段小段折线组成，为满足施工中每环管片与设计曲线相吻合，圆曲线采用逐环推进计算（见图6，l1、l2、l3为管片宽），即由缓圆点计算第1环坐标，再由第1环推算第2环坐标，由第2环推算第3环坐标，依次类推。      图6逐点推进法园曲线

7、推进此法与一直以缓圆点为计算起点（如图7所示），计算各环坐标相比，可减少折线与圆曲线间的累积误差。112缓圆点3（X1，Y1）图7以缓圆点为起点推进若图纸给出圆中点坐标，可将圆曲线分成两段计算，前半段以缓圆点为计算起点，后半段以圆中点为计算起点，这样亦可减少累积误差，使计算坐标更精确。计算公式如下（见图8）（15）反复循环即可。式中l为管片宽度，（X1，Y1）为缓圆点或圆中点坐标，F2为缓圆点或圆中点切线方位角，R2为圆半径，J1为切线与弦线间夹角，J为弦线方位角，（X，Y）为圆曲线上各点坐标。       图8给出圆中点坐标的情况2.3竖曲线计算竖

8、曲线计算有直线上、下坡、凸曲线、凹曲线4种形式。（1）直线上、下坡已知点高程H0、坡度i、管片宽度l，则(1