盾构法隧道施工测量技术的室内实训系统的制作方法
专利名称：盾构法隧道施工测量技术的室内实训系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及盾构法隧道施工测量技术及装置，特别是一种可以在室内进行现场盾构施工测量技术学习和操练的实训系统。
背景技术：
盾构法隧道施工是城市地下轨道交通建设中常用的施工方法，已广泛应用于国内外城市地铁的施工。在盾构法隧道施工中，测量控制是其中很重要的一个施工环节。盾构机从始发端工作井的预留洞圈进入土体，在地下十几米深的土体中行进，要在相距千米的到达端工作井的预留洞圈中准确钻出土体，这个过程就是依靠测量控制系统指引前进方向的。在盾构法隧道施工中，测量控制系统如同盾构机在黑暗前进的眼睛，时刻指导盾构机沿着设计轴线掘进，保证隧道预制管片被拼装到预定位置上，逐环完成隧道向前延伸，直至最终完成两个工作井间的整条隧道。盾构法隧道施工测量控制系统的控制原理是，以勘探报告、设计资料、首级控制网、两个工作井洞圈位置等已知资料为依据，通过实地采集区间隧道沿线地面信息、工作井空间信息、地上及地下测量控制信息、掘进过程中盾构机实时姿态、已拼装完成的隧道管片信息等工程信息，并进行综合分析运算，给出掘进空间方向的控制数据及掘进趋势的预测判断，实时控制和调整盾构掘进的方向，使隧道掘进方向保持正确。隧道施工测量控制工作内容繁多，环节复杂，工作责任性大，操作人员需要专门培训。在施工现场实地进行培训，不但存在安全隐患，同时对正常施工有一定影响。而在现场之外的培训，单纯依靠教材上的文字、图片及照片无法形象化地表达，更无法做操作练习。 为了解决这一难题，亟待发明一种能够形象地演示盾构法隧道施工测量控制系统技术内容，又能进行操作练习的室内模拟系统，满足技术培训需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种盾构法隧道施工测量技术的室内实训系统，使测量人员能在与施工现场相似的室内模拟系统中进行隧道测量控制技术学习，并能进行操作训练， 更好地理解学习内容，掌握实际操作方法，形成较强的动手能力。为了实现这一目的，本发明的技术方案为盾构法隧道施工测量技术的室内实训系统，包括模拟施工现场地面、模拟工作井、盾构机模型、模拟隧道，其特征在于模拟施工现场的地面布置在二楼楼面，模拟施工现场的地下布置在一楼地面，在二楼的适当位置开洞，通到一楼，作为模拟工作井，井内布置下井楼梯、工作井预留洞圈、盾构机模型，在一楼布置模拟隧道，模拟隧道既有直线段，和曲线段，并且与工作井侧壁的洞圈连接；在室外适当位置布设有强制归心控制点(空导点)，可以引到二楼，用于构成首级控制网；在二楼的模拟施工地面的地上布设平面控制点(强制归心三角架)、高程控制点(水准埋点)，用于构成地面控制网；在一楼的模拟工作井内布设地下平面控制点(测量吊篮)、高程控制点(水准埋点)、盾构机内激光靶标，用于竖井联系测量、盾构机进(出)洞相关测量及盾构姿态测量；一楼的模拟隧道内布设隧道内平面控制点(可伸缩测量吊篮)、高程控制点(水准埋点)、复核控制点(测量边台)，用于地下导线测量、管片及竣工测量。本发明可以用于如下几个方面
(1)中高等职业技术院校的地下工程施工测量专业的教学、实训； ⑵盾构法隧道施工测量技术干部、操作人员的职业培训、技能考核； ⑶地下工程施工技术、管理人员的继续教育、技术培训，等。
图1本发明的系统布置的侧立面图。图2本发明的系统布置的一楼平面图。图3本发明的系统布置的二楼平面图。图4本发明的地上平面控制点(强制归心三角架)的示意图。图5本发明的地下平面控制点(测量吊篮)的示意图。图6本发明的模拟隧道断面，以及隧道内平面控制点(可伸缩测量吊篮)的示意图。图中，1为模拟工作井，2为工作井起重机械，3为可伸缩测量吊篮(隧道内测量吊篮)，4为强制归心三角架，5为栏杆，6为工作井楼梯，7水准埋点，8为模拟隧道，9为测量边台，10为预留钢洞圈，11为盾构机模型，12为吊篮(站台内)，13为后视，14为一楼，15为二楼。
具体实施例方式包括模拟施工现场地面、模拟工作井、盾构机模型、模拟隧道，其特征在于模拟施工现场的地面布置在二楼楼面，模拟施工现场的地下布置在一楼地面，在二楼的适当位置开洞，通到一楼，作为模拟工作井，井内布置下井楼梯、工作井预留洞圈、盾构机模型，在一楼布置模拟隧道，模拟隧道既有直线段，和曲线段，并且与工作井侧壁的洞圈连接；在二楼适当位置布设有强制归心控制点(空导点)，用于构成首级控制网；在二楼的模拟施工地面的地上布设平面控制点(强制归心三角架)、高程控制点(水准埋点)，用于构成地面控制网； 在一楼的模拟工作井内布设地下平面控制点(测量吊篮)、高程控制点(水准埋点)、盾构机内激光靶标，用于竖井联系测量、盾构机进(出)洞相关测量及盾构姿态测量；一楼的模拟隧道内布设隧道内平面控制点(可伸缩测量吊篮)、高程控制点(水准埋点)、复核控制点(测量边台)，用于地下导线测量、管片及竣工测量。一个实例
1、本系统布置在室内两个楼层，以二楼楼面模拟施工现场的地面，以一楼地面模拟施工现场的地下；在二楼的适当位置开洞，通到一楼，作为模拟工作井，井内布置下井施工楼梯、工作井预留洞圈、盾构机模型等。在一楼布置模拟隧道，模拟隧道既有有直线段，也有曲线段，并且与工作井侧壁的洞圈连接。2、在二楼适当位置设置3个强制归心控制点(空导点)，用于构成首级控制网。3、在二楼的模拟施工地面设置3个地上平面控制点(强制归心三角架)、2个高程控制点(水准埋点)，用于构成地面控制网。4、在一楼的模拟工作井内设置地下平面控制点(测量吊篮)2个、高程控制点(水准埋点)2个，与二楼布置的地面控制网点组合使用，用于竖井联系测量，以及盾构机发射架的测量定位、施工中工作井洞圈实际位置复核测量、盾构机内激光接收靶的安装位置测量、掘进前盾构机的初始状态测量等隧道施工前期的数据采集工作。5、在一楼的模拟工作井内设置按1 :3比例缩小制作的盾构模型机，盾构模型机内设置激光接收靶，与地下平面控制点(测量吊篮)组合使用，用于盾构姿态测量。6、在模拟隧道内设置平面控制点(可伸缩测量吊篮)3个、高程控制点(水准埋点)2 个、复核控制点(测量边台)1个，用于地下导线测量、管片及竣工测量。在以上各测量环节中，可以在模拟施工环境中，使用测量仪器采集测量数据，填写测量报表，并能根据模拟施工状况，对测量数据进行运算分析，判断隧道掘进过程的精度控制情况和偏差处理措施。教师可以边讲解、边示范，学员可以边学习、边操作，教师还可以安排学员按规定程序进行全过程或部分操作，以便进行考核。吊篮也是用于测量的吊篮，可伸缩测量吊篮安装在隧道内，用于隧道内的地下导线测量、管片及竣工测量，吊篮安装在站台内，用于竖井联系测量、盾构机进(出)洞相关测量及盾构姿态测量；可伸缩测量吊篮由安置仪器的小篮和站人的大篮组成，在本系统中大篮是可以伸缩收放的(见图6)，吊篮只是安置仪器的小篮(见图5)，工作时利用盾构台车作为站人位置。本发明与现场真实施工过程相比具有不同特点
1)根据楼层高度和本系统功能需要，按缩小的比例制作盾构模型机。盾构模型机内设置激光接收靶，用于盾构姿态测量。2)对真实施工的数千米隧道长度截取典型的直线型和曲线型两种类型制作一段模型隧道。模型隧道由模型管片按真实情况逐环拼装而成。模型隧道的尺寸兼顾室内空间限制和测量设施安装、使用的空间需要。考虑人员进出安全，隧道底部由真实施工时的圆环状改成平面形式。3)通常隧道施工时，隧道内的可伸缩测量吊篮吊篮是固定在隧道顶部的，考虑本系统操作时的登高安全，将固定吊篮改为可伸缩的形式，不使用时缩起在隧道顶部，使用时放到地面，并设计了折叠式台阶，便于人员进入吊篮进行测量作业。4)为保证操作安全，对测量操作设施做了改进，将有棱角的部分做圆弧形处理，防止划伤操作人员。5)针对室内环境特点，设计了合理的消防疏散通道。
权利要求
1.盾构法隧道施工测量技术的室内实训系统，包括模拟施工现场地面、模拟工作井、 盾构机模型、模拟隧道，其特征在于模拟施工现场的地面布置在二楼楼面，模拟施工现场的地下布置在一楼地面，在二楼的适当位置开洞，通到一楼，作为模拟工作井，井内布置下井楼梯、工作井预留洞圈、盾构机模型，在一楼布置模拟隧道，模拟隧道既有直线段，和曲线段，并且与工作井侧壁的洞圈连接；在二楼适当位置布设有强制归心控制点(空导点)，用于构成首级控制网；在二楼的模拟施工地面的地上布设平面控制点(强制归心三角架)、高程控制点(水准埋点)，用于构成地面控制网；在一楼的模拟工作井内布设地下平面控制点 (测量吊篮)、高程控制点(水准埋点)、盾构机内激光靶标，用于竖井联系测量、盾构机进(出) 洞相关测量及盾构姿态测量；一楼的模拟隧道内布设隧道内平面控制点(可伸缩测量吊篮)、高程控制点(水准埋点)、复核控制点(测量边台)，用于地下导线测量、管片及竣工测量。
全文摘要
本发明公开了一种盾构法隧道施工测量技术的室内实训系统，其特征在于通过在室内制作盾构法隧道施工的模拟现场、实体模型和各种测量设施，模拟隧道施工现场盾构机掘进的施工测量控制过程，并能在理论讲解的基础上，进行实际操作训练，具有盾构法隧道施工测量控制技术的直观演示和操作培训功能。本发明的优点是能够在相对安全和安静的室内环境，利用该套与现场实际施工场景相似的室内测量系统，进行盾构法隧道施工测量工作内容的学习和操作训练，使参加培训人员熟悉和掌握盾构法隧道施工测量的工作内容，提升职业技能。
文档编号G09B25/00GK102568292SQ201110448919
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者张晶, 王云飞, 金中林, 陈建民 申请人:上海市机械施工有限公司
技术领域：
本发明涉及盾构法隧道施工测量技术及装置，特别是一种可以在室内进行现场盾构施工测量技术学习和操练的实训系统。
背景技术：
盾构法隧道施工是城市地下轨道交通建设中常用的施工方法，已广泛应用于国内外城市地铁的施工。在盾构法隧道施工中，测量控制是其中很重要的一个施工环节。盾构机从始发端工作井的预留洞圈进入土体，在地下十几米深的土体中行进，要在相距千米的到达端工作井的预留洞圈中准确钻出土体，这个过程就是依靠测量控制系统指引前进方向的。在盾构法隧道施工中，测量控制系统如同盾构机在黑暗前进的眼睛，时刻指导盾构机沿着设计轴线掘进，保证隧道预制管片被拼装到预定位置上，逐环完成隧道向前延伸，直至最终完成两个工作井间的整条隧道。盾构法隧道施工测量控制系统的控制原理是，以勘探报告、设计资料、首级控制网、两个工作井洞圈位置等已知资料为依据，通过实地采集区间隧道沿线地面信息、工作井空间信息、地上及地下测量控制信息、掘进过程中盾构机实时姿态、已拼装完成的隧道管片信息等工程信息，并进行综合分析运算，给出掘进空间方向的控制数据及掘进趋势的预测判断，实时控制和调整盾构掘进的方向，使隧道掘进方向保持正确。隧道施工测量控制工作内容繁多，环节复杂，工作责任性大，操作人员需要专门培训。在施工现场实地进行培训，不但存在安全隐患，同时对正常施工有一定影响。而在现场之外的培训，单纯依靠教材上的文字、图片及照片无法形象化地表达，更无法做操作练习。 为了解决这一难题，亟待发明一种能够形象地演示盾构法隧道施工测量控制系统技术内容，又能进行操作练习的室内模拟系统，满足技术培训需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种盾构法隧道施工测量技术的室内实训系统，使测量人员能在与施工现场相似的室内模拟系统中进行隧道测量控制技术学习，并能进行操作训练， 更好地理解学习内容，掌握实际操作方法，形成较强的动手能力。为了实现这一目的，本发明的技术方案为盾构法隧道施工测量技术的室内实训系统，包括模拟施工现场地面、模拟工作井、盾构机模型、模拟隧道，其特征在于模拟施工现场的地面布置在二楼楼面，模拟施工现场的地下布置在一楼地面，在二楼的适当位置开洞，通到一楼，作为模拟工作井，井内布置下井楼梯、工作井预留洞圈、盾构机模型，在一楼布置模拟隧道，模拟隧道既有直线段，和曲线段，并且与工作井侧壁的洞圈连接；在室外适当位置布设有强制归心控制点(空导点)，可以引到二楼，用于构成首级控制网；在二楼的模拟施工地面的地上布设平面控制点(强制归心三角架)、高程控制点(水准埋点)，用于构成地面控制网；在一楼的模拟工作井内布设地下平面控制点(测量吊篮)、高程控制点(水准埋点)、盾构机内激光靶标，用于竖井联系测量、盾构机进(出)洞相关测量及盾构姿态测量；一楼的模拟隧道内布设隧道内平面控制点(可伸缩测量吊篮)、高程控制点(水准埋点)、复核控制点(测量边台)，用于地下导线测量、管片及竣工测量。本发明可以用于如下几个方面
(1)中高等职业技术院校的地下工程施工测量专业的教学、实训； ⑵盾构法隧道施工测量技术干部、操作人员的职业培训、技能考核； ⑶地下工程施工技术、管理人员的继续教育、技术培训，等。
图1本发明的系统布置的侧立面图。图2本发明的系统布置的一楼平面图。图3本发明的系统布置的二楼平面图。图4本发明的地上平面控制点(强制归心三角架)的示意图。图5本发明的地下平面控制点(测量吊篮)的示意图。图6本发明的模拟隧道断面，以及隧道内平面控制点(可伸缩测量吊篮)的示意图。图中，1为模拟工作井，2为工作井起重机械，3为可伸缩测量吊篮(隧道内测量吊篮)，4为强制归心三角架，5为栏杆，6为工作井楼梯，7水准埋点，8为模拟隧道，9为测量边台，10为预留钢洞圈，11为盾构机模型，12为吊篮(站台内)，13为后视，14为一楼，15为二楼。
具体实施例方式包括模拟施工现场地面、模拟工作井、盾构机模型、模拟隧道，其特征在于模拟施工现场的地面布置在二楼楼面，模拟施工现场的地下布置在一楼地面，在二楼的适当位置开洞，通到一楼，作为模拟工作井，井内布置下井楼梯、工作井预留洞圈、盾构机模型，在一楼布置模拟隧道，模拟隧道既有直线段，和曲线段，并且与工作井侧壁的洞圈连接；在二楼适当位置布设有强制归心控制点(空导点)，用于构成首级控制网；在二楼的模拟施工地面的地上布设平面控制点(强制归心三角架)、高程控制点(水准埋点)，用于构成地面控制网； 在一楼的模拟工作井内布设地下平面控制点(测量吊篮)、高程控制点(水准埋点)、盾构机内激光靶标，用于竖井联系测量、盾构机进(出)洞相关测量及盾构姿态测量；一楼的模拟隧道内布设隧道内平面控制点(可伸缩测量吊篮)、高程控制点(水准埋点)、复核控制点(测量边台)，用于地下导线测量、管片及竣工测量。一个实例
1、本系统布置在室内两个楼层，以二楼楼面模拟施工现场的地面，以一楼地面模拟施工现场的地下；在二楼的适当位置开洞，通到一楼，作为模拟工作井，井内布置下井施工楼梯、工作井预留洞圈、盾构机模型等。在一楼布置模拟隧道，模拟隧道既有有直线段，也有曲线段，并且与工作井侧壁的洞圈连接。2、在二楼适当位置设置3个强制归心控制点(空导点)，用于构成首级控制网。3、在二楼的模拟施工地面设置3个地上平面控制点(强制归心三角架)、2个高程控制点(水准埋点)，用于构成地面控制网。4、在一楼的模拟工作井内设置地下平面控制点(测量吊篮)2个、高程控制点(水准埋点)2个，与二楼布置的地面控制网点组合使用，用于竖井联系测量，以及盾构机发射架的测量定位、施工中工作井洞圈实际位置复核测量、盾构机内激光接收靶的安装位置测量、掘进前盾构机的初始状态测量等隧道施工前期的数据采集工作。5、在一楼的模拟工作井内设置按1 :3比例缩小制作的盾构模型机，盾构模型机内设置激光接收靶，与地下平面控制点(测量吊篮)组合使用，用于盾构姿态测量。6、在模拟隧道内设置平面控制点(可伸缩测量吊篮)3个、高程控制点(水准埋点)2 个、复核控制点(测量边台)1个，用于地下导线测量、管片及竣工测量。在以上各测量环节中，可以在模拟施工环境中，使用测量仪器采集测量数据，填写测量报表，并能根据模拟施工状况，对测量数据进行运算分析，判断隧道掘进过程的精度控制情况和偏差处理措施。教师可以边讲解、边示范，学员可以边学习、边操作，教师还可以安排学员按规定程序进行全过程或部分操作，以便进行考核。吊篮也是用于测量的吊篮，可伸缩测量吊篮安装在隧道内，用于隧道内的地下导线测量、管片及竣工测量，吊篮安装在站台内，用于竖井联系测量、盾构机进(出)洞相关测量及盾构姿态测量；可伸缩测量吊篮由安置仪器的小篮和站人的大篮组成，在本系统中大篮是可以伸缩收放的(见图6)，吊篮只是安置仪器的小篮(见图5)，工作时利用盾构台车作为站人位置。本发明与现场真实施工过程相比具有不同特点
1)根据楼层高度和本系统功能需要，按缩小的比例制作盾构模型机。盾构模型机内设置激光接收靶，用于盾构姿态测量。2)对真实施工的数千米隧道长度截取典型的直线型和曲线型两种类型制作一段模型隧道。模型隧道由模型管片按真实情况逐环拼装而成。模型隧道的尺寸兼顾室内空间限制和测量设施安装、使用的空间需要。考虑人员进出安全，隧道底部由真实施工时的圆环状改成平面形式。3)通常隧道施工时，隧道内的可伸缩测量吊篮吊篮是固定在隧道顶部的，考虑本系统操作时的登高安全，将固定吊篮改为可伸缩的形式，不使用时缩起在隧道顶部，使用时放到地面，并设计了折叠式台阶，便于人员进入吊篮进行测量作业。4)为保证操作安全，对测量操作设施做了改进，将有棱角的部分做圆弧形处理，防止划伤操作人员。5)针对室内环境特点，设计了合理的消防疏散通道。
权利要求
1.盾构法隧道施工测量技术的室内实训系统，包括模拟施工现场地面、模拟工作井、 盾构机模型、模拟隧道，其特征在于模拟施工现场的地面布置在二楼楼面，模拟施工现场的地下布置在一楼地面，在二楼的适当位置开洞，通到一楼，作为模拟工作井，井内布置下井楼梯、工作井预留洞圈、盾构机模型，在一楼布置模拟隧道，模拟隧道既有直线段，和曲线段，并且与工作井侧壁的洞圈连接；在二楼适当位置布设有强制归心控制点(空导点)，用于构成首级控制网；在二楼的模拟施工地面的地上布设平面控制点(强制归心三角架)、高程控制点(水准埋点)，用于构成地面控制网；在一楼的模拟工作井内布设地下平面控制点 (测量吊篮)、高程控制点(水准埋点)、盾构机内激光靶标，用于竖井联系测量、盾构机进(出) 洞相关测量及盾构姿态测量；一楼的模拟隧道内布设隧道内平面控制点(可伸缩测量吊篮)、高程控制点(水准埋点)、复核控制点(测量边台)，用于地下导线测量、管片及竣工测量。
全文摘要
本发明公开了一种盾构法隧道施工测量技术的室内实训系统，其特征在于通过在室内制作盾构法隧道施工的模拟现场、实体模型和各种测量设施，模拟隧道施工现场盾构机掘进的施工测量控制过程，并能在理论讲解的基础上，进行实际操作训练，具有盾构法隧道施工测量控制技术的直观演示和操作培训功能。本发明的优点是能够在相对安全和安静的室内环境，利用该套与现场实际施工场景相似的室内测量系统，进行盾构法隧道施工测量工作内容的学习和操作训练，使参加培训人员熟悉和掌握盾构法隧道施工测量的工作内容，提升职业技能。
文档编号G09B25/00GK102568292SQ201110448919
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者张晶, 王云飞, 金中林, 陈建民 申请人:上海市机械施工有限公司
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