[发明专利]一种基于盾构管片测定的大坡度隧道轴线检测方法

说明书

本发明涉及一种基于盾构管片测定的大坡度隧道轴线检测方法，该方法利用环片接缝边缘确定隧道断面采集平面，建立独立坐标系，以最小二乘法拟合空间圆，再进行坐标系转换。与现有技术相比，本发明充分考虑隧道轴线检测时采集断面竖直偏差改正，能够真实反映隧道轴线施工偏差，方法更加科学可行，测量误差小，实施成本低。

技术领域

本发明涉及一种轴线检测方法，尤其是涉及一种基于盾构管片测定的大坡度隧道轴线检测方法。

背景技术

大坡度隧道掘进过程中，盾构机前部质量较大，一旦产生姿态偏差，将对环片纠偏产生较大困难，并且不利于控制隧道成型，甚至影响盾构出洞，因此，隧道施工过程中需要对隧道轴线进行实时检测，以确保盾构掘进的准确性。通常轴线检测方法有二：

1、水平尺加高度量测：此方法观测点位置并非实际环片中心，尤其当隧道坡度较大时，在隧道内并不能靠人眼判断坡度，如果以竖直面高度代替环片径向长度即隧道垂直面将产生明显偏差，直接影响轴线实测精度。

2、全站仪断面量测：此方法通常是在竖直面内采集环片点三维坐标，当隧道坡度较大时，同样存在实际采集面与应采集面的较大偏差，即使一些断面采集软件考虑了按隧道轴线设计坡度确定采集断面方向，但是由于轴线检测正是需要测定实际施工轴线与设计轴线的偏差，显然，当施工轴线与设计轴线存在较大偏差时，由于依据设计轴线定向，将难以发现施工轴线真实偏差。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于盾构管片测定的大坡度隧道轴线检测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于盾构管片测定的大坡度隧道轴线检测方法，具体步骤包括：

(1)全站仪按垂直管片纵向定向，沿环片接缝处仪器一侧环片边缘逐点测定三维坐标，测点的三维坐标为(x_i，y_i，h_i)^T，以此拟合平面；

(2)计算测点到拟合平面的垂距，剔除粗差点，计算合格测点在拟合平面的坐标；

(3)以拟合平面上的二维点拟合圆曲线，计算圆心坐标；

(4)将圆心在拟合平面上的坐标转换为原坐标系的坐标，与设计坐标进行对比，即完成检测。

进一步的，步骤(1)中：测点离开接缝边缘同等距离。

进一步的，步骤(1)中：测点拟合空间平面o’-x’y’z’的方程为ax+by+ch+d＝0。

更进一步的，步骤(2)中测点的坐标为(xp_i,yp_i,hp_i)^T，计算方程为：

式中：v_i＝-ax_i-by_i-ch_i-d。

更进一步的，步骤(3)中：

圆的方程为：(xp_i-x₀)²+(yp_i-y₀)²＝R²式中：(x₀,y₀)为圆心平面坐标，R为圆的半径，

误差方程：

式中：