上海地鐵7號線隧道盾構施工中的測量工作

桂芳茹

(四川建筑職業技術學院，四川德陽 618000)

1 工程概況

上海地鐵7號線錦繡路站——滬南路站區間隧道工程由西向東從白蓮涇防汛墻樁基和上海第三十八棉紡廠新廠房樁基(現已拆遷)穿過，繞過上海西思迪蓄電池有限公司及安達醫院走向。地面絕對標高為3.90 m左右。線路平面最大曲線半徑為360 m，在豎向為“V”字形坡。線路埋深在19 m～25 m之間，隧道斷面均為標準的單線單洞區間隧道，部分隧道工程需穿越高含水量、高壓縮性、低強度、低滲透性的飽和軟粘性土和粉質粘土夾粘質粉土層，本隧道掘進施工土層適合土壓平衡盾構施工。

2 施工測量

盾構法施工中測量工作的目的主要是為了確保盾構機準確進洞。這也是盾構法隧道施工的一個關鍵所在。盾構法隧道施工中的測量工作主要可以分為四個部分:地上平面、高程控制測量，地上與地下平面、高程聯系測量，地下平面、高程控制測量和盾構姿態測量四個部分。以下將分別詳述在上海地鐵7號線24標上行線盾構隧道施工中測量工作的各個方面。

2.1 平面、高程控制測量

(1)地面平面控制網的布設與施測

以甲方提供的平面控制點為依據，布置平面控制點，建立地面導線控制網。導線測量采用TOPCON GTS－602全站儀，分三次進行復核，時間為:施工前、施工中期和進洞前(100 m～50 m)。以地面控制網為基礎，施工時改用導線控制測量來控制整個隧道的盾構推進。

(2)高程控制網的布設與施測

地上高程控制測量主要是在復核甲方提供的精密水準點之后，以甲方給定的精密水準點為依據，根據施工的需要對施工現場進行臨時水準點的加密，也可將已知高程引測到近井點上，進行精密水準聯測來有效控制隧道高程貫通誤差。整個工程中的高程控制測量分三次復核，時間為:施工前、施工中期和進洞前100m～50m。

采用S1型帶平行玻璃板測微器水準儀配合因瓦尺按GB50026－93工程測量規范執行。

2.2 地上與地下平面、高程聯系測量

地上與地下聯系測量的目的主要是將井上點的平面坐標、高程與井上點的平面坐標、高程納入到同一個系統中，從而為井下控制測量提供依據。

(1)地上與地下平面聯系測量

在盾構法隧道施工中，隧道的貫通誤差有很大一部分來自地上與地下聯系測量。為了確保井下控制點的準確度，在工程中采用聯系三角形對地下控制點的坐標和方位進行復核。采用3根鋼絲，以兩組方位傳遞至井下固定起始邊，固定邊長度應≥100m～200m，整個區間根據實際施工需要確定施測次數，一般不少于3次，3次互差不得超過8″～10″。這種方法作業時間短(約需1小時外業工作量)、精度高、可靠性強，收效快等特點。

(2)地上與地下高程聯系測量

地上與地下高程聯系測量，主要是將地上精密水準點的已知高程傳遞到地下臨時水準點上去，也就是將地下與地上納入同一個高程系統中。

高程傳遞采用懸吊鋼尺的方法進行，所用鋼尺須經過鑒定，并使用與鋼尺標準拉力等量的重錘將鋼尺懸掛于井內，然后地面、井下兩臺水準儀同時觀察，用6個～8個視線高，最大高差不得大于2 mm～3 mm。鋼尺應進行尺長、溫度兩項改正。井下布設2個～3個地下起始高程控制點。整個區間施工中高程點的傳遞次數不得少于3次。

2.3 地下平面、高程控制測量

(1)地下導線測量

地下平面控制測量主要是采用布設支導線的方法進行。地下平面控制測量以定向測量結果為井下導線的起始邊，盡量使導線布設成為等邊直伸導線，隨著隧道掘進，逐次布設地下隧道貫通導線點，同時在管片封頂塊上布設吊籃，吊籃上設強制歸心的平面控制點，由貫通導線點引測。在測量定向過程中，布設了交叉導線，在每設置一個新的導線點時，均由2條交叉導線測得其坐標，當檢驗無誤后，取其平均值作為新點的測量數據或單導線左右角觀測法等有效測量手段來收斂地下導線重點自由度，確保盾構沿設計軸線跟蹤。

地下導線測量采用全站儀，左右角各測3測回，圓周角閉合差不得大于2″～3″，重復測定測角總和不得大于2″×n1/2(n為測站數)，邊長各3測回，往返觀測。每布設一個新點，為了檢核，必須從地面導線傳遞下來，將整條導線重測一次。

(2)地下水準測量

隨盾構推進深度，每隔一段距離，埋設一貫通高程控制點，作為隧道掘進的高程依據。按國家3等水準測量觀測，往返固定點高差≤2 mm～3 mm，全程高差閉合差≤±15 mm×s1/2(s為全程長度，單位:km)。然后轉測到相應吊籃上的控制點上。貫通高程控制點的高程應由地下起始高程控制點傳遞，引測前應對起始高程控制點進行復核。

地下平面、高程控制測量要做到勤復勤查。并能有效的和地面點互相聯測，以保證盾構推進方向的準確性。

2.4 盾構姿態測量

對于長隧道或曲線隧道施工來講，確保掘進機(盾構)能正確地沿著設計軸線進行推進和貫通是最關鍵的問題。這一方面取決于地面控制測量的精度，另一方面更重要的是地下隧道測量以及施工測量的精度和測量采用的技術手段。

根據盾構掘進的方法及盾構測量的特殊性，在測量之前需要對盾構機安裝測量覘牌和坡度板，以便對盾構進行及時測量，對盾構機姿態進行及時調整，使盾構按設計方向掘進。進行安裝時，先測量出盾構的軸線，并把覘牌和坡度板固定在盾構上，前標后標應具有足夠的長度，前標距切口越近越好，并用盾殼求出前標和后標到盾構中心的半徑。為確保整個施工期間不被破壞，設置保護記號，此項工作應有原始記錄和校核記錄，以免盾構標志數據中存在系統誤差。

當盾構機在直線段中掘進時，應用井下導線成果計算出盾構標志的坐標，即前標和后標的坐標(并進行轉角改正)，再利用幾何關系計算出盾構機切口和盾尾的實測坐標與設計坐標進行比較，而后以盾構實際縱坡計算出切口、盾尾的高程，經與設計高程比較后，計算出切口和盾尾的高程偏離值。

當盾構機在曲線段中掘進時，依據緩和曲線的計算方法，以直緩點為原點，切線方向為正北方向的施工坐標系，在這個坐標系中，依據儀器觀測所得到的前標和后標的水平角和邊長計算出切口和盾尾的實測坐標。

根據切口和盾尾的實測坐標，確定出盾構機實際的位置，如果盾構機掘進的位置在第一段緩和曲線中，就以橫坐標為里程值，代入緩和曲線的擬合方程，得到盾構機切口和盾尾的設計坐標，再和盾構機實測的切口和盾尾的坐標相比較，可得出盾構機切口和盾尾的平面偏差。

如果盾構機的掘進位置在圓曲線中，用實測的盾構機切口和盾尾中心坐標和圓心坐標反算出兩個距離，后根據半徑和兩個距離可輕易得出盾構機切口和盾尾的平面偏差。

如果盾構機的掘進位置在第二段緩和曲線上，將施工坐標系的原點轉移到緩直點上，與第一段緩和曲線利用相同的計算方法可以計算出盾構機切口和盾尾的平面偏差。這里要注意的是曲線的方向是和第一段緩和曲線相反的。

高程偏差測量，測出前標中心的垂直角計算出前標的高程，再依據盾構縱坡和幾何關系計算出切口、盾尾的高程與設計高程比較后，計算出切口和盾尾的高程偏離值。

圖1 盾構實時姿態跟蹤監測

為了做到對盾構機姿態的實時控制，盾構機掘進中采用盾構姿態自動監測系統。采用全自動跟蹤全站儀及相應的系統配件，結合自行開發的系統軟件，在工業控制計算機(IPC，以下簡IPC機)的控制下，完成盾構實時姿態跟蹤監測(單機模式)。盾構隧道支導線的基準點與基準線由固定在兩個吊籃上的一臺自動全站儀T和一個后視點Ba組成(圖1)。自動全站儀T測量固定棱鏡P1、P2、P3的三維坐標，這三個棱鏡被事先安置于盾構機內。通過三維向量歸算求得當前盾構機切口和盾尾的特征部位——中心點P01、P02的三維坐標(X01、Y01、Z01)、(X02、Y02、Z02)。

本系統的測量方式仍是傳統的連續支導線測量，通過測站的前后視轉角和水平距離的測量，最后測得盾構機內棱鏡的坐標。全自動測量系統由安裝在測站點T的一臺自動全站儀與IPC機組成。除了開關IPC機，系統運行時無須人員操作。只要IPC機進入測量模式，則系統的測量將連續循環進行，直到退出測量模式或關機為止。

為了保證盾構姿態的準確性，在盾構機掘進中采用人工測量和盾構姿態自動測量系統相結合的方法。對盾構機的掘進狀態達到實時的監測，確保盾構機沿著設計軸線掘進。

3 施工測量精度的保障措施

由于工程工期和施工環境的限制，使得測量工作不允許出現測量誤差超出限差的情況，在施工中，必須高度重視測量工作，必須加強施工測量檢核。特制定以下技術措施:

(1)施工放樣前將施工測量方案設計與意見報告監理審批。內容包括施測方法、操作規程、觀測儀器設備的配置和測量專業人員的配備等。

(2)固定專用測量儀器和工具設備，建立專業測量組，專人觀測和成果整理。建立測量復核制度，按“三級復核制”的原則進行施測。每次施測后，須經測量工程師復核。

(3)加強對測量用所有控制點的保護，防止移動和損壞;一旦發生移動和損壞，應立即報告監理，并與監理協商補救措施。

(4)測量儀器和設備，應按照規定的日期、方法送到具有檢定資格的部門檢定和校準，合格后方可投入使用。

(5)用于測量的圖紙資料，測量技術人員必須認真核對，必要時應到現場核對，確認無誤無疑后，方可使用，如發現疑問做好記錄并及時上報，待得到答復后，才能按圖進行測量放樣。

(6)原始觀測值和記事項目，應在現場用鋼筆或鉛筆記錄在規定格式的外業手簿中。測量技術人員要認真整理內業資料，保證所有測量資料的完整。資料必須一人計算，另外一人復核。抄錄資料，亦須認真核對。

(7)外業前，測量技術人員對內業資料進行檢查，所采用的測量方法、測量所用樁點以及測量要達到的目的向測工進行交底，做到人人明白;外業中，平面和高程測量要形成檢核條件，滿足檢核條件要求的測量成果才能成為合格成果，否則，返工重測。

(8)經常復核洞內有變形地方附近的導線點、水準點。隨時掌握控制點的變形情況，關注量測信息。在測量工作中，隨時發現點位變化，隨時進行測量改正，嚴格遵守各項測量工作制度和工作程序，確保測量結果的準確性。

4 結語

施工中的各個環節都應積極和測量監理工程師進行聯系、溝通和配合，滿足測量監理工程師提出的測量技術要求及意見，并把測量結果和資料及時上報監理，測量監理工程師經過內業資料復核和外業實測確定無誤后，方可進行下步工序的施工，確保施工的質量。

［1］ 張鳳祥，朱合華，傅德明.盾構隧道［M］.北京:人民交通出版社，2004

［2］ 樂貴平，趙宏偉，周秀普等.穿越全斷面礫石層的盾構施工［J］.現代隧道技術，2001，38(5);9～12

［3］ 杜文庫，聞永和.北京地鐵五號線盾構實驗段工程盾構法施工概述［R］.中德隧道(盾構)技術研討會資料之四，2002(06)

［4］ 王世友，李剛.天津地鐵一號線盾構施工技術［J］.天津建設科技，2003(5)

［5］ 王世友，李剛.地鐵盾構工程測量技術研究［J］.建設者，2009(9)

［6］ 陳煥然，李金城.城市地鐵盾構區間施工測量方案設計與實踐.鐵道勘察，2008(3)