施工測量控制在北京地鐵盾構施工中的應用

摘 要：以北京地鐵昌平線二期的盾構隧道工程為實例，介紹了盾構施工測量控制的要點，并對控制的方法進行了說明，通過對施工中各個環節的測量控制，達到了盾構隧道的精確貫通，為今后盾構施工測量的控制起到了指導作用。

關鍵詞：盾構施工；聯系測量；控制測量；姿態測量

1 工程概況

昌平新區站～南邵站區間自昌平新區站至昌平一期終點，與一期預留暗挖區間接口相接；區間中間設一風井，作為盾構始發井，其中，區間風井以北，采取雙線盾構法施工，為單圓斷面；區間風井以南區間段采用礦山法施工，為單洞單線馬蹄形斷面，設一臨時施工豎井及橫通道進行暗挖施工。區間沿線較為空曠，盾構隧道覆土厚度為10～18m；區間沿內環東路呈南北走向，到達昌崔路后呈東西走向到達昌平新區站。

盾構區間右線平面布置上隧道設計起止里程為K8+544.7～K9+585.1，區間全長約為1040.4m，設置曲線為右JD14（R=420m）；縱斷面布置上為“V”型坡，以22‰、3.2‰下坡后，再以6.4‰上坡；左線平面布置上隧道設計起止里程為K8+544.7～K9+585.1，其中K9+292.582設置長鏈21.582，區間全長約為1061.982m，設置曲線為左JD16（R=440m）；縱斷面布置上為“V”型坡，以21.2‰、3.16‰下坡后，再以6.4‰上坡。區間平面位置如圖1所示。

2 施工測量控制要點

根據本盾構區間施工特點及工程進度，施工測量可以分為以下幾項進行控制：聯系測量、盾構始發洞門的復核、盾構始發基座的安裝測量、盾構機姿態測量、盾構施工控制測量、盾構導向系統的移站測量、盾構管片姿態測量等。

2.1 聯系測量

本盾構區間段左線長度為1061.982m，可以分為以下四次進行聯系測量：即始發前聯系測量、盾構掘進100～150m聯系測量、掘進500m時聯系測量、盾構貫通前150～200m的聯系測量。由于盾構進場時，始發井以南至臨時豎井的暗挖段初支已經貫通，因此可以借助臨時施工豎井與盾構始發井進行兩井定向聯系測量。

（1）地面近井點測量

應在盾構始發井及暗挖臨時施工豎井附近至少布設3個平面控制點作為聯系測量的依據，地面近井點與精密導線點應構成附合導線或閉合導線，近井導線總長不宜超過350m，導線邊數不宜超過5條。視線離障礙物的距離不小于1.5m，避免旁折光的影響[1]；測量時應按精密導線網測量的技術要求施測，最短邊長不應小于50m。高程近井點應利用二等水準點直接測定，并應構成附和、閉合水準路線。近井點的測量應符合《城市軌道交通工程測量規范》的技術要求。

（2）平面聯系測量

分別在暗挖段臨時施工豎井和盾構始發井懸掛鋼絲，上貼反射片，依據近井點利用徠卡全站儀TPS1201（±1mm+1.5ppm*D）進行邊角測量。采用左、右角觀測，左、右角平均值之和與360°的較差應小于4\"，測角中誤差在±2.5\"之內；距離采用正倒鏡測量3測回，每測回三次讀數，各測回較差應小于1mm，如圖2所示。

（3）高程聯系測量

采用在豎井內懸掛鋼尺的方法進行高程傳遞，地上地下安置兩臺水準儀同時讀數，并在鋼尺上懸掛與鋼尺鑒定時相同質量的重錘；每次應獨立觀測三測回，測回間應變動儀器高，三測回測得地上、地下水準點間的高差較差應小于3mm；高差應進行溫差、尺長改正；讀數時應遵循“四舍六入五湊偶”的原則[2]估讀一位數值，見圖3。

為了保證準確貫通，貫通前最后一次的聯系測量則應將始發端與接收端地面及隧道內的控制點進行聯測，納入統一控制網，并進行嚴密平差計算。每次聯系測量成果均需上報業主測量隊進行檢核。

2.2 盾構始發洞門的復核

由于在洞門施工過程中可能會因為混凝土澆筑引起洞門預埋鋼環的上浮或者變形，為保證盾構機的正確始發，在盾構基座下井之前先按照設計對始發洞門預埋鋼環進行復核，應包括洞門凈空，洞門隧道中心線、中心高程等內容。根據聯系測量成果復核盾構始發洞門的三維坐標，具體做法如下：

（1）用全站儀免棱鏡模式測出洞門的鋼環邊的實際平面坐標，依次選擇左下、左中、左上、右下、右中、右上，具體位置如圖4所示，分別求平均值，然后將三組中心坐標再求平均值，作為洞門中心的平面坐標。

（2）用水準儀配合塔尺采用變儀器高法[3]分三次分別測出鋼環豎向中線位置的拱頂、拱底標高，取平均值作為洞門中心標高，并計算出洞門凈空是否符合設計要求。

綜上，將實測數據作為洞門中心的三維坐標。接收洞門則應根據最后一次的聯系測量成果進行復核，依據復核成果進行盾構掘進姿態的調整，確保隧道準確貫通。

2.3 盾構始發基座的安裝測量

（1）測量放線

始發前應考慮之前所復核的洞門偏差及設計軸線，根據施工圖紙事先計算出隧道中心線的三維坐標，在盾構始發井內按照設計隧道中心線采用坐標法實地放樣出盾構基座的中心線，基座中心線應與隧道中心線重合；基座的高程應按照洞門實測中心標高往下返。

（2）基座安裝

將基座吊入并沿中心線安裝，安裝過程中應隨時復核基座的中心線及滑軌的中心標高，測量精度為±1mm，誤差應控制在±5mm以內。由于盾構機前體比較重，為防止盾構機進入洞門后產生扎頭現象，因此安裝時應將基座比設計值高30mm。以同樣的方法安裝盾構機反力架和接收基座，值得注意的是在安裝接收基座時應低于設計標高10～20mm，以保證盾構機順利的滑上接收基座。

2.4 盾構機姿態測量

2.4.1 盾構始發前姿態測量

盾構機始發姿態的準確與否關系到盾構能否順利掘進，并且關系成形隧道是否合格，是盾構隧道施工的關鍵一步，因此應在盾構機組裝完畢后及時人工測量其姿態，并與自動測量導向系統的姿態進行復核。由于海瑞克盾構機廠家在生產過程中已經根據設計參數在盾體上的不同位置預先焊接了模塊，用全站儀通過特制的連接桿和配套的圓棱鏡測出其三維坐標，將數據輸入專用軟件進行計算，得出各個模塊與設計軸線的相對位置關系，從而得出盾構機的絕對位置、滾動角、俯仰角、刀盤切口里程、水平偏差、垂直偏差等。為保證盾構隧道的順利準確施工，一般情況下每條隧道應進行三次人工測量姿態，即始發前姿態測量、施工過程中姿態測量、貫通前姿態測量，人工測量與自動測量導向系統的姿態偏差應控制在±3mm以內。

2.4.2 盾構到達前的姿態復核

在盾構機距離到達接收井150～200m范圍內時，應進行全線聯系測量，并按照始發前的姿態復核標準來人工復核盾構機的姿態，從而根據接收洞門的位置來調整盾構推進姿態，確保隧道準確貫通。

2.5 盾構施工控制測量

2.5.1 平面控制測量

平面控制導線點采用雙支導線交叉布設形式，使兩條導線構成相互檢核條件，間距應根據規范要求布設，一般情況下直線段每隔150m、曲線段根據曲線半徑大小間隔不小于60m布設一對導線點；每一對導線控制點前后相距20m，必要時兩條支導線可以構成附合導線[4]。控制導線點應根據盾構施工進度及時往前延伸，并進行導線測量。每次聯系測量時應從洞口開始復核導線，進行平差[5]計算，計算結果應與前次測量成果相比較，較差為±2mm內為合格，若數值相差較大，則應分析原因，必要時重新進行聯系測量以求得準確數值。盡量避免將每一條支導線布設在隧道的同一側，使視線距隧道邊墻的距離大于0.5m，以減小大氣折光差[4]對測量結果的影響。雙導線布設形式如圖5所示。

導線控制點為強制對中點，用3×3cm角鐵焊接支架，上用10mm厚鋼板焊接作為平面，中間鉆孔焊接專用英制M8螺桿，伸長15mm，用膨脹螺栓將三角托架固定在隧道側面。施做樣式如圖6所示。

2.5.2 高程控制測量

在隧道側下方45°范圍內用10cm長的道釘做高程控制點，具體做法用電鉆在管片上打孔，將道釘砸入，周邊灌入水泥漿做保護，并做好標記；由于隧道內光照條件比較差，因此高程控制點間距應控制在60m之內，滿足高程測量要求即可。用精密水準儀配合銦鋼尺進行往返測量。

2.6 盾構導向系統的移站測量

在盾構隧道掘進過程中，由于地層發生變化，導致管片上浮或者下沉，從而使固定在管片上的導向系統測站及后視棱鏡發生位移，最終影響盾構姿態發生變化，或者超限，這就需要人工對導向系統測站及后視棱鏡進行復核，調整盾構機推進姿態。

在導向系統測站點向前搬移過程中，先通過導向系統自有程序測出新測站點的三維坐標，算出盾構機的姿態，記下測站點和后視棱鏡點的三維坐標；然后通過設置在隧道管片上的測量控制點分別利用全站儀和水準儀來人工復核導向系統的新測站點和新后視棱鏡點的三維坐標，比較兩者的坐標差值，如果≤±3mm，則可接受，將測得的三維坐標輸入SLS-T軟件程序，計算出新的盾構姿態，指導推進；若差值較大，則應找出原因，重新復核。

2.7 盾構管片姿態測量

盾構管片姿態測量是對盾構掘進姿態控制的檢核，通過對隧道內成形管片的測量，計算其與設計軸線的偏差數據，以此來調整盾構機的推進姿態，使實際的成形隧道在設計誤差范圍之內，盡量避免調坡調線情況的發生。

管片姿態一般應在管片脫出盾尾2-3環，管片基本穩定后進行首次測量，根據現場條件對后10環進行測量，第二次待管片完全脫出盾構機后配套臺車時測量，兩次測量應有重合，以便于比較管片的變化量。如圖7和圖8所示。

2.7.1 高程偏差的測量

利用水準儀+塔尺依據隧道內的高程控制點測出成形管片前端接縫的拱頂、拱底標高，計算出其豎向凈空值，拱底標高和半徑相加得出隧道實測中心標高，與設計標高相比得出高程偏差，“+”為上浮、

“-”為下沉。

2.7.2 水平偏差的測量

以隧道內的平面控制點為基線邊，利用全站儀及鋁合金靠尺（靠尺中間部位貼上反射片），將靠尺水平擺放在成形管片的前端接縫位置，測量出反射片中心的平面坐標，以此作為管片的中心坐標，比較成形隧道的實際軸線與設計軸線，計算出管片的前端里程及水平偏差。

綜合以上相應管片的里程、水平偏差及高程偏差數據，形成報表作為盾構掘進姿態調整依據。

3 注意措施

（1）要遵循PDCA管理循環的四個階段、八個步驟的方法，及時總結經驗教訓，避免出現重復性錯誤。（2）在施工中要完善聯系測量的二級檢核制度，即施工測量隊測量，業主測量隊檢核。（3）聯系測量時，應選晴天無風的日子，避免鋼絲及鋼尺晃動影響觀測效果。（4）強制對中點托架需要安裝穩固，防止晃動引起測量誤差積累。（5）復核洞門預埋鋼環時每組點位應選擇同一水平高度，避免因為高低位置不同而導致平均值偏離中心線。（6）接收洞門的復核應選擇在貫通前聯系測量后進行，將隧道兩端地面及隧道內施工導線控制點進行聯測，避免因地面控制點沉降而產生測量錯誤。（7）在施工中應充分調動起測量員的積極性，保持認真負責的態度，為打造優質工程而共同努力。

4 結束語

在本工程中通過對測量方法的及測量方案的優化，施工中對各個環節的測量控制，并通過對施工控制點進行日常復核，認真測量，細心計算，左、右線分別于2014年12月和2015年1月精確貫通，充分證明了進行合理的施工測量控制是有必要的。

參考文獻

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[2]顧孝烈，鮑峰，程效軍.測量學（第四版）[M].上海：同濟大學出版社，2011，2.

[3]高井祥，等.數字測圖原理與方法[M].徐州：中國礦業大學出版社，2001，4.

[4]孔昭璧，楊世清.生產礦井測量[M].北京：煤炭工業出版社，1995，11.

[5]金學林，馬金鈴，王菊珍.誤差理論與測量平差[M].北京：煤炭工業出版社，1990，10.