地鐵盾構洞門鋼環安裝精度控制及測量數據分析

郭志明 王繼強 鄭立志

【摘要】地鐵盾構在始發、接收前都要進行洞門鋼環安裝定位，洞門鋼環是一個空間圓而且安裝精度要求非常高，安裝的合不合理，這關系到盾構機能安全始發與成功接收的問題。本文主要介紹地鐵盾構洞門鋼環安裝精度控制，通過全站儀測量洞門鋼環圓周上若干個三維坐標點，結合CAD、Excel軟件對坐標數據進行轉換計算，得到洞門鋼環實際位置，與設計洞門鋼環斷面圖進行對比分析，以滿足鋼環安裝精度。

【關鍵詞】盾構鋼環;測量;定位;三維坐標

1、盾構洞門鋼環安裝定位方法

1.1盾構洞門鋼環制作和安裝精度要求

盾構洞門鋼環制作和安裝精度要求非常高，根據設計圖紙及規范要求，預埋盾構鋼環制作加工及安裝精度如下：直徑允許誤差20mm，平面安裝誤差±20mm，高程誤差±15mm，焊縫須連續、不漏焊，焊縫高度均為8mm。

1.2盾構洞門鋼環安裝

（1）由于盾構洞門鋼環直徑比較大，吊運安裝過程中容易變形，鋼環需分成三塊制作，即每分塊120°圓弧，并采用角鋼在環內加撐減小變形。

（2）盾構洞門鋼環運至現場后，需在地面進行試拼裝，保證分塊之間能夠準確對接，檢測鋼環內徑、平整度、焊縫厚度是否滿足設計要求。

（3）施工單位項目部專業測量人員在端頭墻上測放盾構洞口位置，然后根據控制線在端頭上焊接定位鋼筋，焊接完成后采用吊車將下半部鋼環吊放至設計位置。

（4）因受車站圍護結構內支撐的影響，端頭井處內襯墻須采用分段分層澆筑，所以盾構鋼環的安裝要分兩次進行，首先安裝鋼環下半環，待下半環定位完成后，再安裝上半環。

1.3盾構洞門鋼環測量原理及測量方法

（1）根據測繪院提供的測量控制點進行聯系測量，往車站底板引測兩個導線控制點;導線形式為閉合或附合導線，導線精度滿足《城市軌道交通工程測量規范GB/T50308-2017》的要求。

（2）根據坐標正反算計算在車站洞門底板上放樣隧道設計中心延長線上的一個平面坐標點，使坐標點便于架設全站儀，并保證全站儀能看到盾構鋼環一周。

（3）利用在底板上計算的控制點架設全站儀，底板上的其中一個控制點作為后視點，另一點作為檢核點，在洞門端頭地連墻面上放樣出鋼環中線。

（4）根據底板上高程控制點，利用水準儀在洞門地連墻上畫出盾構鋼環中心及底設計標高線，設計底標高線與隧道中心線的交點即為盾構鋼環底中心位置。

（5）利用吊車下放鋼環，根據隧道中線及標高線對鋼環進行初步定位。

（6）項目部專業測量人員利用全站儀對洞門鋼環進行三維坐標測量，測量數據經過轉化后，在CAD圖上展點得到洞門鋼環實測位置與設計位置的斷面對比圖。

2、工程實例

濟南市裴家營地鐵站為明挖車站，車站沿規劃路東西向布置，地下雙柱三跨雙層島式車站，東西端頭均為盾構接收井，車站主體結構盾構鋼環位于1軸小里程方向（SK21+354.296、XK21+353.831），38軸大里程方向（SK21+652.768、XK21+652.768），均為單圓盾構預埋鋼環，鋼環內徑6900mm，外徑7100mm，寬度900mm，厚度為10mm。盾構洞門鋼環初步定位完成后，項目部專業測量人員對鋼環進行數據采集。

2.1測量數據采集

采用徠卡TS15A全站儀（測角精度±1″，測量距精度1+1.5ppm），置鏡于隧道中心延長線的已知點上，后視另一個已知點，通過三角高程計算出儀器高輸入儀器進行定向，瞄準盾構洞門鋼環內邊緣點，用無棱鏡測距模式直接測量該點三維坐標，并存儲到儀器自帶內存里。為了盡可能保證鋼環的精度，宜沿鋼環圓周測量若干個點，且間距應均勻，該盾構洞門鋼環采集的三維坐標，如表1所示：

2.2數據計算處理

因為盾構洞門鋼環是一個空間的圓，實測的坐標是平面坐標，所以要對坐標進行轉化。根據坐標正反算計算出實測坐標與同一里程隧道中線坐標的距離，判斷實測Y軸坐標與同一里程隧道中線Y軸坐標的大小，如果小則在隧道中線的左邊（計算的距離為負數），否則為右邊（計算的距離為正數）。判斷實測高程與同一里程設計鋼環底面高程的大小，如果小則在設計鋼環底下面（計算的差值為負數），否則在上面（計算差值的為正數）。坐標轉換可以使用Excel進行數據處理，盡量的減少數據人工處理，保證數據的正確性。

經過整理將高程差值作為新的X坐標，計算的距離作為新的y坐標，轉換后的坐標成果如表2所示：

在CAD中以盾構洞門鋼環斷面圖為基礎，設計洞門鋼環底作為0，0點，將轉換后的新坐標以（Y，X）的形式展到CAD中，即得到盾構洞門鋼環實測位置與設計斷面對比圖。

2.3數據分析

實測鋼環底標高比設計鋼環底標高低5mm;實測鋼環頂標高比設計鋼環頂標高低2mm;左側實測位置與設計位置差值-9mm，鋼環偏右;右側實測位置與設計位置差值11mm，鋼環偏右。由以上數據可以看出，盾構洞門鋼環實際位置偏隧道中線右側，偏移量為10mm，上下直徑比設計直徑大3mm，滿足設計規范要求。

結語：

根據測量數據對比分析，采用全站儀測量盾構洞門鋼環圓周三維坐標點進行坐標轉換，并通過CAD軟件直觀地體現出盾構鋼環的實際狀態，這種方法操作簡單又以圖的形式展現出來，直觀明了。為了更精確的體現盾構洞門鋼環的實際位置，可以采集更多的數據，大量的數據計算繁瑣，為了提高工作效率，數據的處理完全可以通過Excel中函數公式進行計算。此方法也同樣適用于地鐵車站、暗挖區間的斷面測量，為后期地鐵調線調坡提供有利數據。

參考文獻：

[1]楊國峰，林清基.地鐵隧道洞門鋼環安裝定位測量方法探討[J].建筑監督檢測與造價，2015，8（02）：51-54.

[2]韓三琪，張曉川.地鐵盾構洞門鋼環中心三維坐標擬合計算[J].施工技術，2016，45（S1）：521-523.

作者簡介：

郭志明，北京建工土木工程有限公司，北京。