淺談地鐵盾構法隧道施工測量技術

朱宗一

摘要：近年來我國經濟高速發展，公共交通領域發展更加迅猛。 地鐵作為一種地下軌道交通，很大程度上方便了人們的出行。 然而在地鐵施工的過程中，區間隧道施工一直是一個難點。 本文簡要分析在地鐵隧道施工方法中盾構法的優勢和適用環境，以四個工程階段測量為例著重介紹了盾構測量的方法和所需要的儀器以及操作要領，從而印證盾構法測量技術的安全性、可靠性和優越性。

關鍵詞：地鐵區間;隧道;盾構法;測量技術

前言：

由于具有施工安全、速度快且不影響地面交通、不受氣候條件影響和適用地層范圍廣等優點，盾構法近幾年來在地鐵區間隧道施工中得到了廣泛的應用。但盾構區間隧道距離長、前方設備多，造成隧道內通視條件差，給測量工作帶來了一定的困難。因此采用合理有效的測量手段是盾構施工安全、優質、高效的重要保障為確保地鐵區間隧道盾構法施工的準確性，在施工期間需按照實際情況采取相應的測量方法進行平面及高程聯系測量，將地面的平面坐標、方位及高程傳至隧道。聯系測量擬采用聯系三角形法、激光垂準儀法和陀螺定向法。

1盾構法應用于地鐵施工的優勢

盾構法具有高安全、高工效、影響小、更環保、施工快、質量高、省資金的特點，在施工中普遍受到施工單位的歡迎，特別是一些有資質和技術的施工單位，對這種方法研究的相當透徹，也熟練的掌握這項技術并加以創新。

1.1安全性較高

盾構法一般在地下施工，不受地面情況干擾，更不會受季節的影響，開工隨時隨地。地面交通、河道、航運、季節性潮汐等外部條件根本影響不到地鐵施工，能夠有效保證施工進度。在這種方法的作用下，可以進行挖掘、襯砌等基礎施工操作。

1.2工作效率較高

盾構法施工應用先進的設備，從設計完成就可以進入具體施工操作，在基礎工作中開挖、支護、出土、襯砌，可以一次性全部完成，大大提高工程進度，特別是機械的使用，能夠很好的改善施工條件，把人從勞動中解放出來，這種施工方式，完全是應用了現代最先進的技術，保證了施工質量。

1.3產生危害較小

盾構法施工都在地下，離地面有很大的高度距離，在地下進行施工時，對地面影響可以說幾乎沒有，施工時振動小、噪聲低，只是占用一部分道路，其他的施工過程是人們看的。特別是隧道穿越工程，地面建筑群根本不受限制，還有一些必須要穿越河底的工程，地面、水面交通完全是可以正常使用的，根本不會產生任何危害。

1.4經濟性更佳

盾構法在不同地質條件下均可應用，多車道隧道也可做到分期施工、運營，在柔軟或含水量大的圍巖中施工，盾構法專業技術優勢更加突顯，是多種施工方法中高性價比的一種施工作業[1]。

2盾構法施工測量四個階段：

2.1始發測量

始發前聯系測量完成后，繼而進行始發測量。 其主要流程包括測量盾構機安裝、測量定位盾構機導軌、測量盾構機初始姿態。

2.1.1測量盾構機安裝

盾構機安裝主要包括兩個部分，即反力架和始發臺，兩者可以在盾構機始發時提供初始推力以及初始的空間姿態。 在安裝反力架和始發臺時，需要注意以下幾點：反力架左右偏差應控制在±10mm之內，高程偏差應控制在±5mm 之內，上下偏差應控制在±10mm 之內。 始發臺水平軸線的垂直方向與反力架的夾角偏差應在±2‰范圍內，盾構姿態與設計軸線豎直趨勢偏差應小于±2‰，水平趨勢偏差應在±3‰ 范圍內，軸線方位角誤差不大于 1′30″。 注意一定要保證如上幾點，不然會影響盾構機的正常運行，影響工作狀態甚至發生危險。

2.1.2測量定位盾構機導軌

測量定位盾構機導軌注意點很多，主要注意事項有：保證原設計的隧道中線與施工中控制導軌的中線偏差不能超限，保證堅實平整的導軌基面。

2.1.3測量初始盾構機姿態

在測量初始盾構機姿態時重點測量盾構機刀盤中心三維坐標以及俯仰角、橫擺角、扭轉角等方面。盾構機姿態的控制質量直接影響施工精度。 若盾構機姿態得不到精確的及時的修正，輕則導致掘進的方向偏失，影響施工質量，重則造成事故，不可輕視。 因此，需要嚴格的精準的及時的控制盾構機姿態，基本要求是：縱擺角應不大于10 mm/ m，橫擺角應不大于10mm/m，扭轉角不大于20mm/m。目前盾構機姿態測量有人工測量和自動測量兩種。人工測量人力需求量大，測量數據量多，工作量大，又因以人為主體，不可避免的出現測量精度低，誤差大的問題。 且測量時間周期長，無法做到及時更改修正姿態，造成工期的延誤。 而自動測量則可以實現實時的精確地數據測量，測量精度高，誤差較小，全天候進行測量，得到數據時效性高，速度快，及時精確修正姿態，已經成為了目前的主流發展方向，在未來的應用前景廣泛[2]。

2.2掘進測量

日常推進測量采用先進的自動導向系統，以保證盾構施工軸線的準確性。日常測量主要是對盾構機每環推進的三維姿態進行測量，同時測量已成形的管片姿態。

2.2.1平面測量方法：采用4 m或3 m的鋁合金刮尺在中心處貼好反射片，再用一把水平尺固定在刮尺中間，控制刮尺的水平;把刮尺放在所要測環的底部，使刮尺水平放置，全站儀安置在井下控制導線點上，直接測量這環的中心三維坐標。

2.2.2高程測量方法：根據所測得的數據和測尺反光鏡片到隧道底部或中心的相對尺寸來計算管片底部和頂部高程。

2.2.3管片橫豎直徑測量方法：用手持測距儀分別放在管片底部和腰側來測量管片的橫豎直徑，通常取2～3次測量結果的平均值。將以上數據與設計數據進行對比，計算出成型管片與設計軸線的左右偏移量、上浮或下沉量，從而有效地控制和調整盾構姿態。

2.3洞門測量

貫通施工階段是整個工程階段的后期，為保證盾構機準確出洞，在貫通前需要進行接收井洞門測量。 為此我們需要精確測定洞門中心。洞門圈中心坐標為：x0=（xA+xB ） /2， y0=（yA+yB ） /2洞門圈中心高程為： H0 =（HC+HD） /2洞門中心測量是工程后階段最重要的測量步驟，應當盡可能保證數據的準確性和精度，為此應采取各種措施減少測量中的誤差。 例如，使用對中標志，采取多次試驗，根據每次試驗的測量結果加權平均，避免誤差過大的情況。并注意根據施工現場的具體情況，合理采取措施，靈活應用測量方法。 在實踐中，探求減少誤差的合理方法。 同時，定向邊精度對于貫通測量精確度的影響極大，定向邊精度每提升一點，都可以極大的提高貫通測量精度。

2.4聯系三角形測量

平面聯系測量主要有聯系三角形法、投點儀法和陀螺經緯儀聯合定向法等。 最常用的為聯系三角形法。 當豎井完成施工后，盾構正式施工開始前，先埋設穩定的控制點于基坑底部，然后在豎井內懸吊2根直徑為0.3mm的高強度碳素鋼絲，鋼絲上懸掛適當重量為10kg 的垂球，最后使用阻尼液（如機油）穩定重錘。 通過豎井絞車及導向滑輪懸掛2根高強度碳素鋼絲并分別在其上懸掛垂球。懸垂鋼尺法、水準測量法以及光電測距三角高程測量法都屬于傳遞高程的測量方法，在實際的工作當中通常采用懸吊鋼尺的方法進行高程傳遞。在始發井旁邊布設不少于2個近井水準點，測量近井水準點的高程線路符合到地面精密水準點上，在豎井內懸吊鋼尺，鋼尺下段懸掛重錘，地上和地下安置的2臺水準儀同時讀數，可得HB=HA+a-（m-n）-b。 每次應獨立觀測三測回，3測回變換儀器高，3次測得地上、地下水準點的高差較差應小于3mm。 如井底已有高程點，應進行高程檢核[3]。

結束語：

綜上所述，根據條件采用恰當的施工措施，是地鐵施工質量提升的關鍵，盾構法技術越來越成熟，必將在未來的地鐵施工中起到越來越重要的作用。在施工過程中嚴格檢測和檢查，以促進施工過程的順利進行。

參考文獻：

[1]曹振. 西安地鐵盾構施工安全風險評估及施工災害防控技術[D].西安科技大學，2013.

[2]馬法平. 基于FMECA的地鐵盾構施工風險監測信息體系研究[D].天津理工大學，2010.

[3]牛學軍. 城市地鐵盾構施工測量若干問題的探討[D].武漢大學，2005.