淺談地鐵盾構(gòu)施工測量控制

朱宗一

【摘 要】隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，我國在各大城市都開展了地鐵建設(shè)。目前地下鐵道建設(shè)中，盾構(gòu)施工以其獨特的施工工藝和較高的技術(shù)性和經(jīng)濟優(yōu)越性，在隧道施工中廣泛的得到了采用，為了滿足盾構(gòu)掘進并能按照設(shè)計要求貫通（貫通誤差必須<50mm），必須研究每一步施工測量工作所帶來的誤差，其中包括地面控制測量、豎井聯(lián)系測量和地下導線測量。地面測量條件較好、地面控制測量可以采用的提高測量精度的方法有很多，但是豎井聯(lián)系測量和地下導線測量就相對較為困難，因此，在盾構(gòu)施工測量中主要是對這兩項提出了較高的精度要求。

【關(guān)鍵詞】地鐵工程；盾構(gòu)施工；施工測量精度

前言

盾構(gòu)施工技術(shù)以其安全、高效、可穿越復雜地層的特點，在地鐵、引水工程、地下綜合管廊等工程中被廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的施工方法相比，盾構(gòu)法不僅安全、快速，而且不會對地面交通正常運行造成不良影響。盾構(gòu)施工中所采用的有效合理的測量措施，是確保工程施工安全、高效的重要保障。

1控制測量

1.1地面控制測量

地面控制測量是建立合適的測量控制系統(tǒng)，提供可靠的地面控制點，為聯(lián)系測量提供起算依據(jù)，同時作為竣工測量的起算數(shù)據(jù)。地面測量控制網(wǎng)的點位由甲方負責提供，定期對甲方提供的GPS控制點、精密導線點及高程點進行復測，建立地面導線控制網(wǎng)、地面高程控制網(wǎng)，精度符合要求后進行近井點控制測量。

1.2高程控制測量

高程控制測量主要包括地面精密水準測量和高程傳遞測量及洞內(nèi)精密水準測量，本工程的精密水準測量采用城市二等水準測量。其技術(shù)要求按《地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范》執(zhí)行。

1.3地下控制測量

盾構(gòu)區(qū)間控制測量導線采用交叉雙導線的形式布設(shè)，觀測時采用交叉觀測，通過多余觀測相互檢核。隨著盾構(gòu)的掘進布設(shè)控制點，控制延伸測量時，檢核起算點穩(wěn)定性后雙支導線測設(shè)。高程測量采用二等水準測量，并起算于地下近井水準點。為方便施工每120m布設(shè)一個水準點，水準測量與傳遞高程測量同步進行，重復水準點測量高程較差應(yīng)小于5mm，滿足要求時取其平均值作為控制點成果。本區(qū)間通過加測陀螺方位角提高控制網(wǎng)精度。選用陀螺經(jīng)緯儀的標稱精度不得低于15″，地面已知邊陀螺觀測站應(yīng)穩(wěn)定無干擾，通視良好的兩個地面控制點作為校準方向[1]。地下定向邊陀螺觀測時應(yīng)停止施工關(guān)閉設(shè)備，定向邊邊長以150m為宜，定向測量采用“地面已知邊一地下定向邊一地面已知邊”的測量程序。陀螺方位角測量每次應(yīng)測三測回，測回間陀螺方位角較差應(yīng)小于20″，測定儀器常數(shù)時應(yīng)進行子午線收斂角改正。測定的陀螺儀常數(shù)平均值的較差應(yīng)小于15″，每次陀螺儀經(jīng)緯儀定向應(yīng)盡可能在當天完成。

2聯(lián)系測量

聯(lián)系測量是為了確定地下始發(fā)邊在地面坐標系統(tǒng)中的平面坐標和方位角。本工程區(qū)間全長大于1500m，根據(jù)現(xiàn)場情況采用兩井定向，隧道掘進到約100m、300m、900m以及距貫通面100m～200m時進行聯(lián)系測量。豎井中鋼絲選用φ0.3mm鋼絲，懸掛10kg重錘浸沒在阻尼液中。通過加長鋼絲距離、控制點選用強制對中墩，減小測量誤差。每次聯(lián)系測量獨立進行三次，取三次平均值作為聯(lián)系測量成果。高程傳遞測量采用懸掛鋼尺法，將鋼尺懸掛在支架上，鋼尺上懸掛與鋼尺檢定時相同質(zhì)量的重錘，地上、地下兩臺水準儀同時讀數(shù)，同時地下近井高程點不少于2個。高程傳遞獨立觀測三測回，測回間變動儀器高并記錄溫度，三測回測得地上、地下水準點間的高差較差應(yīng)小于3mm。內(nèi)頁處理時進行溫度、尺長改正。使用近井定向邊和地下近井高程點前，應(yīng)對定向邊之間和高程點之間進行檢核，其不符值應(yīng)分別小于12″和2mm。聯(lián)系測量各次地下近井定向邊方位角較差應(yīng)小于16"，地下高程點高程較差應(yīng)小于3mm，符合要求時，可取各次測量成果的平均值作為后續(xù)測量的起算數(shù)據(jù)指導隧道貫通。

3盾構(gòu)機的測量

3.1盾構(gòu)機姿態(tài)測量

在盾構(gòu)施工過程中為了保證盾構(gòu)機按照設(shè)計規(guī)定的路線掘進，一般在盾構(gòu)機上安裝有導向裝置，比如陀螺儀、TCA全站儀等等，這些裝置在盾構(gòu)機的掘進過程中會隨時標示出盾構(gòu)機的姿態(tài)以及需要糾正的參數(shù)[2]。但是，由于導向裝置本身的測量精度有限，加之受到施工干擾等因素的影響，導致導向裝置提供的數(shù)據(jù)不可靠、測量精度也不高。為此需要依靠人工測量方法對盾構(gòu)機導向系統(tǒng)進行檢驗校對，并對盾構(gòu)機姿態(tài)進行檢核測量。盾構(gòu)機姿態(tài)測量主要測定的是盾構(gòu)機掘進瞬時位置是否符合設(shè)計要求，在測量工作中主要是利用全站儀和一些其他輔助工具，測定根據(jù)不同的盾構(gòu)機特點而在盾構(gòu)機上設(shè)置的一些標志點，從而通過幾何計算確定盾構(gòu)機瞬時掘進位置的正確性，為盾構(gòu)機操作人員提供操作校正參數(shù)。盾構(gòu)機姿態(tài)測量內(nèi)容主要包括：平面偏離、高程偏離、縱向坡度、橫向旋轉(zhuǎn)、旋切口里程等。

3.2盾構(gòu)機導向系統(tǒng)調(diào)試與掘進測量

力信導向系統(tǒng)（RMS-D）硬件主要是由徠卡TS15A全站儀、激光靶、工業(yè)電腦、控制盒、棱鏡及電臺等幾部分組成，在盾構(gòu)機上對硬件進行組裝，通訊進行調(diào)試。安裝全站儀吊籃，后視吊籃，測量出三維坐標。計算隧道設(shè)計中線的坐標、新建工程導入線路數(shù)據(jù)、盾構(gòu)機零位數(shù)據(jù)輸入（始發(fā)棱鏡坐標、盾首盾尾坐標、傾斜儀數(shù)據(jù)）、學習測量后導向系統(tǒng)正常運行，按照導向系統(tǒng)顯示參數(shù)進行推進。在盾構(gòu)推進過程中可對各種參數(shù)進行查詢和導出，定期對工程數(shù)據(jù)進行備份防止數(shù)據(jù)丟失。

3.3盾構(gòu)機的人工復核測量

準確測定盾構(gòu)機姿態(tài)是確保隧道貫通的重要環(huán)節(jié)。雖然盾構(gòu)機所配備的測量自動導向系統(tǒng)是很先進的，但是，由于制約導向裝置本身精度的主客觀因素很多，導向裝置提供的數(shù)據(jù)往往精度不高、數(shù)據(jù)不可靠。為了使SLS-T系統(tǒng)測出的盾構(gòu)機姿態(tài)精準、可靠，我們必須依靠人工測量方法對盾構(gòu)機導向系統(tǒng)進行檢核，對盾構(gòu)機姿態(tài)進行檢核測量。

3.4盾構(gòu)機始發(fā)測量

盾構(gòu)機始發(fā)測量包括洞門預埋鋼環(huán)復測、始發(fā)架測量、反力架測量、盾構(gòu)機初始姿態(tài)測量等。其一，洞門鋼環(huán)復測。洞門鋼環(huán)的安裝定位是在車站側(cè)墻施工過程中進行的，安裝過程中使用的車站底板控制點定位，同時受安裝誤差、后期變形等影響，需要進行洞門鋼環(huán)復測。進行洞門鋼環(huán)復測時，必須使用盾構(gòu)始發(fā)邊控制點，以此控制盾構(gòu)機始發(fā)姿態(tài)和接收時盾構(gòu)機的出洞姿態(tài)。其二，始發(fā)架測量。主要控制導軌的中線和高程，本工程盾構(gòu)機無鉸接且盾構(gòu)機始發(fā)后13.6m便進入R600右轉(zhuǎn)曲線，且加固區(qū)長8m，考慮盾構(gòu)機加固區(qū)不宜糾偏，盾構(gòu)機盾尾隧道中線左偏20mm，以確保隧道成型質(zhì)量。導軌前后高程與設(shè)計一致。其三，反力架測量。反力架為盾構(gòu)機推進提供反力，反力架的姿態(tài)直接影響盾構(gòu)機始發(fā)階段推進時的盾構(gòu)姿態(tài)。反力架定位測量可使用全站儀進行測設(shè)，測設(shè)完成后應(yīng)進行檢查測量，主要做到反力架與負環(huán)管片接觸的端面與盾構(gòu)機始發(fā)軸線垂直。其四，盾構(gòu)機初始姿態(tài)測量。通過懸掛垂球法測出盾首盾尾坐標，盾構(gòu)機頂盾首盾尾位置測出高程，計算出盾構(gòu)機盾首、盾尾三維空間坐標，根據(jù)盾構(gòu)機內(nèi)對稱點測量三維坐標計算旋轉(zhuǎn)角。得到盾構(gòu)機初始姿態(tài)水平偏航、垂直偏航、俯仰角、旋轉(zhuǎn)角等盾構(gòu)機初始姿態(tài)。同時在盾構(gòu)機內(nèi)布設(shè)13個標志點，點的分布均勻有縱深，在測量盾構(gòu)機初始姿態(tài)同時對標志點進行數(shù)據(jù)采集。

總結(jié)

由于盾構(gòu)機的自動測量系統(tǒng)必須有控制測量的支持才能運作，所以控制測量是盾構(gòu)隧道測量的基礎(chǔ)。為了保證隧道的順利貫通，我們首先要做好控制測量，然后就是保證自動測量系統(tǒng)的正常運行，定期對盾構(gòu)姿態(tài)進行人工檢測，保證導向系統(tǒng)的正確可靠。加強管環(huán)姿態(tài)檢測，及時發(fā)現(xiàn)管環(huán)的位移趨勢，防止管環(huán)安裝侵限。加強管環(huán)姿態(tài)的檢測同時也是對自動測量系統(tǒng)的復核。

參考文獻：

[1]邊大勇.地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工測量技術(shù)研究[J].測繪通報，2011（04）：55-59.

[2]方門福.地鐵控制測量檢測技術(shù)方法探討[J].城市勘測，2014（4）：123-126.251

（作者單位：中國電建市政建設(shè)集團有限公司）