地鐵區間隧道盾構法施工中的測量技術

賈 哲

（中鐵一局集團城市軌道交通工程有限公司，江蘇 無錫 214000）

1 盾構隧道測量概述

地下工程勘察是指地下工程建筑施工、運行所需要的勘察工作，包括地下工程測量設計、施工、運行各階段的勘察工作。地下工程測量的任務是保證線性工程在規定的誤差范圍內正確連接，地面工程按設計要求完成。在盾構隧道施工中，需要進行的測量工作主要包括以下幾點：（1）地面控制測量。在地面建立平面、高程控制網；（2）接觸式測量。將地面坐標、方位角、高程轉移到地面，建立統一的地面-地下坐標系統；（3）地下控制測量。包括地下平面和高程控制。

2 檢測保證工作的內容及精確度要求。

根據地鐵施工測量的相關標準，編制測量方案，并配備整套精密測量儀器（徠卡TS15或TS16）、陀螺儀和精密水準儀（天寶DINI03）。精密測量的版本如下。

2.1 控制地面測量

以江蘇市二等三角測量為基礎，建立GPS點，測定精密導線。9個地面控制點其中2個是全球定位系統點。要求GPS點的中值誤差不超過4mm，最弱邊的相對中值誤差不超過118萬。三等精密導線的平均邊長為350m，測角中誤差要求≤±2.5。全長相對閉合差小1/35000；測距相對中誤差小于1/80000；在相鄰點的相對點上誤差≤±8mm。地面水平按照國家二級水準控制。

2.2 接觸式測量

為了測量平面連接，采用多功能自動旋轉全站儀（徠卡全站儀TS15）測量，并采用掛鋼絲獨立進行六測回，每測回的2C較差要小于9″。高程聯系測量采用3次重復測量差值一般控制在2mm以下。鋼板樁埋設銅芯，在井點附近埋設，要求牢固的埋設。

2.3 測量洞內導線

洞內導線分為兩個階段：基礎導線（120m邊長）和施工導線（曲線一般不小于60m，直線一般不小于100m）。測角誤差≤±3″，在隧道兩側交替布置導線點，以減少彎曲對水平角度的影響。當隧道挖至1000m時，使用陀螺儀對隧道內控制點進行方位角測量，驗核導線測的方位角。地下控制標高根據相關要求進行操作。

2.4 測量貫通

根據規范《城市軌道交通工程測量規范》（GB/T 50308—2017）規定，橫向貫通誤差不超過50mm。垂直貫通誤差不得大于25mm。據測算，測量工程設計完全滿足侵徹精度要求。

3 施工工藝

盾構機的盾構法從大的方向來說主要分為三部分：盾構法（進洞階段）；盾構試掘進和正式掘進階段；盾構接收（出洞）階段。

3.1 盾構法（進洞）階段

盾構掘進初始階段是控制盾構掘進的第一步。在準備工作之前和之后的初始階段進入隧道，盾構機施工主管應監督承包商充分準備技術、人員、材料和設備，并檢查是否具備進入隧道的條件，采用盾構機施工，以確保順利進行盾構施工的安全性和可靠性。

（1）加固盾構隧道土體。為了保證盾構施工的安全，更好地保護附近的地下管線和構筑物，在盾構掘進前加固入口區域的土體。加固土體的方法有很多(水泥攪拌樁的加固、高壓旋噴樁的加固等)。然而，無論采用哪種加固方法，加固的效果一直是現場施工的重點。在加固效果滿足設計要求的前提下，盾構機可以進入隧道。

（2）設置盾構始發基座。盾構施工開始前，盾構機應嚴格按照設計軸線放在起始底座上。所有準備工作完成后，沿設計軸線向地下掘進施工。盾構起始底座的定位精度直接影響盾構在盾構掘進前的起始姿態。

（3）后盾支撐系統安裝。護盾的驅動力由千斤頂提供，當護盾啟動時，千斤頂頂力作用于后援支撐系統。一般情況下，支承支架中的支撐體系由反力架、延伸環、負環等組成。在調整過程中，要注意支護系統是否滿足技術要求，即支護系統是否有足夠的硬度和強度，以保證在頂升力的作用下不變形。

3.2 盾構試掘進和正式掘進階段

（1）初期掘進的參數控制管理。初期掘進為盾構施工中技術難度最大的環節之一，不可操之過急，要穩扎穩打。土倉壓力設定以靜止土壓力為基準，結合地面監測情況進行動態調整，由于杭州地層軟弱，根據以往施工經驗，采取地面沉降2mm建立土壓。靜止土壓力以邱山大街站南端頭（始發端頭）為例計算如表1所示。靜止土壓力 P=17.5×0.54×3.3+18.9×0.559×1.9+18.7×0.384×5.1+18.6×0.462×3.1=114.5kPa=1.15bar。由于始發端頭加固土層較硬、自立性良好，同時考慮地面監測情況，掘進土壓設定為1.1～1.2bar。

（2）盾構法正式掘進階段。該標段選用土壓力平衡式盾構，該盾構有敞開式、半開式和土壓力平衡式三種掘進方式，每種掘進方式都有不同的特點和適用條件。①土壓力控制。在采用土壓力平衡模式掘進時，土壓力的設置是施工的關鍵，包括推進力、推進速度和開挖量之間的相互關系，對盾構施工軸線和地層沉降起主導作用。根據松弛高度計算土壓力的理論值。在施工期間，土壓力的設置值，推進速度，推進力和注漿量進行了優化和調整通過壓力表測量在適當的時候安排銑頭和密封的箱子，結合地質的反饋分析，埋藏深度和地面監測測量信息，確保地面變形控制在指定范圍內。②出土量控制。密封倉內的土壓力由螺旋輸送機的轉速和開挖門的開度控制，即以出土量控制。理論出土量：盾構機的開挖斷面為32.96m2，每環的理論出土量為32.96×1.2=39.55m3；據前期實際量測結果，所出土松散系數為1.15，故每環出土量控制在45.5m3左右。采用土壓力平衡方式掘進時，實際開挖量控制在理論開挖量的98%～100%，以保持一定的土壓力，保證盾構前方土體的穩定性。

表1 始發地層概況表

3.3 盾構法出洞階段

盾構掘進的準備工作完成后，為了減少前方鑿除洞門后，防止洞門出現涌水涌沙，盾構掘進應從原基導軌開始。監督這一關鍵環節應進行旁觀者監督，并重點做好以下工作：①盾構在擋土墻表面切下鋼筋后，盾構迅速靠向開口前方的土體。②在盾構掘進過程中，觀察隧道入口處是否有滲漏，督促承包商及時發現滲漏。③檢查倉庫土壓力設置是否正確，觀察倉庫是否有混凝土砌塊，并督促承包商及時拆除。④裝配零環正環前，檢查最后一環負環段的裝配位置。

4 隧道掘進自動激光導向系統的結構

4.1 ELS（電子激光系統）

電子激光系統安裝在一個由硬鋁制成的屏蔽罩上，用于測量入射激光束的X和Y坐標。平行于瞄準盒前板的是隱藏屏幕。當激光束照射到屏幕上時，通過屏幕的光線會變少。屏幕后面有感光電子設備，用于測量入射激光的強度。在最大強度下，記錄屏幕的角度位置，這個角度位置與激光在信標中的入射角(偏轉角)密切相關。ELS信號由一個傾斜儀標記，傾斜儀可以提供掘進機的橫傾角和俯仰角。通過感光板確定激光入射點，即激光相對于ELS不透明信標中心的X、Y坐標。從ELS信號到全站儀的距離測量采用全站儀的EDM功能。可測量的最大偏轉角為±5°；最大傾斜（配平）角為±15°；最大滾轉角為±40°。

4.2 MODEM（調制解調器）

調制解調器的目的是通過普通電話線遠程控制或檢查工作。此外，還可以在辦公室的屏幕上顯示隧道鉆孔機的位置。

4.3 PLC（程序邏輯控制器）

盾構機的千斤頂伸長量等數據控制計算機輸出。這種控制稱為程序控制器，獨立于單刀雙擲系統，由盾構機制造商提供。

5 裝置貫通測量

5.1 中腰線的標定

為了提高掘進速度，控制掘進精度，可以使用激光指示器來指示掘進的方向。尤其是機械化挖掘設備，固定在隧道掘進機的某個位置，在機器上有一個完美的光電接收目標。當機器前進時，如果定向裝置的激光束偏離方向，光電目標自動接收定向的偏離方向和偏離值，并向機器提供自動控制信息。

5.2 貫通后實際偏差的測定

（1）貫通時豎直面內偏差的測定。①使用水平測量或小鋼尺直接測量通過接合面兩側的腰線的高度差，其大小由垂直面的實際偏差來決定。②水準或全站儀的三角水平測量是指測量隧道兩端已知的高程控制點（水準點或全站儀導線點），其中高程合攏差主要反映高程測量的精度。

（2）調整中腰線。①為了不把中心線作為隧道挖掘方向的依據，指定交點兩側中心線的連接方向。②連接腰線兩側，根據實際偏差和距離計算隧道傾角。當極限坡度大于6%時，可調整實際坡度，延長腰線；當邊界小于6%，不需再調整中腰線。

5.3 測量竣工

隧道工程竣工后，進行竣工勘測，檢查隧道是否符合設計要求，并提供隧道工程和運營管理的基礎數據。隧道完成的測量主要包括間隙斷面測量、中線基礎樁及永久水準點的確定、縱橫斷面的測繪。

6 結束語

盾構法施工是一項非常復雜和嚴格的施工活動，文章對其主要施工技術和測量技術要點進行了探討總結和交流。在實際施工中應針對每個具體環節和步驟提前做出詳細的施工方案規劃，并對物資、材料、工具和設備的準備、操作人員進行詳細、明確的交底，并在施工過程中進行嚴格的檢測和檢查，以促進施工過程的順利進行。