兩井定向在地鐵盾構(gòu)法施工中的應(yīng)用探索

張定宇

摘要：盾構(gòu)法具有掘進(jìn)速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度低、施工噪音小、不受季節(jié)、氣候條件影響等優(yōu)勢(shì)，而在城市地鐵隧道施工中被廣泛應(yīng)用。但是，由于地下巖壁與土層斷面尺寸多變，使得掘進(jìn)精度極易出現(xiàn)較大誤差，而影響隧道施工的安全性，因此，施工單位在盾構(gòu)施工中引入兩井定向的方法，即將地面控制網(wǎng)的平面坐標(biāo)與方向，傳遞給井下的控制點(diǎn)與導(dǎo)線邊，進(jìn)而確保地鐵貫通的定向精度能夠滿足施工標(biāo)準(zhǔn)要求。本文將結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)兩井定向的原理以及在地鐵盾構(gòu)法施工中的實(shí)際應(yīng)用效果予以分析和闡述。

關(guān)鍵詞：地鐵;盾構(gòu)法;兩井定向;具體應(yīng)用

1 工程概況

某城市地鐵交通2號(hào)線建設(shè)工程第一標(biāo)段，站點(diǎn)起始里程為DK08+252.099，終點(diǎn)里程為DK09+175.454，盾構(gòu)區(qū)間在出站點(diǎn)后有16m的直線段，然后左線以345m的曲線半徑，右線以355m的曲線半徑分離，最大線間距為17m，然后統(tǒng)一并攏為16m，并轉(zhuǎn)為平行直線段行進(jìn)，最終進(jìn)入下一站點(diǎn)的直線間距為16m。從該站點(diǎn)起始位置出發(fā)后，經(jīng)過(guò)4‰的向上坡度，然后轉(zhuǎn)為20‰向下的坡度，在進(jìn)入下一站點(diǎn)之前，轉(zhuǎn)為6‰向上的坡度，最后以4‰向下的坡度進(jìn)入站點(diǎn)。該站點(diǎn)起始端兩側(cè)的接收井間距為176m，井深為18m。根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖紙以及《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》（GB_T50308-2017）的要求，該區(qū)段隧道的橫向貫通中誤差不得超過(guò)±50mm，高程貫通中誤差不得超過(guò)±25mm，二者之間的比值結(jié)果應(yīng)當(dāng)小于2倍。地下導(dǎo)基線邊方位角的互差不得超過(guò)±16″方位角中誤差不得超過(guò)±8″，導(dǎo)線邊的邊長(zhǎng)互差不得超過(guò)±8mm，重合點(diǎn)坐標(biāo)較差不得超過(guò)30mm×ld/Ld，其中l(wèi)d代表導(dǎo)線長(zhǎng)度，Ld代表貫通長(zhǎng)度，單位為m。

2 兩井定向在地鐵盾構(gòu)法施工中的具體應(yīng)用

2.1 應(yīng)用原理分析

在盾構(gòu)掘進(jìn)施工開(kāi)始之前，首先以該地鐵站兩端的始發(fā)井作為基準(zhǔn)點(diǎn)，分別在始發(fā)井的位置懸掛直徑介于0.2—0.5mm之間的碳素彈簧鋼絲，在選擇鋼絲時(shí)，應(yīng)當(dāng)保證該材質(zhì)的鋼絲強(qiáng)度能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)鋼絲的位置固定以后，在其下面懸掛一個(gè)重量為10kg左右的重錘，并將重錘浸泡阻尼液當(dāng)中，當(dāng)這一系統(tǒng)保持相對(duì)平衡以后，此時(shí)的坐標(biāo)方位角保持不變。在布設(shè)近井點(diǎn)時(shí)，布設(shè)位置與鋼絲之間的距離保持在10—15m左右，并測(cè)量出兩根鋼絲的平面坐標(biāo)，根據(jù)坐標(biāo)值能夠快速計(jì)算出兩根鋼絲連線的坐標(biāo)方位角。全站儀可以安置在近井點(diǎn)的位置，當(dāng)測(cè)量?jī)x器安裝就位后，可以利用無(wú)定向?qū)Ь€測(cè)量的方法對(duì)兩根鋼絲進(jìn)行聯(lián)測(cè)，通過(guò)聯(lián)測(cè)，可以得到井下近井點(diǎn)位置的平面坐標(biāo)，最后運(yùn)用分析軟件對(duì)測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理[1]。

2.2 投點(diǎn)所需的設(shè)備與材料

投點(diǎn)是兩井定向操作中的一道關(guān)鍵工序，主要以定向水平為標(biāo)準(zhǔn)懸掛垂球，目前，最為常見(jiàn)的投點(diǎn)方法是垂球線單重投點(diǎn)法，這種方法又劃分為單中穩(wěn)定投點(diǎn)法與單重?cái)[動(dòng)投點(diǎn)法，前者主要將垂球置于水桶當(dāng)中，連接介質(zhì)是定向水平的測(cè)角量邊與靜止球體構(gòu)成的靜態(tài)體系。而后者的連接介質(zhì)則是固定垂球線與定向水平構(gòu)成的動(dòng)態(tài)體系。無(wú)論是單中穩(wěn)定投點(diǎn)法還是單重?cái)[動(dòng)投點(diǎn)法，所需的主要材料及設(shè)備包括：垂球、鋼絲、油桶、全站儀以及其它附屬設(shè)施。其中，垂球的重量為10kg左右，鋼絲的直徑介于0.2—0.5mm之間，材質(zhì)為高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)碳素鋼。油桶的直徑應(yīng)當(dāng)大于垂球直徑，二者的直徑差為100mm，由于二者之間存在的一定的距離間隔，因此，在垂球擺動(dòng)時(shí)，不會(huì)與油桶壁發(fā)生刮碰。在該工程當(dāng)中，所使用的全站儀的型號(hào)為L(zhǎng)eica TS16（1″），數(shù)量為兩臺(tái)，觀測(cè)點(diǎn)分別位于同一根鋼絲上面的井上與井下兩個(gè)控制點(diǎn)位。另外，測(cè)量時(shí)所需的反射片，其規(guī)格為3.5cm×3.5cm，型號(hào)為L(zhǎng)eica，同時(shí)，選用帶基座的腳架來(lái)支撐全站儀。

2.3 兩井定向作業(yè)流程

首先需要確定地面兩處近井點(diǎn)的坐標(biāo)值，分別記作JJD1和JJD2，而隧道內(nèi)部的近井點(diǎn)坐標(biāo)記作Y1和Y2，并在這兩個(gè)位置分別架設(shè)全站儀，為了提高觀測(cè)精度，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員應(yīng)當(dāng)獨(dú)立觀測(cè)三次，來(lái)讀取相應(yīng)測(cè)站近井點(diǎn)到鋼絲的水平距離和水平角。然后將每一次的觀測(cè)結(jié)果輸入到南方平差易2005平差軟件當(dāng)中，通過(guò)軟件的分析與處理，來(lái)計(jì)算出隧道始發(fā)基線控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)，并將這一坐標(biāo)記作（X，Y）。通過(guò)內(nèi)業(yè)起算數(shù)據(jù)，技術(shù)人員可以利用平差易2005平差軟件對(duì)地面平面加密近井點(diǎn)以及鋼絲坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，而無(wú)定向?qū)Ь€依然應(yīng)用該軟件來(lái)計(jì)算出Y1和Y2基線控制點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。最后根據(jù)始發(fā)基線平面控制計(jì)算成果得出平面控制網(wǎng)結(jié)論，即：全長(zhǎng)相對(duì)閉合差的規(guī)范要求為1/35000，計(jì)算結(jié)果為1/71510，方位角閉合差的規(guī)范要求為±13.23″，計(jì)算結(jié)果為-4.12″，測(cè)角中誤差的規(guī)范要求為±2.5″，計(jì)算結(jié)果為1.66″，相鄰點(diǎn)相對(duì)點(diǎn)位中誤差的規(guī)范要求為±8mm，計(jì)算結(jié)果為6.6mm，測(cè)距相對(duì)中誤差的規(guī)范要求為1/80000，計(jì)算結(jié)果為1/81526，通過(guò)與規(guī)范要求的比對(duì)，其測(cè)量誤差范圍均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求[2]。

3 兩井定向在地鐵盾構(gòu)法施工中的應(yīng)用結(jié)論

在該地鐵隧道盾構(gòu)施工中，施工單位主要采取了兩井定向與無(wú)定向?qū)Ь€相結(jié)合的施測(cè)方法，通過(guò)對(duì)測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)的比對(duì)可以看出，每一個(gè)施測(cè)點(diǎn)位的誤差范圍均在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，因此，這種方法對(duì)隧洞的成功貫通發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，該地鐵站的地下隧洞貫通以后，通過(guò)對(duì)各控制點(diǎn)的復(fù)測(cè)，測(cè)得左線隧道貫通的縱向誤差為13.1mm，橫向誤差為6.2mm，豎向誤差為9.1mm，右線隧道貫通的縱向誤差為8.3mm，橫向誤差為6.6mm，豎向誤差為-6.4mm，誤差值均在標(biāo)準(zhǔn)誤差范圍之內(nèi)。

結(jié)束語(yǔ)：

目前，雖然兩井定向測(cè)量技術(shù)已經(jīng)日漸成熟，但是，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中仍然暴露出一些亟待解決的問(wèn)題，比如在測(cè)量過(guò)程中，井上與井下需要測(cè)量的控制點(diǎn)較多，無(wú)形當(dāng)中就增加了實(shí)測(cè)工作量。因此，在應(yīng)用兩井定向測(cè)量技術(shù)時(shí)，施工單位應(yīng)當(dāng)積極借鑒和汲取成功的經(jīng)驗(yàn)，在提高測(cè)量精度的同時(shí)，為城市地鐵隧道的順利貫通提供強(qiáng)大的技術(shù)支持與保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 姚江，朱家俊，史楠. 兩井定向在地鐵盾構(gòu)法施工中的應(yīng)用[J]. 云南水力發(fā)電，2020，36（9）：156-158.

[2] 詹小峰. 兩井定向聯(lián)系測(cè)量在北京地鐵盾構(gòu)隧道施工中的應(yīng)用[J]. 市政技術(shù)，2016，34（z1）：95-97.