浅谈地铁盾构测量施工方法

浅谈地铁盾构测量施工方法

张宁 1 王楠 2 吴慧珠 2

( 1.辽宁宏图创展测绘勘察有限公司 2.沈阳品泰勘测设计有限公司 )

摘 要:结合地铁2号线盾构工程,主要介绍运用高精度全站仪及精密电子水准仪进行控制测量、竖井联系测量（两井定向）、盾构机姿态测量、地下精密导线测量、管片姿态测量等方面；论证了提高盾构工程测量施工精度和质量的方法。

关键词：控制测量 竖井联系测量 盾构机姿态测量

1、地铁盾构测量精度设计要求和原则

地铁盾构测量的首要任务是保证隧道贯通，因此在盾构隧道工程测量精度设计中，合理的规定隧道贯通误差及允许值，是盾构隧道测量的一项重要任务。地铁盾构测量一般设计给定的隧道结构限界裕量每侧为100mm，则这100mm的限界裕量中主要包括施工误差、测量误差、变形误差等。

2、盾构测量施工内容

2.1交接桩复测

一般我们在接到业主下发的交接桩成果表后,立即认真组织测量人员对管区内GPS点、精密导线、城市二等高程控制网进行复测，进行严密平差，复测成果与原成果较差在允许范围内方可使用。

2.2四等控制网加密

交接桩复测结束后，在施工前或施工中，根据施工情况对控制网进行加密测量，加密测量的控制点成果必须上报测量检测单位检测，检测合格后方可用于施工测量。精密导线沿线路方向布设，并应布设成附和导线、闭合导线或结点导线网的形式，加密点相邻边长小于1/3。施测时采用高精度全站仪、精密电子水准仪及配套铟瓦尺进行（目前测量一般都使用徕卡TS系列1〃～2〃高精度全站仪）。依据盾构施工需要，加密四等导线点与GPS点形成附和导线测量线路，采用强制对中观测装置，作为主以后的盾构施工需要。地面高程控制网点的布设应满足施工测量需要，需找牢固稳定的地点埋设，不受施工过程或其他外界条件的影响而导致沉降变化。

2.3地面控制测量

从地面向地下采用导线测量的方法进行定向，垂直角应小于30°且定向边中误差应小于8″。精密导线只有两个方向时，按左右角观测，左右角平均值之和与360度的较差小于4″。水平角观测遇到长、短边需要调焦时 ，应采用盘左长边调焦，盘右长边不调焦；盘右短边调焦，盘左短边不调焦的观测顺序观测。

每条导线边应往返观测各两个测回，每测回间应重新照准目标，每测回三次读数。测距时一测回三次读数的较差小于3mm，测回间平均值的较差应小于3mm，往返平均值较差小于5mm。气象数据每条边在一端测定一次。地面高程控制测量在业主提供了二等精密水准点上利用2个或2个以上的精密水准点构成附和水准路线。在竖井附近先作附和水准路线然后再作趋近水准，将高程传递到竖井附近。水准网的测量均按二等水准测量作业指标执行。

精密水准测量观测方法如下：往测（奇数站上为：后—前—前—后；偶数站上为：前—后—后—前），返测（奇数站上为：前—后—后—前；偶数站上为：后—前—前—后）每一测段的往测与返测，分别在上午、下午进行，也可在夜间观测。

2.4联系测量

钢尺导入法是传统的竖井传递高程的方法。将钢尺悬挂在支架上，尺的零端垂于井下，并在该端挂一重锤，其重量应为检定时的拉力。将地面高程按二等水准测量作业标准传递到近井水准点A上。井上和井下安置两台水准仪同时读数，井上用水准仪读取近井水准点A上水准尺的读数，读数为a，在钢尺上读取读数m，需独立观测三测回，每测回变动仪器高度；井下用水准仪读取钢尺上读数n，在车站里水准点B的水准尺上读取读数b，也需独立观测三测回，每测回变动仪器高度。三测回测得地上、地下水准点的高差应小于3mm,观测时应量取地面和井下的温度，三测回测定的高差应进行温度、尺长改正。进而测定水准点B的高程，即为盾构始发及掘进的高程控制的依据。

2.5竖井定向

平面联系测量的目的是统一井上下的平面直角坐标系统。隧道贯通前的联系测量工作不应少于3次，宜在隧道始发到100m、掘进一半以及距贯通面100～200m时，分别进行一次，其具体任务是确定井下起始点和起始边在地面坐标系统中的平面坐标和方位角。在这两项任务中，确定井下导线起始边方位角是主要的。在隧道里需建立一条支导线，起始边的方位角误差对隧道各导线点的影响是随各点与起始点的距离成正比增大。采用双井定向，通过增大两根钢丝的距离来减小钢丝的投向误差并提高起始边的方位角的精度。

双井定向的外业包括投点和连接测量两部分。车站施工达到始发要求后，分别在车站两竖井处各投挂一根钢丝，采用单荷重投影法，在每根钢丝上下两端适当位置上粘贴反射片，分别为A、B与 。在车站竖井附近的加密导线点上架设全站仪，测出两根钢丝到导线点的角度和距离，从而计算出A、B的坐标。注意投点时先在钢丝上挂以较轻的荷重，徐徐将其下入井中，然后在井底换上作业重锤，放入盛有机油或阻尼液的桶内，但不能与桶壁接触。桶在放入重锤后须加盖，以防滴水冲击。在车站底板适当位置上设置了两个比较稳固、采用强制对中装置的观测台，分别为1、2。井下连接的任务是测设导线

，目的是测定井下两个导线点1、2的坐标和所构成边的方位角，此两点即为盾构始发及掘进的平面控制的依据。主要测设过程详见下面步骤说明。地面上测角和测距以及地下的导线测量均按精密导线测量的技术要求执行。

3.盾构机的初始姿态测量过程

盾构掘进时，在土层的姿态（平面位置、高程位置、横向坡度、纵向坡度）必须通过测量的方法来测定。如何测定，测定精度的高低将直接影响盾构在土层中姿态的正确性。

结合盾构工程所使用的盾构机的特点，在拼装机前方，铰接位置处的平面合理位置做测量固定点位标志点若干个（不少于3个点），做固定激光靶位托架平台一个，激光靶位平台用钢板加固，预留安装螺丝孔（孔位根据不同盾构机的激光靶位安装需求预留）。盾构机在出厂标定时，测出盾构机固定点位与盾构机轴线的极坐标，通过计算转换出激光靶的相对位置关系，以及与盾构机与隧道轴线的位置关系，从而提供盾构机自动操作系统程序数据。

盾构机作为一个近似的圆柱体，在开挖掘进过程中我们不能直接测量其刀盘的中心坐标，只能用间接法来推算出刀盘中心的坐标。在盾构机的机壳体内适当位置选择测量的观测点就成为非常重要的工作，所选观测点既要有利于观测，又利于点位的保护，并且相对位置不能发生变化。

　　盾构机姿态固定点位示意图（1）

如图（1）中A点是盾构机刀盘中心，E是盾构机中体断面的中心点，即AE连线为盾构机的中心轴线，由出厂前测设的固定点A、B、C、D、四点构成一个四面体，测量出每个角点的三维坐标（x_i, y_i, z_i）,根据四个点的三维坐标（x_i, y_i, z_i）分别计算出L_AB, L_AC, L_AD, L_BC, L_BD, L_CD, 四面体中的六条边长，作为以后计算的初始值，在盾构机掘进过程中L_i是不变的常量，通过对B、C、D三点的三维坐标测量来计算出A点的三维坐标。同理，B、C、D、E四点也构成一个四面体，相应地求得E 点的三维坐标。由A、E两点的三维坐标和盾构机的绞折角就能计算出盾构机刀盘中心的水平偏航，垂直偏航，由B、C、D三点的三维坐标就能确定盾构机的扭转角度，从而达到检测盾构机姿态的目的。

4.结束语

通过上述流程，结合地铁盾构测量经验，需要每个人都要有严谨认真的工作态度，不能有丝毫的马虎，组员之间要有一种互相协作的团队精神，各个环节及成果资料要做到先自检，后互检，以确保测量过程及测量成果的准确无误，在工作中不断地学习提高自身的各项专业技能，确保地铁施工顺利进行。