淺談地鐵盾構(gòu)施工控制測量措施

摘 要：在現(xiàn)代地鐵的施工中通常采用盾構(gòu)法施工，為了滿足隧道貫通時的誤差（水平±50mm，垂直±25）從地面控制網(wǎng)引測到始發(fā)井直到盾構(gòu)機(jī)出洞時的每一步測量都至為關(guān)鍵。本文主要以在廣州市軌道交通六號線延長線施工工程為例，簡要的探討了地鐵隧道施工中所采用到的控制測量措施（主要分為平面及高程點(diǎn)的井下傳遞、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)及管片測量）。

關(guān)鍵詞：地鐵盾構(gòu)測量貫通控制

本文主要以在廣州市軌道交通六號線延長線施工工程為例，簡要的探討了地鐵隧道施工中所采用到的控制測量措施。廣州市軌道交通六號線延長線工程，大洲停車場出入段線，設(shè)計起止里程為：左線，CDK0+154.302～CDK1+802.360，左線長度1648.058m；右線，RDK0+154.321～RDK1+778.894，右線長度1624.573m。盾構(gòu)法隧道內(nèi)徑5.4m，采用單層裝配式平板型混凝土管片，管片為300mm厚，C50、S12鋼筋混凝土管片，管片寬1.5m，環(huán)向分塊方式為六塊，由一塊封頂塊，二塊鄰接塊，三塊標(biāo)準(zhǔn)塊組成。大洲停車場出入段線自二、八號線延長線工程起點(diǎn)站廣州新客站至大洲停車場，本工程包括盾構(gòu)始發(fā)井、盾構(gòu)隧道、盾構(gòu)吊出井及敞開段，其中盾構(gòu)施工范圍為：左線（CDK0+294.648～CDK1+439.399）長度1144.751m；右線（RDK0+290.899～RDK1+415.727）右線長度1124.828m，盾構(gòu)施工總長度為2269.579m。

1 平面及高程點(diǎn)的井下傳遞

1.1 平面坐標(biāo)的井下傳遞

在工程開工之前，根據(jù)設(shè)計院提供的交樁資料（城市精密導(dǎo)線網(wǎng)、城市水準(zhǔn)網(wǎng)），對設(shè)計院提供的精密導(dǎo)線網(wǎng)及水準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行復(fù)核，并有測量監(jiān)理工程師全程參與。同時加密施工過程中需要使用的控制樁，并將測量的成果報請監(jiān)理工程師及業(yè)主測量隊審查、批準(zhǔn)。根據(jù)業(yè)主提供的控制點(diǎn)EBCJ004、EBCJ005、C3、C4的情況下在近井口附近加密A1、A2、A3點(diǎn)使之構(gòu)成一個三角形，當(dāng)導(dǎo)線閉合精度滿足要求后方可使用。加密點(diǎn)A1位于項目部6樓，A2和A3點(diǎn)位于始發(fā)井口附近。地下平面起算點(diǎn)采用直接從地面通過聯(lián)系測量傳遞到地下的近井點(diǎn)。投點(diǎn)方法采用兩井定向，用吊鋼絲的方法將地面坐標(biāo)及方向傳遞到豎井隧道中，在整個引測過程中，吊鋼絲傳遞坐標(biāo)至少要進(jìn)行三次（根據(jù)業(yè)主測量組的要求在盾構(gòu)機(jī)始發(fā)前、進(jìn)洞150m、進(jìn)洞400m時進(jìn)行三次獨(dú)立的聯(lián)系測量），并在遂道掘進(jìn)到2/3處時進(jìn)行陀螺定向。進(jìn)行兩井定向時在車站兩端盾構(gòu)預(yù)留井口處各掛一根鋼絲，同時測定地下起始邊的方位角。近井點(diǎn)與精密導(dǎo)線點(diǎn)構(gòu)成閉合圖形，兩個預(yù)留井的間距在80m左右，充分利用這一優(yōu)勢來測量盾構(gòu)機(jī)始發(fā)起始方位角。

地下起算方位邊布設(shè)2條，并以雙導(dǎo)線的方法進(jìn)洞，在施工推進(jìn)過程中，隨盾構(gòu)掘進(jìn)深度，應(yīng)布設(shè)地下隧道控制導(dǎo)線點(diǎn)?？刂茖?dǎo)線一般平均邊長100～200m，特殊情況下不應(yīng)小于60m，每次往隧道內(nèi)延伸加密控制網(wǎng)（導(dǎo)線網(wǎng)、水位網(wǎng)）時，應(yīng)對上次的控制網(wǎng)（導(dǎo)線網(wǎng)、水位網(wǎng)）進(jìn)行復(fù)核，兩次的成果滿足規(guī)范要求后方能進(jìn)行控制網(wǎng)引測。埋設(shè)的點(diǎn)位均在管片上鉆孔后埋入鋼筋，再用混凝土包鋼筋，在鋼筋頭上標(biāo)示點(diǎn)位。在雙導(dǎo)線進(jìn)洞的基礎(chǔ)上再把兩條導(dǎo)線閉合成一個多邊形（多邊形的邊一般控制在6至8條邊以內(nèi)）。由于該遂道總長超過1000m根據(jù)公司及業(yè)主要求，在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)到遂道的三分之二時應(yīng)進(jìn)行陀螺經(jīng)緯儀定向。控制點(diǎn)加密的測量，使用LEICATCR1202全站儀，標(biāo)稱精度：測角±2″；測距±（2mm+2ppm）。儀器經(jīng)過檢定合格，均在有效使用期內(nèi)。前、后視點(diǎn)均采用有光學(xué)對中器的基座置點(diǎn)，使用前均進(jìn)行了校準(zhǔn)。按四等導(dǎo)線測量規(guī)范要求，水平角采用全圓測回法觀測六測回，邊長往返各觀測兩測回取平均值，觀測邊長時儀器已加入了氣象改正，每個控制點(diǎn)的測量都要完成6個測回。限差要求：一測回中2C值≤13″；同一方向各測回較差≤9″；相鄰點(diǎn)間豎直角≤30°；往返觀測邊長較差≤3mm，當(dāng)測站上只有兩個方向時，按左、右角平均值之和與360°的較差≤4″。

1.2 高程的井下傳遞

在工程施工之前，根據(jù)設(shè)計院提供的交樁資料，對設(shè)計院提供的水準(zhǔn)點(diǎn)用滿路規(guī)范要求的水準(zhǔn)儀進(jìn)行復(fù)測；同時測設(shè)施工過程中需要使用的加密水準(zhǔn)點(diǎn)，并使之形成閉合（或附合）水準(zhǔn)路線。將測量成果報請業(yè)主測量隊審核。利用業(yè)主測量隊批復(fù)的水準(zhǔn)網(wǎng)，以最近的水準(zhǔn)點(diǎn)為基點(diǎn)，將水準(zhǔn)點(diǎn)引測至盾構(gòu)始發(fā)井附近，一般布設(shè)兩個以上埋設(shè)穩(wěn)固的控制水準(zhǔn)點(diǎn)，以便于相互檢查，測量等級達(dá)到國家四等。井下起始高程由地面井口處高程傳遞，采用鑒定后的鋼尺，掛10kg重錘，采用在豎井內(nèi)懸吊鋼尺的方法進(jìn)行高程傳遞測量，地面和井下兩臺水準(zhǔn)儀同時觀測（見圖示1），每次應(yīng)獨(dú)立觀測三測回，每測回改變儀器高度，三測回測得地上、地下水準(zhǔn)點(diǎn)的高差較差應(yīng)小于3mm。將高程傳遞至井下固定點(diǎn)，并確保滿足精度要求。建立定期高程聯(lián)測制度，以復(fù)核施工水準(zhǔn)網(wǎng)的準(zhǔn)確性。井下高程傳遞測量時，地下高程起算點(diǎn)采用直接從地面通過聯(lián)系測量傳遞到地下的近井點(diǎn)。地下起算高程點(diǎn)不應(yīng)少于2個。新增加密水準(zhǔn)點(diǎn)時每隔60～80m布設(shè)一個，等級按國家四等水準(zhǔn)網(wǎng)要求進(jìn)行測量，且同地面加密水準(zhǔn)點(diǎn)一樣要使之閉合（或附合）成水準(zhǔn)路線。

2 盾構(gòu)機(jī)初始姿態(tài)的定位測量

盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中是按照隧道設(shè)計的中心來推進(jìn)的，在實際的掘進(jìn)過程中盾構(gòu)機(jī)中心不可能完全重合于隧道的中心，于是就必須測量出盾構(gòu)機(jī)偏離隧道中心的差值，從理論上講該數(shù)值就是隧道成形后的位置。所以在掘進(jìn)過程中要確保該數(shù)值必須在一定的范圍內(nèi)（規(guī)范要求±100mm）。測量該差值的方法有測盾體外殼法、三點(diǎn)法、標(biāo)尺法、自動全站儀法等。在本文中主要介紹三點(diǎn)法測量盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的偏差值。盾構(gòu)機(jī)在最初工廠生產(chǎn)的時候就在盾體內(nèi)分散布置了約16個點(diǎn)位，并測量出了這16個點(diǎn)位與盾構(gòu)機(jī)中心軸線（199#點(diǎn)盾首和299#點(diǎn)盾尾）的幾何關(guān)系的相對坐標(biāo)，我們可以把盾構(gòu)機(jī)看成一個圓柱體，在始發(fā)的時候只要實際測量出盾體上16個點(diǎn)中3個點(diǎn)的絕對坐標(biāo)及高程，再計算出盾構(gòu)機(jī)所處位置的隧道中線空間坐標(biāo)后就可以利用AutoCAD軟件通過畫圖的方法計算出盾構(gòu)機(jī)中心與隧道中心的差值。例如實際測量中測得盾體內(nèi)的3#、9#、15#點(diǎn)位的絕對坐標(biāo)和高程，首先在CAD中用出廠時的相對坐標(biāo)畫出盾構(gòu)機(jī)上的3#、9#、15#及盾構(gòu)機(jī)的軸線199#和299#，再用絕對坐標(biāo)和高程畫出實際測量出的3#、9#、15#點(diǎn)和盾構(gòu)機(jī)所在里程位置的隧道中心線（可通過線路設(shè)計資料計算得出），然后通過CAD中的對齊命令將先用相對坐標(biāo)畫出的3#對齊到絕對坐標(biāo)畫出的3#，同樣用相對坐標(biāo)畫出的9#對齊到絕對坐標(biāo)畫出的9#，同樣再用15#對齊到15#，對齊后就能得到一個盾構(gòu)機(jī)軸線的絕對坐標(biāo)和高程，最后通過對比CAD圖上的盾構(gòu)機(jī)中心軸線和畫出的隧道中心線進(jìn)行比對，這樣就得出了盾構(gòu)中心軸線與隧道中心線的偏差，確保了盾構(gòu)機(jī)沿正確的隧道中心進(jìn)行掘進(jìn)。

3 盾構(gòu)自動導(dǎo)向系統(tǒng)測量

盾構(gòu)自動導(dǎo)向系統(tǒng)是指盾構(gòu)機(jī)沿著隧道的設(shè)計中心自動掘進(jìn)的過程。它包括將隧道線路中心的數(shù)據(jù)輸入控制電腦、接收信號的標(biāo)靶、數(shù)據(jù)交換控制箱、全站儀等幾個主要部件構(gòu)成。將隧道線路中心的數(shù)據(jù)輸入控制電腦后，通過全站儀測量固定在盾體上的標(biāo)靶得出盾構(gòu)機(jī)的位置確保盾構(gòu)機(jī)正確掘進(jìn)。自動導(dǎo)向系統(tǒng)在始發(fā)的時候一定要確保電腦上顯示的盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)與實際測量的盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)一致。如果不一致則需要在控制電腦上對標(biāo)靶的參數(shù)進(jìn)行修改，至到與實際測量的盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)一致。在掘進(jìn)的過程中要經(jīng)常性的對懸掛全站儀的吊藍(lán)和后視棱鏡的坐標(biāo)和高程進(jìn)行校正，減小自動導(dǎo)向系統(tǒng)的誤差。

4 管片測量

在廣州地鐵二、八線延長線工程中，為了保證盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中，對VMT導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行檢核，以確保盾構(gòu)機(jī)始終沿遂道中線推進(jìn)。就必需經(jīng)常性的對拼裝好的管片進(jìn)行測量，在對管片的測量工作中，在對以往的測量方法進(jìn)行總結(jié)后，為提高測量效率，簡化工序，將以前分別進(jìn)行的線路中線放樣和線路縱斷面高程控制結(jié)合起來進(jìn)行從而達(dá)到簡化了測量工序，減少了測量所占用的時間，提高了工作效率。

在以往的管片檢測中，傳統(tǒng)的方法是先放樣遂道中線，測出具體里程后用水準(zhǔn)儀測出該點(diǎn)的實際高程，再與設(shè)計的線路中線和高程進(jìn)行比較，確保掘進(jìn)線路始終在允許的誤差范圍內(nèi)。由于從理論上講管片拼裝好后是一個標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)徑為5.4m的圓，圓心就是設(shè)計遂道的中線，這樣就可以自己加工做一把3.628m的尺子（5.4直徑圓的圓心垂直向下2m處做這個圓的弦長為3.628m），在這個尺子的中心處貼上反射片，再將這個尺子上放上一把水平尺，這樣尺子就處在一個水平上，將這個尺子水平的放在管片上（見圖2），這樣這個尺子的中心就與線路中線重合，再利用遂道內(nèi)已有的導(dǎo)線點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)，用全站儀在測量線路中線的同時利用三角高程測量出該點(diǎn)的高程（經(jīng)過反復(fù)的實際測量對比，三角高程的精度完全能滿足管片的檢核），從而達(dá)到與設(shè)計線路中線及高程的對比復(fù)核。

5 結(jié)束語

在廣州市軌道交通六號線延長線地鐵的工程中一直采用上述方法進(jìn)行控制測量及盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的檢測，導(dǎo)線坐標(biāo)與業(yè)主測量組進(jìn)行了復(fù)核，結(jié)果表明導(dǎo)線坐標(biāo)偏差均不大于20mm；盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)和管片的測量結(jié)果與VMT系統(tǒng)進(jìn)行對比，結(jié)果表明兩者的差值也小于50mm，證明了該測量方法是可靠有效的。能夠滿足在盾構(gòu)地鐵測量中的需求。

作者簡介：文延慶（1958-），漢族，四川內(nèi)江人，從事工程項目管理工作。