盾構(gòu)隧道精密定位導(dǎo)向技術(shù)的研究

張啟才

（身份證號(hào)：340828198210215312）

盾構(gòu)隧道精密定位導(dǎo)向技術(shù)的研究

張啟才

（身份證號(hào)：340828198210215312）

盾構(gòu)機(jī)具有自動(dòng)化程度高、誤差小、施工速度快、一次成洞等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，目前其使用范圍十分廣泛。本文以盾構(gòu)隧道作為研究對(duì)象，分析盾構(gòu)隧道精密定位導(dǎo)向技術(shù)。

盾構(gòu)隧道；精密定位；誤差匹配

引言

一般情況下盾構(gòu)的施工地點(diǎn)多為中心地帶，受到外界的影響比較明顯，從而對(duì)盾構(gòu)隧道精密定位與精確貫通帶來(lái)一定難度。為了能夠保證實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)隧道的順利貫通，盡量減少對(duì)城市交通、給排水、供電等方面的影響，盾構(gòu)隧道精密定位導(dǎo)向技術(shù)需要實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的提升，因此對(duì)其進(jìn)行研究與總結(jié)具有重要意義。

1.盾構(gòu)隧道貫通誤差分析

所謂的貫通誤差,簡(jiǎn)單一點(diǎn)而言就是施工中心線在貫通面處產(chǎn)生錯(cuò)開(kāi)的現(xiàn)象。盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)的過(guò)程中行進(jìn)的軌跡與設(shè)計(jì)路線出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致不能順利進(jìn)洞，盾構(gòu)機(jī)中心與預(yù)留門(mén)洞中心的偏差為盾構(gòu)隧道貫通誤差。導(dǎo)致出現(xiàn)貫通誤差的原因主要有施工控制測(cè)量因素、盾構(gòu)機(jī)在隧道掘進(jìn)的過(guò)程中出現(xiàn)的誤差行為、盾構(gòu)機(jī)自身旋轉(zhuǎn)等。在盾構(gòu)隧道中，橫向貫通與高程貫通精度指標(biāo)最重要，是衡量隧道掘進(jìn)準(zhǔn)確度的標(biāo)準(zhǔn)[1]。貫通誤差限值是決定不同階段測(cè)量精度的依據(jù)，在盾構(gòu)隧道中需要保證貫通誤差與高程貫通誤差控制在有限范圍之內(nèi)。一般貫通誤差需要小于或者等于±50mm的范圍，橫向貫通誤差小于等于±25mm,豎向貫通誤差小于等于±25mm。

盾構(gòu)導(dǎo)向系統(tǒng)是盾構(gòu)隧道進(jìn)行施工的指揮系統(tǒng)，有效保證了盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)按照設(shè)計(jì)線路進(jìn)行施工。從原理上分析盾構(gòu)自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)，利用自動(dòng)全站儀發(fā)射激光，照射到盾構(gòu)機(jī)內(nèi)設(shè)計(jì)位置安放的激光靶，通過(guò)確認(rèn)激光靶安放位置與全站儀之間的相對(duì)位置關(guān)系得到盾構(gòu)機(jī)的空間位置。自動(dòng)全站儀、激光靶、推進(jìn)千斤頂以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成了整個(gè)導(dǎo)向系統(tǒng)[2]。

盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)的過(guò)程中根據(jù)設(shè)定的時(shí)間間隔，全站儀自動(dòng)照準(zhǔn)盾構(gòu)機(jī)上安裝好的兩個(gè)激光靶，通過(guò)對(duì)激光靶的測(cè)量就能夠得出盾構(gòu)機(jī)的位置與姿態(tài)，盡量減少誤差。

2.盾構(gòu)隧道精密定位導(dǎo)向控制

利用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行地下掘進(jìn)，在保持開(kāi)挖面穩(wěn)定的基礎(chǔ)上保證整個(gè)隧洞順利安全的進(jìn)行開(kāi)挖與襯砌。盾構(gòu)隧道對(duì)施工的精度有著嚴(yán)格要求，考慮從到盾構(gòu)隧道斷面是利用盾構(gòu)機(jī)完成，一次成洞的特點(diǎn)要求盾構(gòu)機(jī)在行走的過(guò)程中其軌跡要求需要達(dá)到非常高的要求，在這種情況下就需要嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)的定位導(dǎo)向。整個(gè)過(guò)程需要嚴(yán)密監(jiān)控盾構(gòu)的掘進(jìn)，這是因?yàn)槎軜?gòu)機(jī)在掘進(jìn)的過(guò)程中如果發(fā)生較大偏移會(huì)影響其使用，其次發(fā)生偏移將直接造成后續(xù)的施工操作出現(xiàn)難度。盾構(gòu)機(jī)如果出現(xiàn)姿態(tài)的偏移不僅會(huì)造成路線偏移，還會(huì)導(dǎo)致后期管片拼裝難度加大，甚至直接導(dǎo)致管片開(kāi)裂。因此需要有效保證盾構(gòu)在隧道施工中的姿態(tài)控制，減少對(duì)周?chē)h(huán)境的影響。

（1）首先探究盾構(gòu)軸線出現(xiàn)偏離的原因。第一，盾構(gòu)在前進(jìn)的過(guò)程中受到切口貫入土層的阻力、盾構(gòu)正面阻力、盾構(gòu)四周土地與盾克之間的摩擦力等等，這些阻力同時(shí)受到地層土體的變化、隧道埋深變化等方面的影響。第二，盾構(gòu)機(jī)在制作時(shí)出現(xiàn)誤差。第三，施工測(cè)量出現(xiàn)的誤差直接影響到盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)方向，直接導(dǎo)致隧道貫通出現(xiàn)誤差。第四，地基沉降導(dǎo)致軸線偏離[3]。

（2）盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)的過(guò)程中受到外界因素的影響是不可避免的，因此研究的重點(diǎn)是將偏移量控制在盡量小的范圍內(nèi)。利用盾構(gòu)導(dǎo)向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)盾構(gòu)機(jī)所在位置的動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、精確測(cè)定，以及了解盾構(gòu)機(jī)與設(shè)計(jì)軸線之間存在的誤差大小，在此基礎(chǔ)上聯(lián)合千斤頂將管片拼接到理想位置，盡量減小偏差。目前比較常用的盾構(gòu)導(dǎo)向系統(tǒng)有陀螺儀導(dǎo)向系統(tǒng)與激光導(dǎo)向系統(tǒng)兩種。

3.盾構(gòu)施工技術(shù)與精度定位

（1）盾構(gòu)施工技術(shù)。利用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行一系列的隧道工程。其施工原理是利用一個(gè)圓柱體的鋼組件沿隧洞設(shè)計(jì)軸線向前進(jìn)掘進(jìn)。其中的護(hù)盾能夠?qū)€未襯砌的隧洞段起到一個(gè)臨時(shí)的支撐作用，不僅需要承受周?chē)翆拥膲毫Γ€承受地下水壓以及發(fā)揮出擋水作用，保證各項(xiàng)工作的順利進(jìn)行。具體的施工過(guò)程分為，將盾構(gòu)機(jī)按照設(shè)計(jì)方向向前推進(jìn)，在推進(jìn)的過(guò)程中需要根據(jù)圍巖條件適當(dāng)開(kāi)動(dòng)千斤頂，在保證工作面穩(wěn)定的情況下將其按照設(shè)計(jì)路線推進(jìn)。由于施工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)開(kāi)挖面涌水等情況出現(xiàn)，采用氣壓或局部氣壓施工輔助施工，襯砌工程中在盾構(gòu)機(jī)完成推進(jìn)后迅速將管片組成環(huán)狀確保下一步的推進(jìn)工作順利進(jìn)行，二次襯砌是在一次襯砌的基礎(chǔ)上進(jìn)行。注漿過(guò)程中需要保證圍巖條件相適合的注漿材料與注漿方法，在完成推進(jìn)工作之后需要立即進(jìn)行注漿，防止圍巖松弛。

（2）施工測(cè)量。目前比較常見(jiàn)的是采用GPS控制網(wǎng)、豎井聯(lián)系測(cè)量、地下導(dǎo)線測(cè)量。GPS測(cè)量結(jié)果比起傳統(tǒng)控制測(cè)量方式有著明顯優(yōu)勢(shì)，精度更高、經(jīng)濟(jì)投入更少、縮短工期。由于隧道建設(shè)是帶狀線路工程，利用GPS測(cè)量能夠有效解決通視條件差的問(wèn)題，其在隧道工程的測(cè)控工作中發(fā)揮了重要作用。豎井聯(lián)系測(cè)量作為隧道貫通測(cè)量中的重要環(huán)節(jié)，其原理是利用豎井將地面與地下控制網(wǎng)聯(lián)系在同一個(gè)坐標(biāo)系中，將地面控制點(diǎn)的坐標(biāo)、方位角與高程傳輸至地下隧道，有效指導(dǎo)盾構(gòu)機(jī)的正確貫通。豎井聯(lián)系測(cè)量分為平面聯(lián)系測(cè)量與高程聯(lián)系測(cè)量?jī)蓚€(gè)部分。由于在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的過(guò)程中需要不斷對(duì)開(kāi)挖方向進(jìn)行檢驗(yàn)與修正。地下導(dǎo)線是在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的過(guò)程中布設(shè)的，一般情況為了保證測(cè)量工作正常進(jìn)行，關(guān)于導(dǎo)線點(diǎn)的布置一般設(shè)置在管片頂部的管頂?shù)趸@內(nèi)的儀器平臺(tái)上。

4.結(jié)語(yǔ)

從目前我國(guó)城市化的建設(shè)進(jìn)程發(fā)展來(lái)看，地鐵的興建給盾構(gòu)法帶來(lái)了更多的發(fā)展與完善的機(jī)會(huì)，越來(lái)越多的專(zhuān)家學(xué)者投入到訂購(gòu)發(fā)的研究中。盾構(gòu)法已經(jīng)成為了修建地鐵隧道的最先進(jìn)方法，本文將研究的重點(diǎn)放在盾構(gòu)精密定位定位的方法在分析導(dǎo)致出現(xiàn)貫通誤差的基礎(chǔ)上探究施工測(cè)量方法，具有一定意義。

[1]崔青玉,陳壽根,李茂文.盾構(gòu)機(jī)下落平移施工設(shè)計(jì)研究[J].四川建筑,2011,11(02):105.

[2]李茂文,陳壽根,劉建國(guó),韓雪峰.下穿布吉河盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J].四川建筑, 2010,11(04):132-133.

[3]孟祥波,徐受天,馬強(qiáng).基于互聯(lián)網(wǎng)的盾構(gòu)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[J].隧道建設(shè), 2012,13(02):296.

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