超長距離曲線頂管施工測量方案設(shè)計與實踐

上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002

1 工程概況

上海市污水治理白龍港片區(qū)南線輸送干線完善工程SST2.2標(biāo)項目位于浦東新區(qū)外環(huán)高速和迎賓大道南側(cè)，西臨申江路立交，東臨唐黃路。

本工程由2根并排的鋼筋混凝土管道組成，管道外徑4 640 mm，埋深約7 m，全線劃分為3段區(qū)間，均采用頂管法施工。其中，迎賓1#～3#頂管區(qū)間的最大頂進(jìn)距離為2 039 m，曲線段最小曲率半徑為1 200 m，屬于超長距離曲線頂管（圖1）。

圖1 工程線路情況示意

2 測量精度設(shè)計

2.1 導(dǎo)線測量精度要求

測回數(shù)：4個測回；測角中誤差≤±2.5″；測距中誤差≤±18 mm；測距相對中誤差≤1/80 000；方位角閉合差導(dǎo)線全長相對閉合差≤1/35 000[1]。

2.2 水準(zhǔn)測量精度要求

2.3 頂管軸線偏差

橫向偏差≤±75 mm；豎向偏差≤±75 mm。

3 施工測量實施

3.1 地面控制測量

3.1.1 地面導(dǎo)線點(diǎn)的復(fù)測及加密

由于本頂管區(qū)間周邊存在大量高聳綠化，業(yè)主提供的工作井與接收井處的首級平面控制點(diǎn)無法直接通視，因此，我們在迎賓大道路基邊緣設(shè)置了2個加密導(dǎo)線點(diǎn)（強(qiáng)制對中的固定觀測墩），將工作井與接收井處的平面控制點(diǎn)連起來進(jìn)行復(fù)測，復(fù)測時按四等導(dǎo)線測量技術(shù)要求執(zhí)行。

3.1.2 水準(zhǔn)點(diǎn)的復(fù)測

水準(zhǔn)點(diǎn)復(fù)測按二等水準(zhǔn)測量的要求進(jìn)行，復(fù)測時將工作井處與接收井處的水準(zhǔn)點(diǎn)組成一條附合水準(zhǔn)路線，采用SOKKIA SDL30M電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行往返測量，附合路線閉合差

3.1.3 地面近井點(diǎn)的引測

近井導(dǎo)線點(diǎn)引測：以離工作井最近的平面控制點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行引測，采用LEICA TCA2003全站儀四測回測定夾角，往返測定邊長。

近井水準(zhǔn)點(diǎn)引測：以最近的水準(zhǔn)點(diǎn)為基點(diǎn)，按二等水準(zhǔn)測量要求，將高程引測到工作井附近。近井點(diǎn)數(shù)量不少于2個[2]。

3.2 聯(lián)系測量

3.2.1 定向測量

定向測量的目的是將地面的平面坐標(biāo)和方位傳遞至井下，使地面控制網(wǎng)和地下控制網(wǎng)處在同一平面坐標(biāo)系中。

本工程的定向測量采用導(dǎo)線直接傳遞法，在工作井井壁上設(shè)置幾個強(qiáng)制對中的固定觀測點(diǎn)，按四等導(dǎo)線測量要求，使用LEICA TCA2003全站儀四測回測角、往返測距，最終確定地下近井點(diǎn)的平面坐標(biāo)和地下頂管起始定向基線的方位角。

導(dǎo)線直接傳遞測量的要求：

1）導(dǎo)線直接傳遞測量應(yīng)獨(dú)立測量2次；

2）導(dǎo)線傳遞測量的垂直角應(yīng)小于30°，導(dǎo)線邊長必須對向觀測；

3）地面近井點(diǎn)、井壁觀測點(diǎn)、地下近井點(diǎn)均應(yīng)布置成強(qiáng)制對中的固定觀測墩或三腳架，以減小對中誤差，提高測量精度。

3.2.2 高程傳遞測量

高程傳遞采用吊尺法，分別在井上、井下設(shè)置2臺水準(zhǔn)儀同時進(jìn)行觀測。傳遞高程時，每次獨(dú)立觀測三測回，三測回測得的地上、地下水準(zhǔn)點(diǎn)高差較差應(yīng)小于3 mm。傳遞到地下的水準(zhǔn)點(diǎn)不少于2個。

3.3 導(dǎo)向測量

本頂管區(qū)間的平面線形為直線段+曲線段，且曲線段的最小曲率半徑僅為1 200 m，采用常規(guī)測量方法進(jìn)行導(dǎo)向測量的精度和工程進(jìn)度難以得到保證。故采用我公司獨(dú)立開發(fā)的一套頂管自動測量系統(tǒng)來進(jìn)行導(dǎo)向測量。

3.3.1 自動測量系統(tǒng)簡介

頂管自動測量系統(tǒng)采用自動、實時的測量方法，很好地解決了傳統(tǒng)工藝中用人工搬遷儀器進(jìn)行傳遞導(dǎo)致測量精度差、測量速度慢的缺陷。該系統(tǒng)采用的測量方式是導(dǎo)線測量和三角高程傳遞測量[3]。

系統(tǒng)主要由以下組成：

1）編程電腦：發(fā)出開始測量指令，接收測量數(shù)據(jù)，計算頂管機(jī)頭實際三維坐標(biāo)與設(shè)計軸線的偏差。

2）測量機(jī)器人：由SOKKIA SRX1自動測量全站儀和GEO AD-12自動安平基座組成，進(jìn)行水平角、豎直角和距離觀測。測量機(jī)器人與上部棱鏡、測量支架組成測量中繼站。

3）通信系統(tǒng)：采用單線連接技術(shù)，將所有測量機(jī)器人通過同一根通信線與編程電腦連接，雙向傳輸測量指令與數(shù)據(jù)。

3.3.2 自動測量實施

1）測量支架選型：根據(jù)設(shè)計曲線和施工現(xiàn)場條件，將最靠近機(jī)頭的測量支架以吊籃形式固定在工具頭后100 m處的管頂，該測量支架上的自動整平基座和全站儀可通過預(yù)留的螺絲槽在支架上靈活橫向移動。線路中間部位的測量支架以邊臺形式布置在有利于拉長視距的管節(jié)側(cè)下方，都做成活絡(luò)的、可縱向移動的，可隨著頂管推進(jìn)時管內(nèi)的視線條件調(diào)整測量中繼站的前后位置，該測量支架上的自動整平基座和全站儀也能在支架上靈活橫向移動（圖2）。

圖2 測量支架示意

2）測量中繼站模擬設(shè)計：自動測量開始前，根據(jù)頂管設(shè)計軸線的特征要素和施工現(xiàn)場的具體條件，預(yù)先模擬設(shè)計出測量中繼站的大致設(shè)置位置及所需測量機(jī)器人的數(shù)量，做好測量中繼站的動態(tài)調(diào)整計劃和儀器設(shè)備的配備計劃。測量中繼站一般設(shè)置在頂管的各個施工轉(zhuǎn)彎處。設(shè)置的主要要求有以下2點(diǎn)：

（1）測量中繼站應(yīng)設(shè)置在施工轉(zhuǎn)彎處最有利于拉長測量距離的一側(cè)的管壁上。

（2）設(shè)置時應(yīng)考慮管道內(nèi)通風(fēng)管、泥漿箱、中繼環(huán)等施工設(shè)備對測量有效空間的影響。

3）自動測量施測：隨著頂管施工進(jìn)程，在頂管各個施工轉(zhuǎn)彎處建立測量中繼站，每個測量中繼站設(shè)置1臺測量機(jī)器人，每臺測量機(jī)器人通過通信電纜和計算機(jī)中心的電腦連接，由電腦按程序依次指揮各臺測量機(jī)器人進(jìn)行自動測量。測量機(jī)器人施測完成后將測得的數(shù)據(jù)通過通信電纜傳輸回計算機(jī)中心，并由電腦進(jìn)行計算處理，最終得出頂管機(jī)頭實際三維坐標(biāo)與設(shè)計軸線的偏差。

3.3.3 人工復(fù)測

根據(jù)頂管頂進(jìn)的長度，每頂進(jìn)300 m用全站儀和水準(zhǔn)儀以人工測量的方法對頂管軸線和頂管機(jī)頭進(jìn)行測量復(fù)核，作為對頂管自動測量系統(tǒng)成果的校核。

4 結(jié)語

該工程中，迎賓1#～3#區(qū)間的2條頂管最終都準(zhǔn)確地沿設(shè)計軸線頂進(jìn)到位，最大橫向偏差與豎向偏差均能滿足規(guī)范及測量設(shè)計精度的要求[4]。

實踐證明，上述施工測量設(shè)計方案在超長距離曲線頂管施工中是完全切實可行且行之有效的。