解析地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工測量技術(shù)

徐文軍

（中國水利水電第七工程局有限公司 四川成都 610081）

解析地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工測量技術(shù)

徐文軍

（中國水利水電第七工程局有限公司 四川成都 610081）

交通堵塞已嚴(yán)重影響到我國城市發(fā)展，為了進一步緩解城市交通壓力，許多城市都開始著手于城市軌道交通建設(shè)，地鐵建設(shè)項目越來越多。本文結(jié)合實際案例，分析了地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工各環(huán)節(jié)使用的測量工作，尤其深入探討了盾構(gòu)區(qū)間施工測量技術(shù)要點，以期能夠為相關(guān)施工活動提供一定參考，提高施工測量工作質(zhì)量。

地鐵建設(shè)；盾構(gòu)區(qū)間施工；施工測量；技術(shù)方法

引言

地鐵施工技術(shù)較多，例如明挖法、蓋挖法、淺埋暗挖法等，這些施工技術(shù)在使用過程中，都會受外部因素影響而存在一定局限性，相比之下，盾構(gòu)施工技術(shù)更具應(yīng)用優(yōu)勢。該技術(shù)不受外界氣候及地質(zhì)條件的影響，能夠穿透復(fù)雜地層，具有較廣的應(yīng)用范圍，且操作安全、施工效率高，因而被廣泛應(yīng)用到地鐵施工活動中來。與上述施工技術(shù)的施工工藝不同，盾構(gòu)施工的測量手段具有一定的特殊性，所采用的測量措施更是確保施工安全、施工效率的重要保障。深圳市某地鐵工程標(biāo)段總長為1970.527m，設(shè)計里程范圍為YDK15+325.04～YDK17+295.567，沿線均為填海區(qū)域、地下管線較少、地形起伏不大，下文將該段區(qū)作為實例，剖析了此段區(qū)盾構(gòu)區(qū)間作業(yè)過程中的有關(guān)測量技術(shù)。

1 控制測量

1.1 地面平面控制測量

測量工作者采用導(dǎo)向測量方式由地表向地下加以測量，垂直角控制在30°以內(nèi)，定向正負(fù)誤差控制在8″以內(nèi)。觀測水平角時如果需要調(diào)焦，那么僅需盤左長邊調(diào)焦、盤右短邊調(diào)焦，然后再進行觀測。每條導(dǎo)線邊必須要來回觀測兩次，每次觀測需對準(zhǔn)目標(biāo)讀數(shù)三次，誤差需控制在3mm以內(nèi)，測回間平均值誤差需低于3mm，往返平均值誤差低于5mm，本案例將平面控制網(wǎng)分成三個導(dǎo)線網(wǎng)。

1.2 地面高程控制測量

該項目案例共計設(shè)計了十一個精密水準(zhǔn)點，I065和I016在車站周邊組成附和水準(zhǔn)路線，之后設(shè)定趨近水準(zhǔn)，把高程傳遞到車站周邊，在測量時參照二等水準(zhǔn)測量施工標(biāo)準(zhǔn)，詳情見圖1所示。

圖1 精密水準(zhǔn)路線

1.3 地下控制導(dǎo)線測量

地下控制導(dǎo)線有兩類：施工控制導(dǎo)線與施工導(dǎo)線，后者的精確度要求很高，因為需要用來標(biāo)示盾構(gòu)的推進方向。測量人員需要根據(jù)盾構(gòu)的內(nèi)徑大小來合理選定施工導(dǎo)線點，以便設(shè)置施工控制導(dǎo)線，施工控制導(dǎo)線平均邊長為150m，不得少于100m，測量儀器的精密度必須要高且滿足導(dǎo)線測量技術(shù)要求。由于盾構(gòu)隧道的管片經(jīng)常處于動態(tài)狀態(tài)，所以必須要認(rèn)真檢查三個導(dǎo)線點的穩(wěn)定情況，導(dǎo)線點的穩(wěn)定性必須要滿足相關(guān)要求，之后再根據(jù)穩(wěn)定的導(dǎo)線點來重新測量移動的點，向前延伸導(dǎo)線，導(dǎo)線測量次數(shù)不得少于三次，測量時間與豎井定向同步。

1.4 地下高程控制測量

盾構(gòu)到洞中施工以后，測量工作者應(yīng)當(dāng)把高程引至洞中控制導(dǎo)線點上，將其當(dāng)做控制點。測量人員可以用洞內(nèi)控制水準(zhǔn)點用水準(zhǔn)測量方法來引測吊籃高程。地下高程控制測量不得少于3次，重復(fù)測量的高程點與原測點的高程之間的誤差不得超過5mm。

2 聯(lián)系測量

2.1 高程傳遞

高程傳遞主要是利用豎井傳遞高程法將地面水準(zhǔn)點高程傳遞到地下，此步驟應(yīng)重復(fù)進行3次且與豎井定向同步進行，互差應(yīng)滿足限差要求。測量人員將鋼尺懸掛在支架上，尺的零刻度端掛重錘并伸到井下，地上和地下兩臺水準(zhǔn)儀同時讀數(shù)，此過程應(yīng)重復(fù)三次，誤差需控制在3mm以內(nèi)。

2.2 豎井定向

在貫通隧道過程中，測量人員可以在掘進至100m、300m及距貫通面100～200m時進行一次測量，這樣能夠使測量人員準(zhǔn)確掌握地下起始點和起始邊在地面坐標(biāo)系統(tǒng)中的平面坐標(biāo)和方位角。豎井定向工作由投點和連接測量構(gòu)成，本工程地鐵站建成后，分別在車站兩端豎井處掛一根鋼絲，鋼絲上下兩端粘貼棱鏡片，分別標(biāo)志為A、B和a、b。測量人員將全站儀架設(shè)在車站附近的加密導(dǎo)線點上，分別測量出兩根鋼絲到導(dǎo)線點的角度及距離，然后準(zhǔn)確標(biāo)注出A、B的坐標(biāo)。測量人員需要事先在地鐵站底板適當(dāng)位置設(shè)置兩個觀測臺，這兩個觀測臺分別標(biāo)號為1、2。井下連接主要是測設(shè)導(dǎo)線a-1、2-b，將1、2導(dǎo)線點作為盾構(gòu)始發(fā)及掘進的平面控制的主要參考依據(jù)。

3 盾構(gòu)機施工測量技術(shù)

3.1 盾構(gòu)機始發(fā)測量

盾構(gòu)機始發(fā)測量包括三個內(nèi)容：①盾構(gòu)機導(dǎo)軌位置測量。測量工作者在測量作業(yè)時，一定要保證導(dǎo)軌中線和預(yù)先設(shè)置的隧道中線差異在科學(xué)范疇內(nèi)、導(dǎo)軌前后高程和預(yù)先設(shè)置高程不可高出設(shè)計范圍、保證導(dǎo)軌下側(cè)的平整。②反力架位置測量。測量工作者應(yīng)當(dāng)管控好反力架的高度、角度等，保障反力架的穩(wěn)定性。③盾構(gòu)機姿態(tài)初始測量。測量工作者應(yīng)當(dāng)測量俯仰度、扭轉(zhuǎn)度和水平偏航度，來保證盾構(gòu)機根據(jù)設(shè)計要求前進。

3.2 盾構(gòu)機姿態(tài)人工復(fù)測

為了保證導(dǎo)向體系的精準(zhǔn)性和穩(wěn)定性，測量工作者應(yīng)當(dāng)在盾構(gòu)機前進有關(guān)長度后進行盾構(gòu)姿態(tài)的人工檢測。首先，需要測量盾構(gòu)機參考點。通常情況下，盾構(gòu)機盾體上布置了21個盾構(gòu)姿態(tài)測量參考點，其三維坐標(biāo)都極為準(zhǔn)確，在人力檢測時，應(yīng)當(dāng)全面運用此些數(shù)據(jù)信息。把全站儀架設(shè)置在盾構(gòu)機首節(jié)臺車的連接橋上，并在中部焊上全站儀的連接螺栓，就可以保障全站儀的穩(wěn)定性了。在實際測量過程中，測量人員需要結(jié)合實際情況，盡可能拉長參考點之間的距離，這樣能夠進一步提高測量計算結(jié)果的準(zhǔn)確性及精準(zhǔn)度。測量人員要能夠熟練掌握盾構(gòu)姿態(tài)計算方法，先將已知參考點的坐標(biāo)輸入到系統(tǒng)中，然后在輸入測量點的絕對坐標(biāo)，利用“對齊”命令來求解盾構(gòu)機前后點的姿態(tài)。

3.3 SLS-T導(dǎo)向系統(tǒng)初始測量

SLS-T導(dǎo)向系統(tǒng)初始測量涉及的工作環(huán)節(jié)較多，下面將進行詳細介紹：①隧道設(shè)計中線坐標(biāo)。測量人員只需將隧道的平面及高程曲線相關(guān)參數(shù)錄入到VMT軟件，便能夠直接得出隧道中線的三維坐標(biāo)。②測量TCA托架及后視托架三維坐標(biāo)。測量人員將全站儀架設(shè)在托架上，將后視棱鏡安裝在后視托架上。然后可直接將托架及后視托架中心位置的三維坐標(biāo)作為控制盾構(gòu)機姿態(tài)的起始數(shù)據(jù)。③設(shè)置VMT初始參數(shù)。該步驟也是利用計算機操作，測量人員將TCA中心位置的三維坐標(biāo)及后視棱鏡的坐標(biāo)、方位角輸入到計算機中，TCA定向完成后啟動計算機上的“advance”，然后再照準(zhǔn)激光標(biāo)靶測量其坐標(biāo)和方位，以激光標(biāo)靶的水平、豎直位置、俯仰角和滾動角。然后再利用計算機來模擬盾構(gòu)機的準(zhǔn)確位置，盾構(gòu)機操作人員可以以此為依據(jù)來確保盾構(gòu)機在設(shè)計路線上行駛。

3.4 盾構(gòu)掘進測量

盾構(gòu)機主要是靠激光導(dǎo)向系統(tǒng)來沿著設(shè)計路線準(zhǔn)確開挖隧道的。而隧道施工測量則是根據(jù)地下施工控制導(dǎo)線點和施工水準(zhǔn)控制點來準(zhǔn)確設(shè)定相關(guān)起始數(shù)據(jù)。盾構(gòu)法掘進隧道施工測量所涉及的環(huán)節(jié)較多，例如盾構(gòu)井（室）測量、盾構(gòu)拼裝測量、盾構(gòu)姿態(tài)測量、襯砌環(huán)片測量等。測量人員可以先將測量控制點傳遞到盾構(gòu)井（室）中以此來測設(shè)出線路中線點和盾構(gòu)安裝所需要的測量控制點，誤差值需要控制在3mm以內(nèi)。在安裝盾構(gòu)導(dǎo)軌的過程中，測量人員必須要將導(dǎo)軌方向、坡度及高程的誤差值控制在2mm以內(nèi)。在拼裝完盾構(gòu)后，測量人員需要測量刀口、機頭與盾尾連接點中心、盾尾之間的長度；測量盾構(gòu)外殼長度以及盾構(gòu)刀口、盾尾和支承環(huán)的直徑，各項測量值的誤差范圍必須要滿足表1的要求。在測定盾構(gòu)機姿態(tài)時，需要將切口中心作為特征點，縱軸作為特征軸，之后加以測量。最后依據(jù)作業(yè)控制導(dǎo)線來明確盾構(gòu)縱向軸線的角度，以確保盾構(gòu)機的掘進方向正確。

表1 各項測量誤差限差

3.5 襯砌環(huán)片測量

在量度襯砌環(huán)片的過程中，測量工作者能夠采用橫尺來量度襯砌環(huán)的橫向偏差和縱向偏差。在本地鐵工程案例中，管環(huán)的內(nèi)徑為3.0m，測量人員可以根據(jù)實際使用需求用鋁合金來制作相應(yīng)尺長的水平尺，然后將反射片粘貼到水平尺的正中央，測量人員依據(jù)管環(huán)、反射貼片和水平尺的大小便可以核算出管環(huán)中心和水平尺上面反射片核心的真正距離。在量測時，一定要保證水平尺保持水平，之后運用全站儀來量測反射貼片核心位置的三維坐標(biāo)，從而精準(zhǔn)核算出管環(huán)中心的三維坐標(biāo)，測量人員可以重復(fù)幾次，以減少測量誤差。

4 結(jié)束語

綜上所述，盾構(gòu)區(qū)間施工測量技術(shù)具有其獨特的先進性，因而被廣泛應(yīng)用到城市軌道交通施工中來。通過本文對哈爾濱某地鐵工程盾構(gòu)區(qū)間施工測量工作的分析，相信大家對各施工環(huán)節(jié)的主要測量方法有了一定程度的了解。此地鐵項目在施工測量方式的運用下順利完成建設(shè)，這對其他類似工程的施工測量工作也有一定的參考作用。相信在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的推動下，盾構(gòu)區(qū)間施工測量技術(shù)水平將進一步提升，能夠為更多的工程施工測量提供技術(shù)支持。

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U231

A

1004-7344（2016）32-0173-02

2016-10-29

徐文軍（1979-），男，河北遷安人，工程師，本科，主要從事水電站、高鐵、地鐵等測繪方面工作。