隧道盾構(gòu)法施工中的測(cè)量技術(shù)

馮力

摘 要：地下工程盾構(gòu)施工測(cè)量的主要目的是使盾構(gòu)機(jī)能夠沿設(shè)計(jì)軸線前進(jìn)，確保盾構(gòu)隧道準(zhǔn)確貫通。盾構(gòu)法施工中的測(cè)量工作主要分為三個(gè)部分：地上控制測(cè)量、地上與地下聯(lián)系測(cè)量、盾構(gòu)掘進(jìn)控制測(cè)量。此外，為了確保隧道準(zhǔn)確貫通，還應(yīng)結(jié)合工程的實(shí)際情況，嚴(yán)格把控影響隧道精度的各個(gè)環(huán)節(jié)的測(cè)量技術(shù)，以提高隧道成型整體精度，從而達(dá)到隧道準(zhǔn)確貫通的目的。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)測(cè)量；聯(lián)系測(cè)量；控制測(cè)量；ROBOTEC自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： U455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）28-75-2

0 引言

盾構(gòu)施工中，測(cè)量方面的主要工作是在人工測(cè)量基礎(chǔ)上進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)量，保證盾構(gòu)機(jī)沿設(shè)計(jì)軸線前進(jìn)，偏差值滿足設(shè)計(jì)要求。本文以北京地鐵14號(hào)線15標(biāo)東風(fēng)北橋站至將臺(tái)站區(qū)間10.22m大盾構(gòu)施工為例， 對(duì)盾構(gòu)施工測(cè)量技術(shù)作簡(jiǎn)要闡述。

北京地鐵14號(hào)線15標(biāo)東風(fēng)北橋站至將臺(tái)站盾構(gòu)區(qū)間為單洞雙線圓形區(qū)間隧道，區(qū)間線路從東風(fēng)北橋站向北下穿東四環(huán)后到達(dá)將臺(tái)站。盾構(gòu)掘進(jìn)測(cè)量以日本演算工房 ROBOTEC隧道自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)為主， 輔以人工測(cè)量校核。

1 地上控制測(cè)量

首先對(duì)業(yè)主給定的平面控制點(diǎn)及高程控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，坐標(biāo)點(diǎn)采用附合導(dǎo)線形式，水準(zhǔn)測(cè)量采用往返閉合水準(zhǔn)線路，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行平差處理，作為平面控制點(diǎn)及高程控制點(diǎn)的施工控制網(wǎng)的依據(jù)。根據(jù)始發(fā)豎井的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，分別在盾構(gòu)井的東西側(cè)加設(shè)了3個(gè)地面導(dǎo)線點(diǎn)以及3個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)。為了避免對(duì)中誤差對(duì)精度帶來(lái)的影響，導(dǎo)線點(diǎn)全部采用了強(qiáng)制對(duì)中盤模式。

2 聯(lián)系測(cè)量

聯(lián)系測(cè)量精度對(duì)整個(gè)標(biāo)段能否正確貫通起著決定性的作用。聯(lián)系測(cè)量的主要目的是將地上的平面及高程系統(tǒng)傳遞到地下導(dǎo)線點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)上，形成統(tǒng)一的空間坐標(biāo)系統(tǒng)。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，本工程定向測(cè)量采用了全站儀一井定向法，高程傳遞測(cè)量采用鋼尺導(dǎo)入法。本工程在整個(gè)施工過(guò)程中， 聯(lián)系測(cè)量坐標(biāo)傳遞3次。

2.1 導(dǎo)線傳遞

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件，本工程采用了一井定向方法，地面、地下近井導(dǎo)線測(cè)量觀測(cè)技術(shù)要求等同精密導(dǎo)線。分別在隧道工作井兩端各投掛一根鋼絲，在每根鋼絲上下兩端適當(dāng)位置上粘貼反射亮片，鋼絲底部掛工作重錘并置入油桶內(nèi)。先在地上測(cè)出兩個(gè)亮片點(diǎn)的坐標(biāo)，然后在工作井中再分別測(cè)設(shè)兩條鋼絲，反算出井下兩個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)，作為盾構(gòu)始發(fā)及掘進(jìn)的平面控制依據(jù)。

一井定向是在同一豎井內(nèi)懸掛兩根鋼絲組成聯(lián)系三角形，聯(lián)系三角形測(cè)量采用拓普康全站儀測(cè)量，每次獨(dú)立測(cè)量三測(cè)回，各測(cè)回較差不超過(guò)1mm。地上與地下測(cè)量的鋼絲間距較差小于2mm。每次定向應(yīng)獨(dú)立進(jìn)行三次，取三次平均值作為定向成果。聯(lián)系三角形鋼絲布置形狀應(yīng)滿足下列要求：

①鋼絲間的距離a應(yīng)盡可能長(zhǎng)；

②定向角？琢、′？琢盡可能小，一般應(yīng)小于1°，呈直伸三角形；

③b/a及b′/a′的比值應(yīng)盡可能小，一般應(yīng)小于1.5。

2.2 水準(zhǔn)傳遞

高程聯(lián)系測(cè)量可用吊鋼尺法。使用兩臺(tái)同精度水準(zhǔn)儀分別置于豎井上下合適的位置，懸吊鋼尺穩(wěn)定后同時(shí)進(jìn)行測(cè)量作業(yè)。導(dǎo)入標(biāo)高每次獨(dú)立進(jìn)行3次，每次變化儀器高使高差大于100 mm，兩次高差較差≤±2mm，取3次平均值為地下水準(zhǔn)測(cè)量基點(diǎn)標(biāo)高。

3 地下控制測(cè)量

隧道內(nèi)控制測(cè)量分為平面及高程控制測(cè)量?jī)刹糠?。隨著盾構(gòu)機(jī)沿線路方向往縱深不斷掘進(jìn)，隧道內(nèi)也需進(jìn)行相應(yīng)的平面及高程控制測(cè)量，以指導(dǎo)盾構(gòu)機(jī)按設(shè)計(jì)線路方向正常掘進(jìn)，以及對(duì)環(huán)片姿態(tài)、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)導(dǎo)向系統(tǒng)控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。地下平面控制點(diǎn)及高程控制點(diǎn)均固定在隧道內(nèi)穩(wěn)定的管片上，管片上布設(shè)的點(diǎn)位采用鉆孔埋設(shè)膨脹螺栓的方法，為保證測(cè)量精度，防止出現(xiàn)點(diǎn)位移動(dòng)現(xiàn)象，每次延伸控制導(dǎo)線前，需對(duì)已有的導(dǎo)線控制點(diǎn)至少三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)檢驗(yàn)。

①地下導(dǎo)線控制測(cè)量

在實(shí)際施工時(shí)，采用了雙支導(dǎo)線，布設(shè)成附和導(dǎo)線方式。一是避免測(cè)量時(shí)的粗差，另一方面通過(guò)雙支導(dǎo)線之間的相互校核，以提高地下控制導(dǎo)線的測(cè)量精度。隧道內(nèi)平面控制測(cè)量是以平面聯(lián)系測(cè)量基線邊為基礎(chǔ)的控制測(cè)量，盾構(gòu)機(jī)每掘進(jìn)150～200m后，加設(shè)一個(gè)平面測(cè)量控制點(diǎn)。相對(duì)中誤差≤±1/35000，導(dǎo)線端點(diǎn)橫向誤差為：

②地下高程控制測(cè)量

將高程引至隧道內(nèi)高程控制點(diǎn)上，隨著盾構(gòu)掘進(jìn)水準(zhǔn)路線也向前延伸。作為施工導(dǎo)線用的吊籃高程可由洞內(nèi)控制水準(zhǔn)點(diǎn)用水準(zhǔn)測(cè)量方法引測(cè)。地下水準(zhǔn)測(cè)量應(yīng)在隧道貫通前獨(dú)立進(jìn)行3次， 并與地面向地下傳遞高程同步。

4 盾構(gòu)掘進(jìn)測(cè)量

4.1 盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)測(cè)量

盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量是盾構(gòu)法施工測(cè)量的核心，盾構(gòu)姿態(tài)的正確與否，不但直接影響著管片的拼裝質(zhì)量而且是盾構(gòu)是否沿設(shè)計(jì)軸線掘進(jìn)的前提。盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)測(cè)量包括測(cè)量盾構(gòu)機(jī)的水平偏角、垂直偏角、俯仰角、扭轉(zhuǎn)角。盾構(gòu)機(jī)的偏角、俯仰角是用來(lái)判斷盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中是否在隧道設(shè)計(jì)中線上前進(jìn)，扭轉(zhuǎn)度是用來(lái)判斷盾構(gòu)機(jī)是否在容許范圍內(nèi)發(fā)生扭轉(zhuǎn)。測(cè)定盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的目的是確定目標(biāo)棱鏡與盾構(gòu)機(jī)的盾首、盾尾之間的位置關(guān)系，為盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4.2 Robotec自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)

此系統(tǒng)是為了對(duì)隧道挖掘施工進(jìn)行調(diào)整管理而開發(fā)的。其測(cè)量原理為：地面將測(cè)量指令傳給地下裝置部分，再傳給自動(dòng)化測(cè)量裝置進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量并計(jì)算，然后將反映盾構(gòu)姿態(tài)的軸線數(shù)據(jù)與理論數(shù)值進(jìn)行比較，自動(dòng)計(jì)算出盾構(gòu)水平及豎向偏差，并顯示在計(jì)算機(jī)上。

Robotec導(dǎo)向系統(tǒng)測(cè)量包括：隧道設(shè)計(jì)中線坐標(biāo)計(jì)算，測(cè)站托架和后視托架的三維坐標(biāo)的測(cè)量，初始參數(shù)設(shè)置等工作。

①隧道設(shè)計(jì)中線坐標(biāo)計(jì)算

將隧道的設(shè)計(jì)軸線要素和高程要素計(jì)算后，輸入計(jì)算機(jī)中，Robotec測(cè)量系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)計(jì)算出隧道中線的三維坐標(biāo)。

②Robotec測(cè)量測(cè)站托架和后視托架的測(cè)量

測(cè)站托架上安放全站儀，后視托架上安放后視棱鏡。通過(guò)人工測(cè)量將測(cè)站托架和后視托架的中心位置的三維坐標(biāo)測(cè)量出來(lái)后，作為控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的起始測(cè)量數(shù)據(jù)。

③測(cè)量系統(tǒng)初始參數(shù)設(shè)置：將自動(dòng)全站儀以及后視棱鏡的三維坐標(biāo)輸入控制計(jì)算機(jī)文件里，照準(zhǔn)激光標(biāo)靶并測(cè)量其坐標(biāo)和方位以確定激光標(biāo)靶三維坐標(biāo)，以及盾構(gòu)機(jī)的俯仰角和滾動(dòng)角，盾構(gòu)機(jī)的位置就以數(shù)據(jù)和模擬圖形的形式顯示在控制室的電腦屏幕上。

此外，在盾構(gòu)施工過(guò)程中，為了保證導(dǎo)向系統(tǒng)的正確性和可靠性，避免出現(xiàn)電腦理論計(jì)算與軸線實(shí)際計(jì)算出現(xiàn)脫節(jié)的情況，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)一定的長(zhǎng)度或時(shí)間之后，應(yīng)通過(guò)洞內(nèi)的獨(dú)立導(dǎo)線進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)的人工檢測(cè)。為保證測(cè)量數(shù)據(jù)傳達(dá)的及時(shí)性，在測(cè)量過(guò)程中使用跟蹤測(cè)量的方法，及時(shí)測(cè)量出盾構(gòu)機(jī)的三維坐標(biāo)，與設(shè)計(jì)平面及豎向關(guān)系進(jìn)行比較，確定改正值來(lái)指導(dǎo)盾構(gòu)推進(jìn)。

5 結(jié)論及建議

由于隧道工程建于地下，具有區(qū)間距離長(zhǎng)，隧道內(nèi)通視條件差等特點(diǎn)，而且往往受工程工期和施工環(huán)境的限制，這就要求測(cè)量工作一直保持在最高測(cè)量精度的狀態(tài)。在施工中必須高度重視測(cè)量工作，不允許出現(xiàn)測(cè)量誤差超出限差的情況。必須加強(qiáng)施工測(cè)量檢核，經(jīng)常復(fù)核洞內(nèi)的導(dǎo)線點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)，隨時(shí)掌握控制點(diǎn)的變形情況，隨時(shí)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)位變化，隨時(shí)進(jìn)行測(cè)量修正。嚴(yán)格遵守各項(xiàng)測(cè)量工作制度和工作程序，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

參 考 文 獻(xiàn)

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