施工測(cè)量控制在北京地鐵盾構(gòu)施工中的應(yīng)用

摘 要：以北京地鐵昌平線二期的盾構(gòu)隧道工程為實(shí)例，介紹了盾構(gòu)施工測(cè)量控制的要點(diǎn)，并對(duì)控制的方法進(jìn)行了說明，通過對(duì)施工中各個(gè)環(huán)節(jié)的測(cè)量控制，達(dá)到了盾構(gòu)隧道的精確貫通，為今后盾構(gòu)施工測(cè)量的控制起到了指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)施工；聯(lián)系測(cè)量；控制測(cè)量；姿態(tài)測(cè)量

1 工程概況

昌平新區(qū)站～南邵站區(qū)間自昌平新區(qū)站至昌平一期終點(diǎn)，與一期預(yù)留暗挖區(qū)間接口相接；區(qū)間中間設(shè)一風(fēng)井，作為盾構(gòu)始發(fā)井，其中，區(qū)間風(fēng)井以北，采取雙線盾構(gòu)法施工，為單圓斷面；區(qū)間風(fēng)井以南區(qū)間段采用礦山法施工，為單洞單線馬蹄形斷面，設(shè)一臨時(shí)施工豎井及橫通道進(jìn)行暗挖施工。區(qū)間沿線較為空曠，盾構(gòu)隧道覆土厚度為10～18m；區(qū)間沿內(nèi)環(huán)東路呈南北走向，到達(dá)昌崔路后呈東西走向到達(dá)昌平新區(qū)站。

盾構(gòu)區(qū)間右線平面布置上隧道設(shè)計(jì)起止里程為K8+544.7～K9+585.1，區(qū)間全長約為1040.4m，設(shè)置曲線為右JD14（R=420m）；縱斷面布置上為“V”型坡，以22‰、3.2‰下坡后，再以6.4‰上坡；左線平面布置上隧道設(shè)計(jì)起止里程為K8+544.7～K9+585.1，其中K9+292.582設(shè)置長鏈21.582，區(qū)間全長約為1061.982m，設(shè)置曲線為左JD16（R=440m）；縱斷面布置上為“V”型坡，以21.2‰、3.16‰下坡后，再以6.4‰上坡。區(qū)間平面位置如圖1所示。

2 施工測(cè)量控制要點(diǎn)

根據(jù)本盾構(gòu)區(qū)間施工特點(diǎn)及工程進(jìn)度，施工測(cè)量可以分為以下幾項(xiàng)進(jìn)行控制：聯(lián)系測(cè)量、盾構(gòu)始發(fā)洞門的復(fù)核、盾構(gòu)始發(fā)基座的安裝測(cè)量、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)測(cè)量、盾構(gòu)施工控制測(cè)量、盾構(gòu)導(dǎo)向系統(tǒng)的移站測(cè)量、盾構(gòu)管片姿態(tài)測(cè)量等。

2.1 聯(lián)系測(cè)量

本盾構(gòu)區(qū)間段左線長度為1061.982m，可以分為以下四次進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量：即始發(fā)前聯(lián)系測(cè)量、盾構(gòu)掘進(jìn)100～150m聯(lián)系測(cè)量、掘進(jìn)500m時(shí)聯(lián)系測(cè)量、盾構(gòu)貫通前150～200m的聯(lián)系測(cè)量。由于盾構(gòu)進(jìn)場(chǎng)時(shí)，始發(fā)井以南至臨時(shí)豎井的暗挖段初支已經(jīng)貫通，因此可以借助臨時(shí)施工豎井與盾構(gòu)始發(fā)井進(jìn)行兩井定向聯(lián)系測(cè)量。

（1）地面近井點(diǎn)測(cè)量

應(yīng)在盾構(gòu)始發(fā)井及暗挖臨時(shí)施工豎井附近至少布設(shè)3個(gè)平面控制點(diǎn)作為聯(lián)系測(cè)量的依據(jù)，地面近井點(diǎn)與精密導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)構(gòu)成附合導(dǎo)線或閉合導(dǎo)線，近井導(dǎo)線總長不宜超過350m，導(dǎo)線邊數(shù)不宜超過5條。視線離障礙物的距離不小于1.5m，避免旁折光的影響[1]；測(cè)量時(shí)應(yīng)按精密導(dǎo)線網(wǎng)測(cè)量的技術(shù)要求施測(cè)，最短邊長不應(yīng)小于50m。高程近井點(diǎn)應(yīng)利用二等水準(zhǔn)點(diǎn)直接測(cè)定，并應(yīng)構(gòu)成附和、閉合水準(zhǔn)路線。近井點(diǎn)的測(cè)量應(yīng)符合《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》的技術(shù)要求。

（2）平面聯(lián)系測(cè)量

分別在暗挖段臨時(shí)施工豎井和盾構(gòu)始發(fā)井懸掛鋼絲，上貼反射片，依據(jù)近井點(diǎn)利用徠卡全站儀TPS1201（±1mm+1.5ppm*D）進(jìn)行邊角測(cè)量。采用左、右角觀測(cè)，左、右角平均值之和與360°的較差應(yīng)小于4\"，測(cè)角中誤差在±2.5\"之內(nèi)；距離采用正倒鏡測(cè)量3測(cè)回，每測(cè)回三次讀數(shù)，各測(cè)回較差應(yīng)小于1mm，如圖2所示。

（3）高程聯(lián)系測(cè)量

采用在豎井內(nèi)懸掛鋼尺的方法進(jìn)行高程傳遞，地上地下安置兩臺(tái)水準(zhǔn)儀同時(shí)讀數(shù)，并在鋼尺上懸掛與鋼尺鑒定時(shí)相同質(zhì)量的重錘；每次應(yīng)獨(dú)立觀測(cè)三測(cè)回，測(cè)回間應(yīng)變動(dòng)儀器高，三測(cè)回測(cè)得地上、地下水準(zhǔn)點(diǎn)間的高差較差應(yīng)小于3mm；高差應(yīng)進(jìn)行溫差、尺長改正；讀數(shù)時(shí)應(yīng)遵循“四舍六入五湊偶”的原則[2]估讀一位數(shù)值，見圖3。

為了保證準(zhǔn)確貫通，貫通前最后一次的聯(lián)系測(cè)量則應(yīng)將始發(fā)端與接收端地面及隧道內(nèi)的控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，納入統(tǒng)一控制網(wǎng)，并進(jìn)行嚴(yán)密平差計(jì)算。每次聯(lián)系測(cè)量成果均需上報(bào)業(yè)主測(cè)量隊(duì)進(jìn)行檢核。

2.2 盾構(gòu)始發(fā)洞門的復(fù)核

由于在洞門施工過程中可能會(huì)因?yàn)榛炷翝仓鸲撮T預(yù)埋鋼環(huán)的上浮或者變形，為保證盾構(gòu)機(jī)的正確始發(fā)，在盾構(gòu)基座下井之前先按照設(shè)計(jì)對(duì)始發(fā)洞門預(yù)埋鋼環(huán)進(jìn)行復(fù)核，應(yīng)包括洞門凈空，洞門隧道中心線、中心高程等內(nèi)容。根據(jù)聯(lián)系測(cè)量成果復(fù)核盾構(gòu)始發(fā)洞門的三維坐標(biāo)，具體做法如下：

（1）用全站儀免棱鏡模式測(cè)出洞門的鋼環(huán)邊的實(shí)際平面坐標(biāo)，依次選擇左下、左中、左上、右下、右中、右上，具體位置如圖4所示，分別求平均值，然后將三組中心坐標(biāo)再求平均值，作為洞門中心的平面坐標(biāo)。

（2）用水準(zhǔn)儀配合塔尺采用變儀器高法[3]分三次分別測(cè)出鋼環(huán)豎向中線位置的拱頂、拱底標(biāo)高，取平均值作為洞門中心標(biāo)高，并計(jì)算出洞門凈空是否符合設(shè)計(jì)要求。

綜上，將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為洞門中心的三維坐標(biāo)。接收洞門則應(yīng)根據(jù)最后一次的聯(lián)系測(cè)量成果進(jìn)行復(fù)核，依據(jù)復(fù)核成果進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)的調(diào)整，確保隧道準(zhǔn)確貫通。

2.3 盾構(gòu)始發(fā)基座的安裝測(cè)量

（1）測(cè)量放線

始發(fā)前應(yīng)考慮之前所復(fù)核的洞門偏差及設(shè)計(jì)軸線，根據(jù)施工圖紙事先計(jì)算出隧道中心線的三維坐標(biāo)，在盾構(gòu)始發(fā)井內(nèi)按照設(shè)計(jì)隧道中心線采用坐標(biāo)法實(shí)地放樣出盾構(gòu)基座的中心線，基座中心線應(yīng)與隧道中心線重合；基座的高程應(yīng)按照洞門實(shí)測(cè)中心標(biāo)高往下返。

（2）基座安裝

將基座吊入并沿中心線安裝，安裝過程中應(yīng)隨時(shí)復(fù)核基座的中心線及滑軌的中心標(biāo)高，測(cè)量精度為±1mm，誤差應(yīng)控制在±5mm以內(nèi)。由于盾構(gòu)機(jī)前體比較重，為防止盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入洞門后產(chǎn)生扎頭現(xiàn)象，因此安裝時(shí)應(yīng)將基座比設(shè)計(jì)值高30mm。以同樣的方法安裝盾構(gòu)機(jī)反力架和接收基座，值得注意的是在安裝接收基座時(shí)應(yīng)低于設(shè)計(jì)標(biāo)高10～20mm，以保證盾構(gòu)機(jī)順利的滑上接收基座。

2.4 盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)測(cè)量

2.4.1 盾構(gòu)始發(fā)前姿態(tài)測(cè)量

盾構(gòu)機(jī)始發(fā)姿態(tài)的準(zhǔn)確與否關(guān)系到盾構(gòu)能否順利掘進(jìn)，并且關(guān)系成形隧道是否合格，是盾構(gòu)隧道施工的關(guān)鍵一步，因此應(yīng)在盾構(gòu)機(jī)組裝完畢后及時(shí)人工測(cè)量其姿態(tài)，并與自動(dòng)測(cè)量導(dǎo)向系統(tǒng)的姿態(tài)進(jìn)行復(fù)核。由于海瑞克盾構(gòu)機(jī)廠家在生產(chǎn)過程中已經(jīng)根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)在盾體上的不同位置預(yù)先焊接了模塊，用全站儀通過特制的連接桿和配套的圓棱鏡測(cè)出其三維坐標(biāo)，將數(shù)據(jù)輸入專用軟件進(jìn)行計(jì)算，得出各個(gè)模塊與設(shè)計(jì)軸線的相對(duì)位置關(guān)系，從而得出盾構(gòu)機(jī)的絕對(duì)位置、滾動(dòng)角、俯仰角、刀盤切口里程、水平偏差、垂直偏差等。為保證盾構(gòu)隧道的順利準(zhǔn)確施工，一般情況下每條隧道應(yīng)進(jìn)行三次人工測(cè)量姿態(tài)，即始發(fā)前姿態(tài)測(cè)量、施工過程中姿態(tài)測(cè)量、貫通前姿態(tài)測(cè)量，人工測(cè)量與自動(dòng)測(cè)量導(dǎo)向系統(tǒng)的姿態(tài)偏差應(yīng)控制在±3mm以內(nèi)。

2.4.2 盾構(gòu)到達(dá)前的姿態(tài)復(fù)核

在盾構(gòu)機(jī)距離到達(dá)接收井150～200m范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行全線聯(lián)系測(cè)量，并按照始發(fā)前的姿態(tài)復(fù)核標(biāo)準(zhǔn)來人工復(fù)核盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，從而根據(jù)接收洞門的位置來調(diào)整盾構(gòu)推進(jìn)姿態(tài)，確保隧道準(zhǔn)確貫通。

2.5 盾構(gòu)施工控制測(cè)量

2.5.1 平面控制測(cè)量

平面控制導(dǎo)線點(diǎn)采用雙支導(dǎo)線交叉布設(shè)形式，使兩條導(dǎo)線構(gòu)成相互檢核條件，間距應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求布設(shè)，一般情況下直線段每隔150m、曲線段根據(jù)曲線半徑大小間隔不小于60m布設(shè)一對(duì)導(dǎo)線點(diǎn)；每一對(duì)導(dǎo)線控制點(diǎn)前后相距20m，必要時(shí)兩條支導(dǎo)線可以構(gòu)成附合導(dǎo)線[4]?？刂茖?dǎo)線點(diǎn)應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)施工進(jìn)度及時(shí)往前延伸，并進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量。每次聯(lián)系測(cè)量時(shí)應(yīng)從洞口開始復(fù)核導(dǎo)線，進(jìn)行平差[5]計(jì)算，計(jì)算結(jié)果應(yīng)與前次測(cè)量成果相比較，較差為±2mm內(nèi)為合格，若數(shù)值相差較大，則應(yīng)分析原因，必要時(shí)重新進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量以求得準(zhǔn)確數(shù)值。盡量避免將每一條支導(dǎo)線布設(shè)在隧道的同一側(cè)，使視線距隧道邊墻的距離大于0.5m，以減小大氣折光差[4]對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。雙導(dǎo)線布設(shè)形式如圖5所示。

導(dǎo)線控制點(diǎn)為強(qiáng)制對(duì)中點(diǎn)，用3×3cm角鐵焊接支架，上用10mm厚鋼板焊接作為平面，中間鉆孔焊接專用英制M8螺桿，伸長15mm，用膨脹螺栓將三角托架固定在隧道側(cè)面。施做樣式如圖6所示。

2.5.2 高程控制測(cè)量

在隧道側(cè)下方45°范圍內(nèi)用10cm長的道釘做高程控制點(diǎn)，具體做法用電鉆在管片上打孔，將道釘砸入，周邊灌入水泥漿做保護(hù)，并做好標(biāo)記；由于隧道內(nèi)光照條件比較差，因此高程控制點(diǎn)間距應(yīng)控制在60m之內(nèi)，滿足高程測(cè)量要求即可。用精密水準(zhǔn)儀配合銦鋼尺進(jìn)行往返測(cè)量。

2.6 盾構(gòu)導(dǎo)向系統(tǒng)的移站測(cè)量

在盾構(gòu)隧道掘進(jìn)過程中，由于地層發(fā)生變化，導(dǎo)致管片上浮或者下沉，從而使固定在管片上的導(dǎo)向系統(tǒng)測(cè)站及后視棱鏡發(fā)生位移，最終影響盾構(gòu)姿態(tài)發(fā)生變化，或者超限，這就需要人工對(duì)導(dǎo)向系統(tǒng)測(cè)站及后視棱鏡進(jìn)行復(fù)核，調(diào)整盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)姿態(tài)。

在導(dǎo)向系統(tǒng)測(cè)站點(diǎn)向前搬移過程中，先通過導(dǎo)向系統(tǒng)自有程序測(cè)出新測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)，算出盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，記下測(cè)站點(diǎn)和后視棱鏡點(diǎn)的三維坐標(biāo)；然后通過設(shè)置在隧道管片上的測(cè)量控制點(diǎn)分別利用全站儀和水準(zhǔn)儀來人工復(fù)核導(dǎo)向系統(tǒng)的新測(cè)站點(diǎn)和新后視棱鏡點(diǎn)的三維坐標(biāo)，比較兩者的坐標(biāo)差值，如果≤±3mm，則可接受，將測(cè)得的三維坐標(biāo)輸入SLS-T軟件程序，計(jì)算出新的盾構(gòu)姿態(tài)，指導(dǎo)推進(jìn)；若差值較大，則應(yīng)找出原因，重新復(fù)核。

2.7 盾構(gòu)管片姿態(tài)測(cè)量

盾構(gòu)管片姿態(tài)測(cè)量是對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)控制的檢核，通過對(duì)隧道內(nèi)成形管片的測(cè)量，計(jì)算其與設(shè)計(jì)軸線的偏差數(shù)據(jù)，以此來調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)姿態(tài)，使實(shí)際的成形隧道在設(shè)計(jì)誤差范圍之內(nèi)，盡量避免調(diào)坡調(diào)線情況的發(fā)生。

管片姿態(tài)一般應(yīng)在管片脫出盾尾2-3環(huán)，管片基本穩(wěn)定后進(jìn)行首次測(cè)量，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件對(duì)后10環(huán)進(jìn)行測(cè)量，第二次待管片完全脫出盾構(gòu)機(jī)后配套臺(tái)車時(shí)測(cè)量，兩次測(cè)量應(yīng)有重合，以便于比較管片的變化量。如圖7和圖8所示。

2.7.1 高程偏差的測(cè)量

利用水準(zhǔn)儀+塔尺依據(jù)隧道內(nèi)的高程控制點(diǎn)測(cè)出成形管片前端接縫的拱頂、拱底標(biāo)高，計(jì)算出其豎向凈空值，拱底標(biāo)高和半徑相加得出隧道實(shí)測(cè)中心標(biāo)高，與設(shè)計(jì)標(biāo)高相比得出高程偏差，“+”為上浮、

“-”為下沉。

2.7.2 水平偏差的測(cè)量

以隧道內(nèi)的平面控制點(diǎn)為基線邊，利用全站儀及鋁合金靠尺（靠尺中間部位貼上反射片），將靠尺水平擺放在成形管片的前端接縫位置，測(cè)量出反射片中心的平面坐標(biāo)，以此作為管片的中心坐標(biāo)，比較成形隧道的實(shí)際軸線與設(shè)計(jì)軸線，計(jì)算出管片的前端里程及水平偏差。

綜合以上相應(yīng)管片的里程、水平偏差及高程偏差數(shù)據(jù)，形成報(bào)表作為盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)調(diào)整依據(jù)。

3 注意措施

（1）要遵循PDCA管理循環(huán)的四個(gè)階段、八個(gè)步驟的方法，及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，避免出現(xiàn)重復(fù)性錯(cuò)誤。（2）在施工中要完善聯(lián)系測(cè)量的二級(jí)檢核制度，即施工測(cè)量隊(duì)測(cè)量，業(yè)主測(cè)量隊(duì)檢核。（3）聯(lián)系測(cè)量時(shí)，應(yīng)選晴天無風(fēng)的日子，避免鋼絲及鋼尺晃動(dòng)影響觀測(cè)效果。（4）強(qiáng)制對(duì)中點(diǎn)托架需要安裝穩(wěn)固，防止晃動(dòng)引起測(cè)量誤差積累。（5）復(fù)核洞門預(yù)埋鋼環(huán)時(shí)每組點(diǎn)位應(yīng)選擇同一水平高度，避免因?yàn)楦叩臀恢貌煌鴮?dǎo)致平均值偏離中心線。（6）接收洞門的復(fù)核應(yīng)選擇在貫通前聯(lián)系測(cè)量后進(jìn)行，將隧道兩端地面及隧道內(nèi)施工導(dǎo)線控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，避免因地面控制點(diǎn)沉降而產(chǎn)生測(cè)量錯(cuò)誤。（7）在施工中應(yīng)充分調(diào)動(dòng)起測(cè)量員的積極性，保持認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，為打造優(yōu)質(zhì)工程而共同努力。

4 結(jié)束語

在本工程中通過對(duì)測(cè)量方法的及測(cè)量方案的優(yōu)化，施工中對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的測(cè)量控制，并通過對(duì)施工控制點(diǎn)進(jìn)行日常復(fù)核，認(rèn)真測(cè)量，細(xì)心計(jì)算，左、右線分別于2014年12月和2015年1月精確貫通，充分證明了進(jìn)行合理的施工測(cè)量控制是有必要的。

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