地鐵盾構(gòu)洞門鋼環(huán)安裝精度控制及測(cè)量數(shù)據(jù)分析

郭志明 王繼強(qiáng) 鄭立志

【摘要】地鐵盾構(gòu)在始發(fā)、接收前都要進(jìn)行洞門鋼環(huán)安裝定位，洞門鋼環(huán)是一個(gè)空間圓而且安裝精度要求非常高，安裝的合不合理，這關(guān)系到盾構(gòu)機(jī)能安全始發(fā)與成功接收的問(wèn)題。本文主要介紹地鐵盾構(gòu)洞門鋼環(huán)安裝精度控制，通過(guò)全站儀測(cè)量洞門鋼環(huán)圓周上若干個(gè)三維坐標(biāo)點(diǎn)，結(jié)合CAD、Excel軟件對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算，得到洞門鋼環(huán)實(shí)際位置，與設(shè)計(jì)洞門鋼環(huán)斷面圖進(jìn)行對(duì)比分析，以滿足鋼環(huán)安裝精度。

【關(guān)鍵詞】盾構(gòu)鋼環(huán);測(cè)量;定位;三維坐標(biāo)

1、盾構(gòu)洞門鋼環(huán)安裝定位方法

1.1盾構(gòu)洞門鋼環(huán)制作和安裝精度要求

盾構(gòu)洞門鋼環(huán)制作和安裝精度要求非常高，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及規(guī)范要求，預(yù)埋盾構(gòu)鋼環(huán)制作加工及安裝精度如下：直徑允許誤差20mm，平面安裝誤差±20mm，高程誤差±15mm，焊縫須連續(xù)、不漏焊，焊縫高度均為8mm。

1.2盾構(gòu)洞門鋼環(huán)安裝

（1）由于盾構(gòu)洞門鋼環(huán)直徑比較大，吊運(yùn)安裝過(guò)程中容易變形，鋼環(huán)需分成三塊制作，即每分塊120°圓弧，并采用角鋼在環(huán)內(nèi)加撐減小變形。

（2）盾構(gòu)洞門鋼環(huán)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，需在地面進(jìn)行試拼裝，保證分塊之間能夠準(zhǔn)確對(duì)接，檢測(cè)鋼環(huán)內(nèi)徑、平整度、焊縫厚度是否滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）施工單位項(xiàng)目部專業(yè)測(cè)量人員在端頭墻上測(cè)放盾構(gòu)洞口位置，然后根據(jù)控制線在端頭上焊接定位鋼筋，焊接完成后采用吊車將下半部鋼環(huán)吊放至設(shè)計(jì)位置。

（4）因受車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐的影響，端頭井處內(nèi)襯墻須采用分段分層澆筑，所以盾構(gòu)鋼環(huán)的安裝要分兩次進(jìn)行，首先安裝鋼環(huán)下半環(huán)，待下半環(huán)定位完成后，再安裝上半環(huán)。

1.3盾構(gòu)洞門鋼環(huán)測(cè)量原理及測(cè)量方法

（1）根據(jù)測(cè)繪院提供的測(cè)量控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量，往車站底板引測(cè)兩個(gè)導(dǎo)線控制點(diǎn);導(dǎo)線形式為閉合或附合導(dǎo)線，導(dǎo)線精度滿足《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范GB/T50308-2017》的要求。

（2）根據(jù)坐標(biāo)正反算計(jì)算在車站洞門底板上放樣隧道設(shè)計(jì)中心延長(zhǎng)線上的一個(gè)平面坐標(biāo)點(diǎn)，使坐標(biāo)點(diǎn)便于架設(shè)全站儀，并保證全站儀能看到盾構(gòu)鋼環(huán)一周。

（3）利用在底板上計(jì)算的控制點(diǎn)架設(shè)全站儀，底板上的其中一個(gè)控制點(diǎn)作為后視點(diǎn)，另一點(diǎn)作為檢核點(diǎn)，在洞門端頭地連墻面上放樣出鋼環(huán)中線。

（4）根據(jù)底板上高程控制點(diǎn)，利用水準(zhǔn)儀在洞門地連墻上畫出盾構(gòu)鋼環(huán)中心及底設(shè)計(jì)標(biāo)高線，設(shè)計(jì)底標(biāo)高線與隧道中心線的交點(diǎn)即為盾構(gòu)鋼環(huán)底中心位置。

（5）利用吊車下放鋼環(huán)，根據(jù)隧道中線及標(biāo)高線對(duì)鋼環(huán)進(jìn)行初步定位。

（6）項(xiàng)目部專業(yè)測(cè)量人員利用全站儀對(duì)洞門鋼環(huán)進(jìn)行三維坐標(biāo)測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化后，在CAD圖上展點(diǎn)得到洞門鋼環(huán)實(shí)測(cè)位置與設(shè)計(jì)位置的斷面對(duì)比圖。

2、工程實(shí)例

濟(jì)南市裴家營(yíng)地鐵站為明挖車站，車站沿規(guī)劃路東西向布置，地下雙柱三跨雙層島式車站，東西端頭均為盾構(gòu)接收井，車站主體結(jié)構(gòu)盾構(gòu)鋼環(huán)位于1軸小里程方向（SK21+354.296、XK21+353.831），38軸大里程方向（SK21+652.768、XK21+652.768），均為單圓盾構(gòu)預(yù)埋鋼環(huán)，鋼環(huán)內(nèi)徑6900mm，外徑7100mm，寬度900mm，厚度為10mm。盾構(gòu)洞門鋼環(huán)初步定位完成后，項(xiàng)目部專業(yè)測(cè)量人員對(duì)鋼環(huán)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

2.1測(cè)量數(shù)據(jù)采集

采用徠卡TS15A全站儀（測(cè)角精度±1″，測(cè)量距精度1+1.5ppm），置鏡于隧道中心延長(zhǎng)線的已知點(diǎn)上，后視另一個(gè)已知點(diǎn)，通過(guò)三角高程計(jì)算出儀器高輸入儀器進(jìn)行定向，瞄準(zhǔn)盾構(gòu)洞門鋼環(huán)內(nèi)邊緣點(diǎn)，用無(wú)棱鏡測(cè)距模式直接測(cè)量該點(diǎn)三維坐標(biāo)，并存儲(chǔ)到儀器自帶內(nèi)存里。為了盡可能保證鋼環(huán)的精度，宜沿鋼環(huán)圓周測(cè)量若干個(gè)點(diǎn)，且間距應(yīng)均勻，該盾構(gòu)洞門鋼環(huán)采集的三維坐標(biāo)，如表1所示：

2.2數(shù)據(jù)計(jì)算處理

因?yàn)槎軜?gòu)洞門鋼環(huán)是一個(gè)空間的圓，實(shí)測(cè)的坐標(biāo)是平面坐標(biāo)，所以要對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。根據(jù)坐標(biāo)正反算計(jì)算出實(shí)測(cè)坐標(biāo)與同一里程隧道中線坐標(biāo)的距離，判斷實(shí)測(cè)Y軸坐標(biāo)與同一里程隧道中線Y軸坐標(biāo)的大小，如果小則在隧道中線的左邊（計(jì)算的距離為負(fù)數(shù)），否則為右邊（計(jì)算的距離為正數(shù)）。判斷實(shí)測(cè)高程與同一里程設(shè)計(jì)鋼環(huán)底面高程的大小，如果小則在設(shè)計(jì)鋼環(huán)底下面（計(jì)算的差值為負(fù)數(shù)），否則在上面（計(jì)算差值的為正數(shù)）。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換可以使用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，盡量的減少數(shù)據(jù)人工處理，保證數(shù)據(jù)的正確性。

經(jīng)過(guò)整理將高程差值作為新的X坐標(biāo)，計(jì)算的距離作為新的y坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)成果如表2所示：

在CAD中以盾構(gòu)洞門鋼環(huán)斷面圖為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)洞門鋼環(huán)底作為0，0點(diǎn)，將轉(zhuǎn)換后的新坐標(biāo)以（Y，X）的形式展到CAD中，即得到盾構(gòu)洞門鋼環(huán)實(shí)測(cè)位置與設(shè)計(jì)斷面對(duì)比圖。

2.3數(shù)據(jù)分析

實(shí)測(cè)鋼環(huán)底標(biāo)高比設(shè)計(jì)鋼環(huán)底標(biāo)高低5mm;實(shí)測(cè)鋼環(huán)頂標(biāo)高比設(shè)計(jì)鋼環(huán)頂標(biāo)高低2mm;左側(cè)實(shí)測(cè)位置與設(shè)計(jì)位置差值-9mm，鋼環(huán)偏右;右側(cè)實(shí)測(cè)位置與設(shè)計(jì)位置差值11mm，鋼環(huán)偏右。由以上數(shù)據(jù)可以看出，盾構(gòu)洞門鋼環(huán)實(shí)際位置偏隧道中線右側(cè)，偏移量為10mm，上下直徑比設(shè)計(jì)直徑大3mm，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

結(jié)語(yǔ)：

根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比分析，采用全站儀測(cè)量盾構(gòu)洞門鋼環(huán)圓周三維坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，并通過(guò)CAD軟件直觀地體現(xiàn)出盾構(gòu)鋼環(huán)的實(shí)際狀態(tài)，這種方法操作簡(jiǎn)單又以圖的形式展現(xiàn)出來(lái)，直觀明了。為了更精確的體現(xiàn)盾構(gòu)洞門鋼環(huán)的實(shí)際位置，可以采集更多的數(shù)據(jù)，大量的數(shù)據(jù)計(jì)算繁瑣，為了提高工作效率，數(shù)據(jù)的處理完全可以通過(guò)Excel中函數(shù)公式進(jìn)行計(jì)算。此方法也同樣適用于地鐵車站、暗挖區(qū)間的斷面測(cè)量，為后期地鐵調(diào)線調(diào)坡提供有利數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

郭志明，北京建工土木工程有限公司，北京。