盾構(gòu)法施工過程中隧道軸線復(fù)測技術(shù)路線設(shè)計

唐萬銀

（上海市巖土工程檢測中心，上海 200436）

1 引言

隨著城市發(fā)展，軌道交通作為公共交通的重要組成部分，在緩解城市交通擁堵、優(yōu)化城市發(fā)展布局、改善城市環(huán)境等方面發(fā)揮了巨大作用。大力發(fā)展軌道交通事業(yè)，已成為社會共識。盾構(gòu)法因其施工效率高、環(huán)境危害小等優(yōu)點，目前廣泛應(yīng)用于地鐵隧道施工。軸線復(fù)測作為隧道軸線檢測的一種手段，可及時為施工方提供隧道與設(shè)計軸線的偏差值，指導(dǎo)施工方及時調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)，確保盾構(gòu)施工順利進洞及貫通。

2 軸線復(fù)測的工作內(nèi)容及復(fù)測頻率設(shè)計

要有效控制盾構(gòu)掘進過程中隧道區(qū)間的控制點和隧道軸線中心、高程的偏離情況，確保盾構(gòu)沿設(shè)計軸線推進，保障關(guān)鍵工序施工安全，軸線復(fù)測的主要工作內(nèi)容及頻率設(shè)計如表1 所示。

表1 軸線復(fù)測的工作內(nèi)容及頻率設(shè)計

3 軸線復(fù)測的技術(shù)路線設(shè)計

軸線復(fù)測項目組進場后，即可進行首級控制點的復(fù)測及地鐵保護區(qū)內(nèi)線路巡查，完成后提交首級控制點復(fù)測成果報告及線路巡查報告。按照軸線復(fù)測各項檢測工作的順序、工作特性及復(fù)測要求，在接到復(fù)測申請后，兩天內(nèi)完成外業(yè)測量工作，檢測合格次日提交報表。若有超限數(shù)據(jù)，經(jīng)重新測量仍超限的，上報業(yè)主及施工方。軸線復(fù)測工作流程如圖1 所示。

圖1 軸線復(fù)測工作流程

3.1 軸線復(fù)測技術(shù)方法設(shè)計

3.1.1 首級控制點復(fù)測

首級平面控制點復(fù)測分別測量前后相鄰空導(dǎo)點間夾角和前后兩相鄰點間距離；首級高程控制點復(fù)測測量位于盾構(gòu)施工區(qū)間兩側(cè)車站附近的水準(zhǔn)點，檢核其高差。平面和高程控制點提交的成果等級分別為四等導(dǎo)線[1]和二等水準(zhǔn)[2]。首級平面控制復(fù)測技術(shù)要按照《工程測量規(guī)范》（GB 50026—2007）四等導(dǎo)線并在測距指標(biāo)等方面偏高要求設(shè)計；野外水準(zhǔn)測量觀測作業(yè)遵照《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》（GB/T 12897—2006）中有關(guān)二等水準(zhǔn)的規(guī)定執(zhí)行。

3.1.2 加密控制點復(fù)測

隧道內(nèi)加密控制點復(fù)測，含井上井下聯(lián)系測量，從地面控制點向地下傳遞坐標(biāo)、方向和高程，通過洞門從地面向近井點引測坐標(biāo)和方向的趨近測量，可采用趨近導(dǎo)線或邊角三角形。

（1）趨近導(dǎo)線法

如圖2 所示，KD1、KD2、KD3 是首級空導(dǎo)點，以相鄰兩個空導(dǎo)點作為起算點，利用導(dǎo)線觀測方法將坐標(biāo)和方位引測至隧道內(nèi)。如果區(qū)間隧道位于KD2、KD1之間，即使KD3 同樣滿足起算點精度要求，復(fù)測時仍選KD2、KD1 作為該區(qū)間起算點，這樣有利于消除相鄰點位誤差，保證區(qū)間隧道相對位置準(zhǔn)確，提高貫通精度。

圖2 導(dǎo)線法示意圖

（2）聯(lián)系三角形法

聯(lián)系三角形法一般用于井口比較狹窄，無法進行趨近導(dǎo)線觀測的情況。要確保聯(lián)系測量的精度，井上、井下聯(lián)系三角形需滿足下列要求：兩懸吊鋼絲間距不小于5m ；定向角α（包括井上和井下）均小于3°；a/c 及a′/c′的比值小于1.5 倍[3]，如圖3 所示。

圖3 聯(lián)系三角形法示意圖

3.1.3 洞門復(fù)測

洞門中心（平面、高程）按盾構(gòu)推進設(shè)計圖紙進行復(fù)測較差比較。洞門復(fù)測的方法主要有空間圓擬合法與三維激光掃描法兩種。

（1）空間圓擬合法

現(xiàn)場實測洞門鋼圈內(nèi)邊沿的三維坐標(biāo)，盡量保證測點均勻分布，內(nèi)業(yè)利用隧道精靈軟件進行空間圓擬合處理，擬合出鋼圈洞門的中心三維坐標(biāo)[4]。擬合數(shù)據(jù)成果如圖4 所示。

圖4 空間圓擬合成果數(shù)據(jù)

（2）三維激光掃描法

外業(yè)采用徠卡P40 三維激光掃描儀進行洞門點云數(shù)據(jù)采集，內(nèi)業(yè)采用Cyclone 軟件，通過對點云數(shù)據(jù)的處理，經(jīng)過配準(zhǔn)、去噪、切割、抽稀、切片等技術(shù)處理，獲取所需點云數(shù)據(jù)，然后根據(jù)點云數(shù)據(jù)建立洞門的三維模型，在三維模型上可直接量測出洞門中心的三維坐標(biāo)[5]。洞門三維點云模型如圖5 所示。

圖5 洞門的三維點云模型

3.1.4 隧道軸線復(fù)測

通過測量成型盾構(gòu)環(huán)片的中心三維坐標(biāo)，計算出與設(shè)計軸線的三維偏差，檢查施工質(zhì)量，指導(dǎo)施工方實時調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)。軸線復(fù)測方法主要有五米橫尺法、空間圓擬合法與三維激光掃描法三種。

（1）五米橫尺法

用定制的帶長水準(zhǔn)氣泡并中心帶棱鏡的5m 鋁合金尺水平橫置于環(huán)片兩端（用水平尺控制其水平度），將棱鏡放置于尺中心刻畫點，全站儀照準(zhǔn)棱鏡中心，測量其坐標(biāo)，即為該環(huán)片的幾何中心坐標(biāo)；將5m 鋁合金塔尺分別正、倒立于同一環(huán)片前端底、頂處，用水準(zhǔn)儀讀取塔尺上兩個數(shù)據(jù)，將兩個數(shù)據(jù)相加即為豎徑，環(huán)片底部標(biāo)高加上豎徑的一半，即為環(huán)片的中心標(biāo)高。

（2）空間圓擬合法

利用全站儀觀測環(huán)片上同一斷面上的測點，測點應(yīng)大致均勻分布于整環(huán)，內(nèi)業(yè)通過空間圓擬合法擬合其圓心的三維坐標(biāo)，方法同洞門復(fù)測的空間圓擬合。

（3）三維激光掃描法

技術(shù)方法同洞門復(fù)測，通過建立隧道的三維模型，能直觀地看出隧道軸線的偏離值。

3.1.5 隧道沉降和收斂監(jiān)測

隧道沉降主要采用二等水準(zhǔn)觀測方法，復(fù)測點可采用中視法觀測；管片收斂監(jiān)測主要采用固定測線法和全斷面掃描法。

（1）固定測線法

采用手持測距儀觀測，測距儀應(yīng)分別對中、瞄準(zhǔn)固定測線的兩個端點，每條測線應(yīng)獨立進行3 次讀數(shù)，互差不大于±2mm，取均值作為本次觀測成果。

（2）全斷面掃描法

在隧道環(huán)片道床中間位置設(shè)置架站基準(zhǔn)點S，以垂直于環(huán)片的豎向平面作為監(jiān)測斷面，兩側(cè)環(huán)片(或中間隔墻)下部設(shè)置定向點A、B。以儀器中心在地面的投影為原點，在儀器望遠鏡所掃過的平面內(nèi)建立直角坐標(biāo)系，以橫斷面上每個測點的相對測量原點的x、y 坐標(biāo)擬合圓曲線，與隧道設(shè)計橫斷面形狀相比較，計算包括水平直徑在內(nèi)的全斷面數(shù)據(jù)。全斷面掃描示意圖如圖6 所示。

圖6 全斷面掃描示意圖

3.1.6 關(guān)鍵工序施工監(jiān)測抽測

對關(guān)鍵工序施工監(jiān)測進行抽測，確保監(jiān)測資料能真實反映復(fù)測對象的變化情況，保障關(guān)鍵工序施工安全，主要技術(shù)方法為沉降監(jiān)測和收斂監(jiān)測。

3.2 軸線復(fù)測限差設(shè)計

軸線復(fù)測限差設(shè)計如表2 所示，復(fù)測值與限差值比較，若超出報警界限值或有突發(fā)情況，現(xiàn)場復(fù)測人員在檢查確認復(fù)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性后，應(yīng)立即與項目復(fù)測負責(zé)人聯(lián)系，判斷可能存在的險情特征，對報警后的相應(yīng)復(fù)測點實施重點復(fù)測，適當(dāng)增加復(fù)測頻率，觀察沉降與發(fā)展趨勢。

表2 軸線復(fù)測限差設(shè)計

3.3 軸線復(fù)測成果提交

軸線復(fù)測工作貫穿整個盾構(gòu)施工時段，根據(jù)各測項的時間、工序、內(nèi)容等，及時提交相應(yīng)的中間成果報表，區(qū)間貫通后提交貫通總結(jié)報告。中間成果報表包括：（1）首級控制點復(fù)測成果報表；（2）加密控制點復(fù)測成果報表；（3）洞門復(fù)測成果報表；（4）隧道軸線偏移值成果報表；（5）隧道沉降、收斂成果報表；（6）關(guān)鍵工序監(jiān)測的抽測成果報表；（7）巡查報表。

4 結(jié)束語

軸線復(fù)測是盾構(gòu)法施工過程中必不可少的一項內(nèi)容，是指導(dǎo)信息化施工的一種方式，是保障盾構(gòu)安全、準(zhǔn)確推進的強有力手段。隨著城市軌道交通項目的大力開展，軸線復(fù)測的重要性日益凸顯。本文針對上海地區(qū)地鐵隧道施工中軸線復(fù)測工作進行技術(shù)路線設(shè)計，可為其他盾構(gòu)法隧道施工軸線復(fù)測提供參考。