盾構機施工準備之始發(fā)階段的測量工作

郁紅曉

（上海市機械施工集團有限公司，上海 200072）

隨著城市建設的飛速發(fā)展，地鐵建設已成為我國各大城市的首要建設目標。盾構施工技術在穿越復雜的地質(zhì)地形施工方面具有極高的安全性和高效性，故被廣泛應用于地鐵建設上。盾構施工測量是盾構掘進的前期工作，其主要是控制盾構的位置和推進方向，以確保盾構按照設計軸線推進，管片拼裝后滿足隧道軸線誤差控制要求，利用洞內(nèi)導線點測定盾構機的位置，通過推進油缸施以不同的推力調(diào)整盾構的位置和推進方向，從而使盾構機的掘進按照設計的線路方向推進?？梢钥闯?，測量工作為盾構始發(fā)施工的一個重要節(jié)點，必須做好始發(fā)階段準備工作，把握測量精度，盡可能消除誤差，以提高盾構施工的質(zhì)量與安全。

1 項目概況

本項目為某地軌道交通18號線工程16標段工程建設，5號站為18號線工程中間站，車站中心里程SK30+717.270，主體位于5號站路段路下，沿該段路東西向敷設，車站呈東西向布置，西鄰其他路段。車站與既有10號線通道換乘。車站為地下三層島式車站，采用雙柱三跨現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱型結構，有效站臺寬度13.06 m，車站規(guī)模為168.7 m×20.4 m，底板埋深約25.69 m。該軌道交通線路盾構區(qū)間為：1號站至5號站，區(qū)間結構形式為盾構法圓形隧道區(qū)間，線路平面線間距為13.3~16.2 m，線路長度661.698 m；5號站至8號站，區(qū)間結構形式為盾構法圓形隧道區(qū)間，線路平面線間距為11.6~16.2 m，線路長度1 251.988 m。該區(qū)間覆土厚度17.8~24.7 m。

2 工程特點

該地軌道交通18號線工程16標段土建工程的掘進工作采用了盾構施工技術，為了保障盾構掘進過程的安全性與準確性，必須加強1號站至5號站和5號站至8號站盾構區(qū)間的測量控制，盾構法隧道施工測量主要包括地面控制測量、聯(lián)系測量、地下控制測量、掘進施工測量、貫通測量和竣工測量等，在各項工作中，最為重要的是地面控制測量﹑聯(lián)系測量和始發(fā)測量，其每一步的測量工作都會直接影響下一步的施工。本項目地鐵地下洞內(nèi)可利用的空間有限，且具有很大施工干擾，貫通控制測量要求極高；再加上地下因屏蔽效應造成測量只能采用大地測量方式、導線測量形式、三角高程并精密評查往返測量等，而無法利用先進的GPS進行精準定位測量，因而必須根據(jù)工程特點，合理安排施工測量，以為盾構施工提供技術數(shù)據(jù)保障。

3 盾構始發(fā)測量要點分析

3.1 測量準備

測量工作是地鐵施工中的關鍵工序，本工程測量工作基于場地實際情況，采用由高級網(wǎng)控制地基網(wǎng)的方法設置二級控制網(wǎng)，以保證車站軸線系統(tǒng)精確、可靠，具有可操作性；由于本工程兩段區(qū)間存在測量難點，故應按照規(guī)定程序，考慮可操作性標準，通過實地考察、了解現(xiàn)場布置、熟悉圖紙、掌握現(xiàn)場測量坐標與建筑物關系的前提下進行始發(fā)階段的測量工作，并檢測測量放線與計算工作同步校核，緊密配合施工，促進測量質(zhì)量目標的達成。

3.2 盾構區(qū)間施工測量

3.2.1 地面平面控制測量

（1）隧道地面控制測量需要建立合適的測量控制系統(tǒng)，從而基于可靠的地面控制點，為聯(lián)系測量與地下控制測量提供基礎依據(jù)，并以此作為復核測量與竣工測量的起算數(shù)據(jù)。本工程地面控制測量采用導線測量，布設至少三個平面控制點于每個井洞內(nèi)，以此作為向隧道內(nèi)傳遞坐標和方位的聯(lián)系測量依據(jù)，兩井之間應還應建立互相通視平面控制點，以此達到兩車站盾構區(qū)間貫通，并保證襯砌環(huán)橫豎向安裝精度在50 mm誤差范圍內(nèi)（如圖1）。

圖1 地面控制點布置

（2）基于業(yè)主提供的控制點布設高控兩點，如業(yè)主所提供的控制點不可利用，必須要找到與其相連的緊密聯(lián)系，并以其為基點參考，建立獨立的通視控制點。采用TCA1800全站儀的四測回進行連測，按照相關規(guī)范要求對測角精度進行控制。對兩端井內(nèi)預留洞孔實際位置進行確定，以兩個洞門實際測量坐標為依據(jù)，設置地面抽線控制點于兩車站端頭，盡量在盾構開始推進段中心軸線的延長線及接收井軸線中線延長線上設置點位，確保相鄰邊長相差在可控范圍內(nèi)，并要以牢固、穩(wěn)定為前提設置精密導線點位置。地面兩井控制導線間建立聯(lián)系導線后，且導線與規(guī)定閉合度要求相符，即可使用。起始導線邊長應以現(xiàn)場場地條件為依據(jù)盡量拉長，并定期復核控制點強制對中所存在的誤差。此外，為了方便相互校核引測，應設置2~3個高程控制點在井口附近引測，可對已知高級水準點進行利用，閉合水準路線引測高程點標志布設必須基穩(wěn)固、安全、方便觀測的原則。

3.2.2 聯(lián)系測量

聯(lián)系測量主要是為了確保地下控制與地面控制實現(xiàn)一定的幾何聯(lián)系，以促進地下工程正確貫通而形成的統(tǒng)一坐標系統(tǒng)。聯(lián)系測量是對地下控制測量起算點進行確定，地下起始導線點高程由地面井口處高程點傳遞到井下，采用鋼尺垂直懸掛進行傳遞，將適當重物系在鋼尺下，以確保達到垂直效果，之后用兩臺水準儀在地面、井下同時觀測轉移到井下高程控制點上。本工程布設2~3個地下起始控制點，采用鉛垂儀垂直投設傳遞，校核采用全站儀進行觀測，地下起始導線點的建立應強制對中、堅固，并配備定向照明，按照精密導線測量技術標準嚴格平面控制，從而通過地面起始導線垂直傳遞的方法轉移到車站底層已施工的基礎上，達到地下與地面控制聯(lián)系效果（如圖2）。

圖2 高程傳遞示意圖

3.3 盾構施工測量

3.3.1 始發(fā)架和接收架安裝定位測量

（1）盾構施工測量主要是測量盾構機的實時姿態(tài)，通過左右上下偏差、坡度、旋轉角等幾個參數(shù)確定盾構姿態(tài)。在盾構姿態(tài)確定前應以設計圖路線為依據(jù)，對整條線路三維坐標進行計算，該隧道采用1.2 m的管片，故計算時每1.2 m一個三維坐標點。盾構初期掘進是掌握與理解盾構性能和施工規(guī)律的過程，盾構基座、反力架在始發(fā)段一起構成助推盾構機的一部分，以給盾構機提供始發(fā)動力，始發(fā)架基座必須要準確安全的放置在盾構定點位置，具有足夠的強度、剛度和安全精度；反力架在后軸臂上依附，其輪廓為一個正方形鋼結構，通過提供反作用力使盾構機頂在反力架上前進。

（2）根據(jù)盾構機進、出洞的平面線形和坡度安防始發(fā)架和接收架，以此可保證盾構機進、出洞的測量精度。本工程在對預留洞口三維坐標精確測量及與設計值比較后再安放始發(fā)架。在對三維坐標精確測定后要對盾構出洞軸線進行確定，出洞存在兩種情況，即直線出洞和曲線出洞（如圖3、圖4），如直線出洞始發(fā)架可按照設計方位出洞；反之，應對出洞前加固區(qū)進行考慮，由于加固區(qū)盾構機不能進行糾偏，故始發(fā)架或接收架須采取割線出洞比較安全，但必須要實現(xiàn)計算好割線的出洞方位，確保在不可對盾構機糾偏的情況下的最大偏移量在500 mm以下。

圖3 自循環(huán)模式工作流程圖

圖3 直線始發(fā)

圖4 曲線始發(fā)

3.3.2 反力架定位測量

反力架為盾構始發(fā)提供初始反推力，且為盾構始發(fā)提供初始的空間姿態(tài)，反力架斷面應與始發(fā)臺水平軸垂直安裝，以此可使盾構軸線平行于隧道設計軸線，反力架和始發(fā)臺安裝時應控制好反力架左右偏差、高程偏差和上下偏差，確保在±10 mm、±5 mm、±10 mm之內(nèi)誤差范圍。

3.3.3 盾構初始姿態(tài)測量

拼裝完成盾構機后應置于發(fā)射架上就位，為了給盾構機準備推進提供相關數(shù)據(jù)，應對盾構機的初始姿態(tài)進行測量，以導線成果為依據(jù)，將盾構機切口、尾部的中心三維坐標測出，再與設計路線三維坐標比較，之后對切口與盾尾平面偏離值與高程偏離值進行計算，以此得出盾構機的初始姿態(tài)。

3.3.4 盾構施工姿態(tài)測量

盾構機一旦進入正常掘進狀態(tài)，其施工測量就會變得重復，但必須要對推進趨勢進行了解，掌握盾構首尾瞬間狀態(tài)，對盾構機動態(tài)數(shù)據(jù)及時采集，從而可準確對盾構各施工參數(shù)進行調(diào)整，以指導盾構機嚴格按設計軸線推進。測量盾構縱向軸線和徑向軸線，主要包括刀口、機頭與機尾連接中心、盾尾之間的長度、盾構外殼長度、盾構刀口、盾尾和支承環(huán)的直徑等測量內(nèi)容。當盾構機掘進作業(yè)時，應實時測量其與線路中線的平面偏離、高程偏離、縱向坡度、橫向旋轉和切口里程等，并確保與規(guī)定允許誤差要求相符；盾構機實時姿態(tài)測定時，應最少測量一個特征值和一個特征軸，擇其切口中心為特征點，縱軸為特征軸進行測量。本次測量將盾構姿態(tài)與盾構機的實際姿態(tài)測出比較后再出洞，以此確保盾構姿態(tài)的正確性。

4 結束語

綜上所述，地鐵盾構測量工作涉及面廣，盾構機施工工作測量的重點部分在于盾構始發(fā)階段，對于測量定位的精度要求較高，如何在施工中提高測量質(zhì)量就成為了相關技術人員必須要考慮的問題。本項目最終通過地面控制測量、聯(lián)系測量、盾構施工測量等預控管理，為掘進施工提供有利數(shù)據(jù)支撐，從而保證工程整體達到設計目標要求。