地鐵盾構測量方法應用研究

黃勝

摘要：隨著城市軌道交通建設進程的推進，城市擁堵問題得以緩解，城市化進程也得到了進一步推進。對此，應有效保證軌道交通工程的質(zhì)量，其中，提高施工測量水平尤為重要。論文結合地鐵區(qū)間隧道的實際工程，論述盾構施工中的聯(lián)系測量、洞門預埋鋼環(huán)檢查測量、盾構機始發(fā)姿態(tài)定位測量及盾構機推進施工測量等技術，分析地鐵盾構測量方法和相關技術的結合與應用，希望能為相關工程提供參考。

關鍵詞：地鐵盾構? 地下控制? 測量方法? 應用研究

中圖分類號：U455.43;U231.3

1聯(lián)系測量

開始進行隧道貫通測量之前，項目團隊至少需要開展3次的聯(lián)系測量工作，即當掘進工作開展至100m、300m及距離貫通面100～200m時，及時安排測量。地下近井定向邊方位角較差應<12″，地下高程點高程較差應<3mm，符合要求時，匯總各測量數(shù)據(jù)，計算平均值，所得結果即為日后測量的起算數(shù)據(jù)，此類數(shù)據(jù)對于指導隧道貫通而言有積極意義[1]。聯(lián)系測量定向采用光電測距導環(huán)線完成，最好將導線點安設在避免施工干擾、穩(wěn)固可靠的地段，從而構建出閉合環(huán)。導線邊以接近等長為宜，一般直線地段控制在200m以上，曲線地段最少需要控制在70m。于地面控制網(wǎng)中納入地面趨近導線點，以此平差，通過此方法的應用，可減小誤差，同時有助于提高地面趨近點位的精度，在方法應用得當時，可促進定向與地下趨近導線測量工作的高效開展，保證精度。

當項目進行至盾構始發(fā)、掘進100m、距貫通面200m時，均有必要安排獨立定向，3次聯(lián)系測量得到的地下趨近導線，其基線邊的方位角中誤差必須控制在2.5″以內(nèi)。在整個定向測量過程中，施工人員可以借助強制觀測墩控制地面和地下趨近導線樁點。高程傳遞聯(lián)合應用到吊鋼尺法、光電三角高程法，獨立執(zhí)行3次，誤差均≤1mm。

2洞門預埋鋼環(huán)檢查測量

（1）利用極坐標法放樣出隧道的中心線與盾構機導軌位置，隨后借助水準測量法測量出隧道高程控制線、導軌坡度大小。項目團隊必須確保盾構機導軌的位置、高程最大誤差維持在±5mm以內(nèi)。

（2）施工人員可以借助反力架、洞門鋼環(huán)的位置里程測算出三維坐標，借助該坐標完成放樣工作。

（3）在對反力架和洞門鋼環(huán)進行澆筑之前，項目單位需組織測量人員再次測量設計中心垂直、水平等位置，計算出里程坐標和中心之間的距離。放樣和復測中誤差不應超過10mm。因此，鋼環(huán)安裝到位且經(jīng)過定位處理后，由專員復核，發(fā)現(xiàn)偏差并及時處理，直至無誤為止。施工期間，要求測量控制點與盾構進出洞聯(lián)導線控制點吻合，同時只有在實測結果通過復核后（復核參與方應包含施工、監(jiān)理、業(yè)主），才能進行后續(xù)的墻體混凝土澆筑作業(yè)，拆摸后還要再次進行檢查，將測量結果當成鋼環(huán)最終姿態(tài)，以便為后續(xù)施工提供參考。

3盾構機始發(fā)姿態(tài)定位測量

盾構機始發(fā)姿態(tài)定位時，考慮到定位準確性和操作便捷性的要求，可用反力架、始發(fā)臺輔助作業(yè)。其中，始發(fā)臺能夠幫助施工人員確定盾構機的初始空間姿態(tài)，反力架則能夠在施工過程中為施工人員提供反力，其將直接干擾盾構機始發(fā)與推進階段的姿態(tài)。所以，施工人員在進行施工的時候必須充分借助上述兩個構件輔助施工。

施工人員借助水準儀、全站儀精準定位始發(fā)臺，根據(jù)盾構機的前體、中體、后體直徑，在盾構設備始發(fā)軸線、前體和刀盤相連的端面、前中體連接端面等區(qū)域均進行標記，直到始發(fā)軸線的支距為止，在此基礎上，方可檢查盾構機在始發(fā)臺處的姿態(tài)，以便精細化調(diào)整[2-4]。

盾構機出洞位置的規(guī)劃方面，應安排在加速下坡地帶，同時考慮到始發(fā)階段不能擅自調(diào)向，在進行定位的時候，為了防止始發(fā)臺出現(xiàn)位置偏移、脫離軌道等問題，施工人員可適當抬高盾構機，抬高高度控制在2cm為宜。同時，在進行定位反力架的安裝時，施工人員必須確保反力架和環(huán)管片始終和始發(fā)軸線維持垂直，反力架的左右方向與高程的誤差都應控制在±5mm以內(nèi)，而始發(fā)臺的水平、垂直方向和反力架的位置誤差則應控制在±2‰以內(nèi)。

4地下控制測量

施工人員借助導線定向測量地面控制點，并順著坐標方位將其傳輸至地面近井導線點周邊，隨后順著導線點開始往井下投點，并使用導線測量的方法完成定向選擇，將其垂直度夾角控制在30°以內(nèi)。由于洞內(nèi)安設了大量軌枕、管線，為了降低測量難度，應先安設直伸支導線，令其直徑、半徑超出800m、曲線段導線邊長超出或等于200m，角度誤差控制在±1.8″以內(nèi)，測距相對誤差控制在1/80000以內(nèi)。同時，施工人員需在導線點標記處強制對中點，用10mm厚的角鋼充當支架，用6顆Φ12mm膨脹螺栓做固定處理，使其穩(wěn)定在混凝土管片上，位置需靠近邊墻，保證視線距隧道壁一定距離（不小于0.5m），避免旁折光的影響，此舉一方面有利于觀測的順利進行，另一方面可減小洞內(nèi)運渣車輛行駛期間所造成的影響。

盾構向前推進，管片拼裝成環(huán)，盾尾注漿加固的管片為剛襯砌成型的管片。距離盾構機位置過近的管片容易受到盾構機推進振動影響，混凝土管片穩(wěn)定性較差，為保證導線點位置的穩(wěn)定性，要在距刀盤150～200m的位置布設強制對中點。施工人員可以利用已經(jīng)安裝完畢的管片螺栓，找到水準點的位置，并在導線點周邊螺栓頭棱角處進行標記。觀測時，左右角各測6個測回，配套全站儀的精度需在2″以上，平均值之和與360°角之差≤4″;此外，還安排4個測回的邊長往返觀測，平均值差≤2mm。在延伸控制導線前，先對臨近的3個點做詳細的校核，判斷幾何關系是否滿足要求，在確認無誤后方可向前傳遞。

對兩個相鄰已知點加以檢查，在保證各自的位置均無誤后，進行二等水準實測，測量時施工人員可以將最近點充當基點，從而構建閉合環(huán)，誤差必須控制在2mm范圍內(nèi)。隧道貫通前，安排3次有關于地下平面、高程控制點的同步測量作業(yè)，施測的點位保持一致，要求2次坐標值差≤5mm，高程值差≤2mm，此時可以做加權平均處理，根據(jù)所得結果安排控制點的傳遞，并全面匯總結果，依次上報監(jiān)理、業(yè)主測量隊[5-6]。

5盾構機推進施工測量

5.1盾構始發(fā)測量

（1）盾構機始發(fā)設施的定位測量工作包括盾構導軌、反力架等構件的安裝、測量?？紤]到反力架、始發(fā)臺能夠給盾構始發(fā)提供最初的推力與空間姿態(tài)，在安裝這些構件的時候，施工人員必須保證盾構的中心坡度和隧道設計軸線的坡度完全一致。為了盡可能避免后續(xù)引發(fā)沉降等問題，盾構中心軸線需要高出設計軸線10～20mm左右，而反向架的左右、高程偏差則應分別控制在±10mm、±5mm的偏差范圍內(nèi)，盾構姿態(tài)與設計軸線水平趨勢、豎直趨勢的最大偏差分別不大于±3‰、2‰，始發(fā)臺水平軸線的垂直方向與反力架的夾角不大于±2‰。

（2）待整個盾構機拼裝結束后，需要再次進行測量，此次測量的重點就在于對盾構機各個主要部件幾何關系進行測量。

（3）施工人員可以借助自動測量導向系統(tǒng)內(nèi)儀器、棱鏡進行測量。盾構機就位之前，施工人員應先通過測量找到動圈的三維坐標，將其與設計標準進行對比，測量人員至少需要對洞口直徑的水平、垂直兩個方向進行測量，一旦發(fā)現(xiàn)其水平、垂直方向的偏移情況超出了設計標準，測量人員應第一時間告知設計院，待得到設計院的確認后，適當進行調(diào)整。

（4）在精確測定洞口的三維坐標后，需要確定盾構始發(fā)、到達的軸線，定出盾構始發(fā)位置，直線段按設計方位，曲線采取割線進行軸線控制，待盾構完全進入隧道內(nèi)后，逐步按照曲線進行控制。

5.2施工導線延伸測量

在單向貫通距離較長的盾構隧道，往往施工導線僅是一條支導線，為此，宜采用雙導線（圖1）或邊角網(wǎng)形式布設施工控制網(wǎng)，在控制導線向前延伸時，必須對已有的控制點進行復測，必要時從定向起始邊開始復測，保證控制點成果的有效性，并取得足夠的測量精度。圖中A1～A6與A1’～A6’實為同一控制點，為了便于理解，特意在圖上用不同點號進行區(qū)分。測量步驟如下：將儀器架設在KZD2上，KZD1為后視點，A1為前視點，水平角與邊長各測4測回完成一次測站，記錄下水平角、邊長等數(shù)值;然后將測站點更改為A’，前視和后視目標互換并重復進行上一步操作。以此類推，完成導線測量工作。采用雙導線控制網(wǎng)，可以有效檢核導線點準確與否，提高長隧道內(nèi)的控制網(wǎng)精度。

項目單位每次延伸測量施工導線的時候，都需要提前將吊籃安設在已經(jīng)襯砌好的管片中，根據(jù)已經(jīng)復核過的導線點測量出相應的吊籃坐標，隨后移動全站儀，令其位于延伸點。其中，延伸點與刀盤必須保持適當?shù)木嚯x，防止襯砌管片出現(xiàn)初期沉降、盾構機振動導致延伸點位置出現(xiàn)偏移等問題。但具體到實際中，延伸點吊籃并不能隨即出現(xiàn)在主控制導線的觀測領域，只有在盾構機掘進量達到50m時，才可以借助主控制導線進行符合、校驗，將真實結果輸入到計算機內(nèi)，促進后續(xù)環(huán)節(jié)的施工。吊籃安裝到位后，用全站儀進行高程傳遞，校驗延伸點坐標和第二次高程，判斷是否滿足要求，并按照此方法循環(huán)推進。

6盾構機姿態(tài)人工復核測量

相比而言，盾構機雖有較高的機械化程度和自動跟蹤測量，但隨著盾構機的推進，還要通過人工對自動測量系統(tǒng)定期復核，盾構機難以直接觀測中線、水平，為突破此局限性，應用預留的測量空間測定前視棱鏡，明確具體的三維坐標，而后做轉化處理，獲得棱鏡中心與盾構機軸線的平面支距，將其和盾構機制造過程中自身標志點數(shù)值進行對比，確保兩者的差值與計算機桌面中心、水平偏差相吻合;此外，還需建立線路里程與線路中各點坐標的關系，以便更準確地完成數(shù)據(jù)的校核。在精準校核的方式下，調(diào)控好盾構機的姿態(tài)，使其始終在最優(yōu)推進軸線上運行。

7襯砌環(huán)管片拼裝檢查、隧道凈空限界測量

襯砌環(huán)管片安裝結束后，此時計算機中呈現(xiàn)的管片姿態(tài)依然是安裝管片之前，以人工測量的方式確定管片的盾尾間隙，錄入至計算機內(nèi)，在借助SLS-T管片安裝軟件，計算得出管片姿態(tài)?？紤]到這種方式存在誤差，且推進的時候管片承受巨大壓力，或多或少會偏移，因此需由專員再次檢測管片在穩(wěn)定后的姿態(tài)，檢測頻率為直線每10環(huán)一次、曲線每5環(huán)一次，斷面間隔最大的不超過2環(huán)。

管片姿態(tài)的檢測方法頗為豐富，此處將1根5m精制鋁合金尺（帶水準氣泡）置于管片環(huán)兩側，于橫尺上確定與管片中心具有相對關系的點，測量坐標。負責人員應測得的坐標值、橢圓度、環(huán)兩側縱向超前量等指標告知負責環(huán)片安裝的工作者，以便計算出最準確的矯正參數(shù)值。

8分中法測量技術

如圖2所示，分別找到盾首和盾尾外殼的中點，然后反算盾首和盾尾的坐標。分中法測盾體的中心坐標作為多種測量方法中的一種，有著測量方便，操作簡單等優(yōu)點，因此在眾多工地始發(fā)測量被采用，具體的測量步驟和方法如下。

圖2中的圓相當于一個盾體，其中A、B、C點位測量點，O為盾體的中心坐標;根據(jù)工地始發(fā)條件的不同，有些工地的吊籃可能無法測到盾體上部的測量點，這就需要將站點移至中板進行測量。

（1）將裝有棱鏡桿的微型棱鏡放置于A點處，測出A點的坐標記錄并在盾體上做好標記。

（2）然后將棱鏡移至右側B點（目測跟A點對稱位置）附近，通過測量觀察測量的高程跟A點的高程做比較后，向右或左進行移動至高程跟A點高程完全一樣時記錄坐標并在盾體上做好標記。

（3）用皮尺或者鋼卷尺沿著盾體從A點拉至B點，找出中點后在盾體上做好標記，將棱鏡放置于此并測量此處的坐標，此點就是C點坐標，然后將此坐標減去盾體半徑即得到O點坐標也就是盾體中心點坐標。

（4）將此數(shù)據(jù)輸入到導向系統(tǒng)軟件參數(shù)設置-激光靶零位數(shù)據(jù)的窗口，輸入待求點坐標的前端和后端處。在與測量前端后端坐標的同一坐標系下，保證盾構機沒有發(fā)生移動，使用全站儀瞄準激光靶（全站儀應處于測量通道處，保證與激光靶的入射角<5°），在導向系統(tǒng)軟件參數(shù)設置-激光靶零位數(shù)據(jù)的界面中，點擊測量，得到激光靶的坐標和角度。重復測量1次，若數(shù)據(jù)不變即為正確。點擊保存，則零位數(shù)據(jù)初始化完成。

9結語

在整個地鐵軌道建設過程中，地鐵盾構區(qū)間的施工測量是極為重要的內(nèi)容。項目單位只有嚴格按照標準開展聯(lián)系測量工作、努力優(yōu)化洞門預埋鋼環(huán)檢查測量、盾構機始發(fā)姿態(tài)定位測量及盾構機推進施工測量等施工技術，才能夠從根本上提高施工質(zhì)量。

參考文獻

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