盾構(gòu)法施工中聯(lián)系測(cè)量的應(yīng)用

【摘要】在城市軌道交通工程施工過程中，需有精確的測(cè)量進(jìn)行指引與校核。文中就西安地鐵八號(hào)線余家寨—貞觀路盾構(gòu)區(qū)間施工時(shí)聯(lián)系測(cè)量技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)內(nèi)容，從多個(gè)層面闡述聯(lián)系測(cè)量技術(shù)應(yīng)用地下鐵道工程中的詳細(xì)措施，希望為城市現(xiàn)代化發(fā)展能夠提供一些幫助。

【關(guān)鍵詞】工程測(cè)量；盾構(gòu)施工；平面聯(lián)系測(cè)量；高程聯(lián)系測(cè)量

【中圖分類號(hào)】TU193" " " "【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號(hào)】1673-6028（2024）01-0110-03

0 引言

工程測(cè)量是地鐵工程施工中的眼睛，為地鐵施工指明方向。城市軌道交通工程要保證地下施工控制網(wǎng)系統(tǒng)與地面控制網(wǎng)系統(tǒng)統(tǒng)一一致，就需實(shí)施聯(lián)系測(cè)量，此項(xiàng)技術(shù)在地下工程施工中的實(shí)際應(yīng)用，為城市軌道交通地下工程施工建設(shè)夯實(shí)了牢固基礎(chǔ)[1]。

1 工程概況

西安地鐵八號(hào)線余家寨—貞觀路區(qū)間起訖里程為Y（Z）DK28+141.989～Y（Z）DK29+122.288，其中左線存在長(zhǎng)鏈，左線長(zhǎng)鏈0.180m，區(qū)間左、右線總長(zhǎng)為980.119m和980.299m，左右線間距為17.2m，區(qū)間平曲線最大半徑為450m，最小半徑為400m，最大線路坡度為25‰ ，最小坡度為2‰ ，隧道埋深約10.5～20.6m。本區(qū)間于里程YDK28+565.500處設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道（兼廢水泵房）一座。區(qū)間沿線位于風(fēng)城二路主干道，沿線建構(gòu)筑物、地下管線居多。

2 控制要點(diǎn)

余家寨—貞觀路區(qū)間由新建區(qū)間風(fēng)井作為盾構(gòu)始發(fā)，此風(fēng)井長(zhǎng)度為15.6m，且只有右線一個(gè)預(yù)留孔洞，這對(duì)盾構(gòu)始發(fā)前的聯(lián)系測(cè)量與左線平移后盾構(gòu)機(jī)始發(fā)姿態(tài)增加了一定的難度。

盾構(gòu)施工平面聯(lián)系測(cè)量控制主要流程為：地面平面控制網(wǎng)復(fù)測(cè)→地面、地下近井點(diǎn)選點(diǎn)及布設(shè)→地面近井點(diǎn)加密測(cè)量→地面井口位置處搭設(shè)鋼絲懸掛平臺(tái)→鋼絲懸掛且固定穩(wěn)定→測(cè)量數(shù)據(jù)→使用平差軟件計(jì)算測(cè)量數(shù)據(jù)。

盾構(gòu)施工高程聯(lián)系測(cè)量控制主要流程為：地面高程控制網(wǎng)復(fù)測(cè)→地面、地下近井點(diǎn)選點(diǎn)及布設(shè)→地面近井點(diǎn)加密測(cè)量→地面井口位置處搭設(shè)鋼尺懸掛平臺(tái)→鋼尺懸掛且固定穩(wěn)定→測(cè)量數(shù)據(jù)→使用平差軟件計(jì)算測(cè)量數(shù)據(jù)。

2.1 聯(lián)系測(cè)量施工技術(shù)

聯(lián)系測(cè)量實(shí)際上是基于一些特定的技術(shù)方式，把地面平面、高程控制網(wǎng)系統(tǒng)傳輸至地下，確保讓地下與地面控制網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一一致。其主要包含地面控制網(wǎng)管控與豎井傳遞。GNSS點(diǎn)通常是地面平面控制網(wǎng)管控首級(jí)控制點(diǎn)位，二等水準(zhǔn)點(diǎn)則是地面高程控制網(wǎng)管控點(diǎn)位，豎井傳遞則是方向與高程的傳遞，方向傳遞有一井、兩井定向。高程傳遞則多為鋼尺法。根據(jù)這些測(cè)量方式方法從而實(shí)現(xiàn)地面、地下控制網(wǎng)系統(tǒng)統(tǒng)一一致。

在盾構(gòu)區(qū)間隧道施工中，對(duì)區(qū)間隧道貫通有著嚴(yán)格要求，為確保盾構(gòu)區(qū)間隧道施工的精準(zhǔn)性，聯(lián)系測(cè)量工作顯得尤為重要。

在盾構(gòu)區(qū)間隧道施工過程中，施工測(cè)量工作是基于首級(jí)測(cè)量控制網(wǎng)的有效構(gòu)建，至聯(lián)系測(cè)量、地下測(cè)量控制網(wǎng)等多環(huán)節(jié)的誤差估算、精準(zhǔn)度分析等，基于實(shí)踐獲悉地面、地下控制網(wǎng)系統(tǒng)統(tǒng)一一致。

城市地下盾構(gòu)區(qū)間隧道工程在實(shí)際施工中，測(cè)量工作的有效開展是必要而可靠的，如何有效并精準(zhǔn)對(duì)地面、地下控制網(wǎng)統(tǒng)一一致進(jìn)行解決，目前國(guó)內(nèi)外提出許多新技術(shù)、新工藝等。

2.1.1 地面管控測(cè)量

GPS衛(wèi)星定位技術(shù)用于平面控制網(wǎng)，讓地鐵隧道平面控制網(wǎng)布設(shè)產(chǎn)生了本質(zhì)變化。目前，在城市地鐵工程施工中，GPS衛(wèi)星定位是用于地面管控的首級(jí)控制網(wǎng)技術(shù)，通過GNSS點(diǎn)管控網(wǎng)點(diǎn)位，進(jìn)行精密導(dǎo)線控制網(wǎng)布設(shè)及加密，來滿足后續(xù)施工要求。

2.1.2 豎井的聯(lián)系測(cè)量

豎井在進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量工作時(shí)必須兼顧工地現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，采用合理有效的方式方法將平面、高程控制網(wǎng)精準(zhǔn)地從地面?zhèn)鬏斨恋叵?。平面控制網(wǎng)傳遞當(dāng)前應(yīng)用較多的方法為聯(lián)系三角形法，是通過懸吊鋼絲與全站儀相互配合而完成的方法；高程控制網(wǎng)傳遞則是通過懸吊鋼卷尺與精密水準(zhǔn)儀的相互配合而完成的方法。

2.2 聯(lián)系測(cè)量在地鐵盾構(gòu)施工中的有效措施

聯(lián)系測(cè)量就是將地面的平面、高程坐標(biāo)控制系統(tǒng)通過施工豎井預(yù)留孔洞傳輸至地下，使得地面、地下平面、高程控制網(wǎng)系統(tǒng)得以統(tǒng)一一致，從而來滿足施工測(cè)量工作一致性的要求。聯(lián)系測(cè)量包含地面近井導(dǎo)線點(diǎn)、高程點(diǎn)測(cè)量，地下近井導(dǎo)線點(diǎn)、高程點(diǎn)測(cè)量，是基于豎井定向傳遞測(cè)量而完成的[2]。其要求是采用合理的方式方法把地面測(cè)量控制點(diǎn)坐標(biāo)、高程有效的傳輸至地下，使地下控制點(diǎn)可以成為地下隧道工程測(cè)量起算數(shù)據(jù)依據(jù)。豎井的聯(lián)系測(cè)量包括幾何定向測(cè)量和高程聯(lián)系測(cè)量。

2.2.1 幾何定向的測(cè)量

在井上、井下選定滿足要求的控制點(diǎn)點(diǎn)位，通過在井上井口位置懸吊鋼絲將井上、井下點(diǎn)位連接起來，將井上已知的控制點(diǎn)平面坐標(biāo)傳遞至井下，所形成的三角形稱之為聯(lián)系三角形。

豎井的幾何定向是將0.3mm鋼絲垂直懸掛在豎井孔洞當(dāng)中，從地面通過豎井預(yù)留孔洞向地下傳遞平面坐標(biāo)，基于地面導(dǎo)線控制點(diǎn)要求進(jìn)行方向測(cè)量，通常稱其為垂球線。最后根據(jù)地面坐標(biāo)系統(tǒng)求得垂球線平面坐標(biāo)和其連線方位角。定向水平之上將垂球線和井下固定導(dǎo)線點(diǎn)都連接起來，把地面控制點(diǎn)的方向、坐標(biāo)傳輸至地下控制點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)定向目標(biāo)。也就是說，豎井的幾何定向可以劃分成為投點(diǎn)與連接兩個(gè)部分。幾何定向則包含一井定向與兩井定向。在進(jìn)行幾何定向前，需提前在預(yù)留井口位置附近選擇好近井點(diǎn)位進(jìn)行布設(shè)，通過導(dǎo)線加密的測(cè)量方法求得近井點(diǎn)的平面坐標(biāo)后，方可進(jìn)行幾何定向工作。

一井定向（如圖1）就是把地面上的平面位置，通過豎井平面聯(lián)系測(cè)量傳輸?shù)降叵聹y(cè)量。投點(diǎn)就是在井口上方懸掛上鋼絲，從而達(dá)到定向水平。進(jìn)行投點(diǎn)的時(shí)候，緩慢地將一根鋼絲放下到井底，然后將鋼絲掛上配重放置裝滿阻尼液的桶中，使其穩(wěn)定；隨后再將第二根鋼絲在井口處緩慢放下，在鋼絲下井時(shí)需注意觀察，防止兩根鋼絲纏繞一起。兩根鋼絲與井上、井下控制點(diǎn)所形成的三角形銳角需小于1°，井上、井下控制近井點(diǎn)與兩根鋼絲之間的距離要小于1.5倍。

兩井定向（如圖2）就是要在可以通視的兩個(gè)相鄰且施工完成的豎井當(dāng)中分別懸掛一根鋼絲，聯(lián)系測(cè)量?jī)删ㄏ蛟阡摻z懸掛上有著顯著優(yōu)點(diǎn)，沒有角度、方向、控制點(diǎn)與鋼絲之間間距的硬性要求。同時(shí)也明顯地縮短了外業(yè)鋼絲懸掛所需的時(shí)間，提高了測(cè)量工作效率，縮短了因聯(lián)系測(cè)量致使現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)暫停所需的時(shí)間[3]。另外兩井定向在外業(yè)作業(yè)測(cè)量上也是比較簡(jiǎn)單。

聯(lián)系測(cè)量鋼絲懸掛方法就是通過在預(yù)留井口上已經(jīng)搭設(shè)好的平臺(tái)將鋼絲垂直懸掛。首先將鋼絲一端放在井口上方所搭設(shè)的平臺(tái)上，另一端通過平臺(tái)從井口自上而下下至井底后固定井口鋼絲位置。隨后將4cm×4cm的反射片張貼在井上、井下近井點(diǎn)可觀測(cè)到鋼絲位置上，張貼反射片時(shí)需注意反射片與鋼絲的位置。最后再將鋼絲底部懸掛上一個(gè)重達(dá)10kg配重，并將其放入事先準(zhǔn)備好的盛滿阻尼液的桶中，注意配重不可觸碰桶壁及桶底，一切完成后等待鋼絲穩(wěn)定并能夠?qū)崿F(xiàn)自由懸掛方可進(jìn)行觀測(cè)。

聯(lián)系測(cè)量一井定向和兩井定向在觀測(cè)方法上大體相同，觀測(cè)方法為同時(shí)在井上、井下近井點(diǎn)架設(shè)一臺(tái)1″級(jí)全站儀觀測(cè)已經(jīng)懸吊完成并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的鋼絲.通過方向法觀測(cè)鋼絲，測(cè)得井上、井下控制點(diǎn)的位置關(guān)系，通過觀測(cè)反射片測(cè)得井上、井下近井點(diǎn)與鋼絲的距離，觀測(cè)時(shí)需連續(xù)進(jìn)行三組測(cè)量，每組測(cè)量6個(gè)測(cè)回，在每一組的井上、井下都測(cè)量完成后，方可進(jìn)行下一組測(cè)量工作，需注意的是每一組聯(lián)系測(cè)量完成后需將井下一根鋼絲配重提起后并輕微調(diào)整井上鋼絲位置，調(diào)整完成后再將掛有配重的鋼絲放入桶中，等待鋼絲穩(wěn)定后再進(jìn)行下一組觀測(cè)，以此類推來分別完成三組聯(lián)系測(cè)量。三組聯(lián)系測(cè)量數(shù)據(jù)均應(yīng)滿足規(guī)范要求，所有測(cè)量完成后再通過平差軟件根據(jù)地面平面控制網(wǎng)數(shù)據(jù)計(jì)算得出井下控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)。

一井定向觀測(cè)時(shí)還需增減觀測(cè)二根鋼絲之間的間距，采用方法是通過1″級(jí)全站儀同時(shí)觀測(cè)井上、井下二根鋼絲上的反射片，再根據(jù)儀器上的軟件計(jì)算出二根鋼絲之間的距離，然后將井上、井下對(duì)所測(cè)得的二根鋼絲距離進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)結(jié)果要小于1mm，比對(duì)合格后方可進(jìn)行下一步觀測(cè)。

2.2.2 豎井高程的聯(lián)系測(cè)量

高程傳遞測(cè)量（如圖3）就是把地面高程控制網(wǎng)系統(tǒng)通過施工完成的豎井將地面近井點(diǎn)高程傳遞到地下。首先要對(duì)地面近井點(diǎn)進(jìn)行加密測(cè)量。然后根據(jù)規(guī)范要求，選擇兩個(gè)與井上近井點(diǎn)相鄰的已知二等水準(zhǔn)控制點(diǎn)，通過二等水準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量。把地面近井點(diǎn)歸結(jié)到此水準(zhǔn)路線當(dāng)中，形成二等符合水準(zhǔn)路線進(jìn)行往返測(cè)量。最后根據(jù)測(cè)量所得的數(shù)據(jù)使用平差軟件計(jì)算求得地面近井點(diǎn)的高程。

從地面豎井口進(jìn)行鋼尺懸掛向地下傳輸高程，是屬于廣泛應(yīng)用的一種測(cè)量方法。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量過程中，需在地面豎井口位置上搭建一個(gè)便于鋼尺懸掛的平臺(tái)，將已經(jīng)檢定完成并合格的50m鋼尺懸掛于平臺(tái)之上，將鋼尺上標(biāo)有零刻度的方向朝下緩慢進(jìn)行下放至井底，下放完成后在鋼尺下方懸掛一個(gè)與鋼尺檢定時(shí)重量相同的配重，待鋼尺尺身穩(wěn)定后，在井上、井下架設(shè)精密水準(zhǔn)儀，同時(shí)對(duì)鋼尺進(jìn)行觀測(cè)，連續(xù)進(jìn)行三次觀測(cè)。需注意的是每一次井上、井下觀測(cè)完成后均需重新調(diào)整儀器高度后方可再進(jìn)行下一次觀測(cè)，每次觀測(cè)完成后對(duì)其測(cè)得高差進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算時(shí)要注意高差應(yīng)進(jìn)行溫度改正和尺長(zhǎng)改正。三次測(cè)量完成后需對(duì)三次測(cè)量的高差計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，三次高差相互之間的計(jì)算結(jié)果比對(duì)均應(yīng)小于3mm，方可滿足要求。

2.2.3 余家寨—貞觀路區(qū)間聯(lián)系測(cè)量

在西安地鐵施工中，根據(jù)要求，一井定向時(shí)井口需懸掛三根鋼絲，兩井定向時(shí)每個(gè)井口均需懸掛二根鋼絲，這樣的好處就是增加了聯(lián)系測(cè)量中測(cè)量數(shù)據(jù)的復(fù)核性，確保聯(lián)系測(cè)量所測(cè)得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

在進(jìn)行地下控制點(diǎn)布設(shè)時(shí)，車站的左右線均需布設(shè)三個(gè)點(diǎn)位來作為盾構(gòu)區(qū)間和車站內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工的控制點(diǎn)位，三個(gè)控制點(diǎn)需在車站的二個(gè)端頭及中間位置各布設(shè)一個(gè)，布設(shè)控制點(diǎn)的點(diǎn)位之間距離需滿足規(guī)范要求。在聯(lián)系測(cè)量工作完成后需對(duì)地下三個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，聯(lián)測(cè)方法采用三等精密導(dǎo)線測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量。

余家寨—貞觀路區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)風(fēng)井位置雖然空間狹小，但其小里程位置方向有暗挖隧道與已施工完成的余家寨站車站相連接，且通視條件良好。這樣的好處就是使余家寨—貞觀路區(qū)間地下控制點(diǎn)邊長(zhǎng)增加到了200m以上，增加了盾構(gòu)區(qū)間控制點(diǎn)的起始邊長(zhǎng)，大大提高了盾構(gòu)區(qū)間施工過程中地下控制網(wǎng)的精度，減少了盾構(gòu)接收時(shí)盾構(gòu)機(jī)出洞所產(chǎn)生位置偏差，確保盾構(gòu)機(jī)平安順利出洞。

余家寨—貞觀路區(qū)間的聯(lián)系測(cè)量所采用方法為兩井定向，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在風(fēng)井井口位置與余家寨站車站預(yù)留洞口位置布設(shè)滿足要求的地面、地下近井觀測(cè)點(diǎn)及地下控制點(diǎn)，點(diǎn)位布設(shè)完成后根據(jù)要求對(duì)井上近井點(diǎn)進(jìn)行平面、高程控制網(wǎng)加密測(cè)量等工作。待加密工作完成后，在井口位置搭設(shè)懸掛平臺(tái)對(duì)鋼絲及鋼尺進(jìn)行懸掛并開始聯(lián)系測(cè)量工作。

余家寨—貞觀路區(qū)間在施工過程中，盾構(gòu)區(qū)間左、右線均需分別進(jìn)行四次聯(lián)系測(cè)量工作。在每次聯(lián)系測(cè)量工作開始前都需要提前對(duì)轄區(qū)內(nèi)整個(gè)精密導(dǎo)線點(diǎn)、二等水準(zhǔn)點(diǎn)控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)，防止在地鐵施工期間控制點(diǎn)位發(fā)生位移，影響聯(lián)系測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。

在進(jìn)行兩井定向觀測(cè)時(shí)，也需要和一井定向時(shí)一樣，首先觀測(cè)每個(gè)井口所懸吊的二根鋼絲之間的距離，然后對(duì)井上、井下鋼絲之間的距離進(jìn)行對(duì)比，待井上、井下鋼絲間的距離對(duì)比滿足要求后，方可進(jìn)行下一步觀測(cè)。

余家寨—貞觀路區(qū)間隧道左、右線總長(zhǎng)分別為980.119m和980.299m，在區(qū)間隧道施工過程中，對(duì)隧道左、右線分別各進(jìn)行了四次聯(lián)系測(cè)量工作，盾構(gòu)始發(fā)、掘進(jìn)至100m、掘進(jìn)至300m、出洞前150m，各次聯(lián)系測(cè)量地下近井定向邊方位角較差均小于規(guī)范要求的16″，地下高程點(diǎn)高程較差均小于規(guī)范要求的3mm。在盾構(gòu)機(jī)出洞前采用各次聯(lián)系測(cè)量成果的平均值作為出洞前洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)的起算數(shù)據(jù)，從而指導(dǎo)盾構(gòu)區(qū)間隧道順利貫通[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，聯(lián)系測(cè)量是盾構(gòu)工程施工中關(guān)鍵的一環(huán)，聯(lián)系測(cè)量工作使得地面、地下施工平面、高程控制網(wǎng)系統(tǒng)得以統(tǒng)一一致，確保了在盾構(gòu)區(qū)間施工時(shí)區(qū)間隧道的正常始發(fā)及順利貫通。本文著重闡述地面控制測(cè)量以及豎井聯(lián)系測(cè)量的具體方式方法，來指導(dǎo)地鐵盾構(gòu)工程的實(shí)際施工。

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[作者簡(jiǎn)介]任曉軍（1985—），男，河北張家口人，本科，工程師，研究方向：測(cè)量。