地下控制測量及盾構(gòu)隧道施工的技術(shù)要點

摘要：介紹隧道工程控制測量技術(shù)，總結(jié)隧道控制測量經(jīng)驗，減少測量誤差和粗差的產(chǎn)生，為以后的隧道工程提供方便可行的控制測量方案，使其達(dá)到規(guī)范規(guī)定的貫通精度。

關(guān)鍵詞：地下控制測量；聯(lián)系定向測量；高程控制測量

前言

近10年來國內(nèi)有20余個城市先后進(jìn)行地鐵建設(shè)，地鐵區(qū)間隧道多采用盾構(gòu)法施工。地鐵在中心城區(qū)的技術(shù)已日漸成熟，但是對質(zhì)量方面則提出了更高的要求。如何有效的控制好隧道的貫通誤差，無論從經(jīng)濟上還是從技術(shù)上都顯得十分重要，而且也是擺在專業(yè)人員面前的一大重要課題。

1.測量目的

測量工作是土建工程的重要組成部分，根據(jù)工程需要和現(xiàn)場情況，適當(dāng)加密和發(fā)送地面控制點，以求有“多余的觀測條件”，保證施工測量精度。對區(qū)間各結(jié)構(gòu)形式和施工誤差累計等進(jìn)行分析，根據(jù)實際情況對結(jié)構(gòu)尺寸提出誤差富余量，以求結(jié)構(gòu)不侵限。

2.地下控制測量

（1）精密導(dǎo)線傳遞控制網(wǎng)形式

高處控制測點需加密，具體視各車站通視情況，本文采用增加 1 個測點的情況進(jìn)行分析，《城市軌道交通工程測量規(guī)范》GB50308-2008中聯(lián)系定向測量提到有 5 種方法：

1）聯(lián)系三角形法（一井定向）；

2）陀螺儀、經(jīng)緯儀、鉛垂儀（鋼絲）組合法；

3）兩井定向；

4）導(dǎo)線直接傳遞法；

5）投點定向法?，F(xiàn)實中聯(lián)系測量用的最多的有 2 種方法：一是精密導(dǎo)線直接傳遞法，二是二井定向。

（2）地下導(dǎo)線控制測量

采用雙支導(dǎo)線的方法，雙支導(dǎo)線每前進(jìn)一段交叉一次。每一個新的施工控制點由2條路線傳算坐標(biāo)。當(dāng)檢核無誤，最后取平均值作為新點的測點數(shù)據(jù)。線路平面示意圖如圖2-1。

圖2-1 隧道內(nèi)導(dǎo)線布置示意圖

地下導(dǎo)線測設(shè)要求：

1）區(qū)間施工控制測量利用車站內(nèi)控制導(dǎo)線點，直線隧道每掘進(jìn)200m，曲線隧道每掘進(jìn)100m時，應(yīng)布設(shè)地下平面控制點，并進(jìn)行地下平面控制測量。曲線隧道平面控制導(dǎo)線點埋設(shè)在曲線五大樁點上。隧道內(nèi)直線段控制點間平均邊長宜為150m。曲線段控制點間距不應(yīng)小于60m，控制點應(yīng)避開強光源、熱源、淋水等地方，控制點間視線距隧道壁應(yīng)大于0.5m。

2）平面控制測量應(yīng)采用導(dǎo)線測量方法，導(dǎo)線測量應(yīng)使用不低于II級全站儀施測，左右角各觀測兩測回，左右角平均值之和與360°較差應(yīng)小于4″，邊長往返觀測各兩測回，往返平均值較差應(yīng)小于4mm。測角中誤差為±2.5″，測距中誤差為±3mm。

3）每次延伸施工控制導(dǎo)線測量前，應(yīng)對已有的控制導(dǎo)線點進(jìn)行檢測，檢測點如有變動，選擇另外穩(wěn)定點的施工控制導(dǎo)線點進(jìn)行施工控制導(dǎo)線延伸測量。重合點重復(fù)測量的坐標(biāo)值與原測量的坐標(biāo)值較差小于10mm時，采用逐次的加權(quán)平均值作為施工控制導(dǎo)線延伸量的起算值。

4）地下導(dǎo)線點的坐標(biāo)互差：在近井點附近≤ 16mm、在貫通面附近≤±25mm；礦山法區(qū)間隧道單向掘進(jìn)超過1km時，過600m后≤ 20mm，盾構(gòu)法區(qū)間隧道單向掘進(jìn)超過1.5km時，過1000m后≤ 20mm。

5）地下導(dǎo)線起始邊（基線邊）方位角的互差≤ 12″

6）導(dǎo)線邊的邊長互差≤ 8mm。

（2）地下高程控制測量

1）地下高程控制點可利用地下導(dǎo)線點，單獨埋設(shè)時每200m埋設(shè)一個，應(yīng)采用二等水準(zhǔn)測量的方法施測。

2）地下高程控制測量的方法和精度，應(yīng)符合二等水準(zhǔn)測量要求。水準(zhǔn)線路往返較差、附合或閉合差為±8√Lmm。

3）水準(zhǔn)測量應(yīng)在隧道貫通前進(jìn)行三次，并應(yīng)與傳遞高程測量同步進(jìn)行。重復(fù)測量的高程點間的高程較差應(yīng)小于5mm，滿足要求時，應(yīng)取逐次平均值作為控制點的最終成果指導(dǎo)隧道掘進(jìn)。

4）開挖至隧道全長1/3和2/3處，貫通前50m～100m，分別對地下水準(zhǔn)點按二等水準(zhǔn)精度要求復(fù)測，保障高程貫通精度。

5）明挖車站、明挖區(qū)間、礦山法豎井、盾構(gòu)始發(fā)井等：地下高程點高程的互差≤ 5mm。

6）區(qū)間隧道較長時，各地下高程點的高程較差：礦山法區(qū)間隧道單向掘進(jìn)超過1km時，過600m后≤ 10mm，盾構(gòu)法區(qū)間隧道單向掘進(jìn)超過1.5km時，過1000m后≤ 10mm；貫通前，高程較差≤ 10mm。

7）相鄰高程點高差的互差≤ 3mm。

8）經(jīng)豎井或高架墩（柱）懸吊鋼尺傳遞高程的互差≤ 3mm。

3.盾構(gòu)隧道施工測量

（1）盾構(gòu)機導(dǎo)軌定位測量

盾構(gòu)機導(dǎo)軌的中線與設(shè)計隧道中線較差應(yīng)小于3mm，導(dǎo)軌的前后高程與設(shè)計高程較差應(yīng)小于3mm，導(dǎo)軌下面應(yīng)堅實平整。

（2）反力架定位測量

反力架定位測量包括反力架的高度、俯仰度、偏航等，反力架下面是否堅實、平整。反力架的穩(wěn)定性直接影響到盾構(gòu)機始發(fā)掘進(jìn)是否能正常按照設(shè)計的方位進(jìn)行。

（3）盾構(gòu)機姿態(tài)初始測量

盾構(gòu)機姿態(tài)初始測量包括測量水平偏航、俯仰度、扭轉(zhuǎn)度。

盾構(gòu)機作為一個近似圓柱的三維體，在盾構(gòu)機殼體內(nèi)適當(dāng)位置上選擇觀測點。在圖7-6中，O點是盾構(gòu)機刀盤中心點，A點和B點是在盾構(gòu)機前體與中體交接處，螺旋機根部下面的2個選點。C點和D點是螺旋機中段靠下側(cè)的2個點，E點是盾構(gòu)機中體前斷面的中心坐標(biāo)，A、B、C、D。4點上都貼有測量反射鏡片。由A、B、C、D、O。5點所構(gòu)成的2個四面體中，測量出每個角點的三維坐標(biāo)（xi，yi，zi）后，把每個四面體的4個點之間的相對位置關(guān)系和6條邊的長度L計算出來，作為以后計算的初始值，在以后的掘進(jìn)過程中，Li將是不變的常量（假設(shè)盾構(gòu)機掘進(jìn)過程中前體不發(fā)生太大形變），通過測量A、B、C、D4點的三維坐標(biāo)，用（x，y，z）、L就能計算出O點的三維坐標(biāo)。

用同樣的原理，A、B、C、D、E。5點也可以構(gòu)成2個四面體，相應(yīng)地E點的三維坐標(biāo)也可以求得。由E、O 2點的三維坐標(biāo)和盾構(gòu)機的絞折角就能計算出盾構(gòu)機刀盤中心的水平偏航、垂直偏航，由A、B、C、D。4點的三維坐標(biāo)就能確定盾構(gòu)機的扭轉(zhuǎn)角度，從而達(dá)到了檢測盾構(gòu)機的目的。

盾構(gòu)機姿態(tài)測量示意圖

（4）盾構(gòu)掘進(jìn)測量

盾構(gòu)法施工測量貫通精度要求很高，規(guī)范要求橫向誤差限差100mm，縱向誤差限差50 mm，洞門鋼環(huán)最大允許盾構(gòu)機貫通偏差160 mm（洞門鋼環(huán)直徑6600 mm，盾構(gòu)刀盤6280 mm）。利用盾構(gòu)上的激光導(dǎo)向系統(tǒng)導(dǎo)向。

（5）盾構(gòu)井（室）測量

采用聯(lián)系測量將控制點傳遞到盾構(gòu)井（室）中，并利用測量控制點測設(shè)出線路中線點和盾構(gòu)安裝時所需要的測量控制點。測設(shè)值與設(shè)計值較差應(yīng)小于3mm。

（6）盾構(gòu)姿態(tài)測量