淺談地鐵盾構(gòu)施工測(cè)量控制

朱宗一

【摘 要】隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，我國(guó)在各大城市都開展了地鐵建設(shè)。目前地下鐵道建設(shè)中，盾構(gòu)施工以其獨(dú)特的施工工藝和較高的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性，在隧道施工中廣泛的得到了采用，為了滿足盾構(gòu)掘進(jìn)并能按照設(shè)計(jì)要求貫通（貫通誤差必須<50mm），必須研究每一步施工測(cè)量工作所帶來的誤差，其中包括地面控制測(cè)量、豎井聯(lián)系測(cè)量和地下導(dǎo)線測(cè)量。地面測(cè)量條件較好、地面控制測(cè)量可以采用的提高測(cè)量精度的方法有很多，但是豎井聯(lián)系測(cè)量和地下導(dǎo)線測(cè)量就相對(duì)較為困難，因此，在盾構(gòu)施工測(cè)量中主要是對(duì)這兩項(xiàng)提出了較高的精度要求。

【關(guān)鍵詞】地鐵工程；盾構(gòu)施工；施工測(cè)量精度

前言

盾構(gòu)施工技術(shù)以其安全、高效、可穿越復(fù)雜地層的特點(diǎn)，在地鐵、引水工程、地下綜合管廊等工程中被廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的施工方法相比，盾構(gòu)法不僅安全、快速，而且不會(huì)對(duì)地面交通正常運(yùn)行造成不良影響。盾構(gòu)施工中所采用的有效合理的測(cè)量措施，是確保工程施工安全、高效的重要保障。

1控制測(cè)量

1.1地面控制測(cè)量

地面控制測(cè)量是建立合適的測(cè)量控制系統(tǒng)，提供可靠的地面控制點(diǎn)，為聯(lián)系測(cè)量提供起算依據(jù)，同時(shí)作為竣工測(cè)量的起算數(shù)據(jù)。地面測(cè)量控制網(wǎng)的點(diǎn)位由甲方負(fù)責(zé)提供，定期對(duì)甲方提供的GPS控制點(diǎn)、精密導(dǎo)線點(diǎn)及高程點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，建立地面導(dǎo)線控制網(wǎng)、地面高程控制網(wǎng)，精度符合要求后進(jìn)行近井點(diǎn)控制測(cè)量。

1.2高程控制測(cè)量

高程控制測(cè)量主要包括地面精密水準(zhǔn)測(cè)量和高程傳遞測(cè)量及洞內(nèi)精密水準(zhǔn)測(cè)量，本工程的精密水準(zhǔn)測(cè)量采用城市二等水準(zhǔn)測(cè)量。其技術(shù)要求按《地下鐵道、輕軌交通工程測(cè)量規(guī)范》執(zhí)行。

1.3地下控制測(cè)量

盾構(gòu)區(qū)間控制測(cè)量導(dǎo)線采用交叉雙導(dǎo)線的形式布設(shè)，觀測(cè)時(shí)采用交叉觀測(cè)，通過多余觀測(cè)相互檢核。隨著盾構(gòu)的掘進(jìn)布設(shè)控制點(diǎn)，控制延伸測(cè)量時(shí)，檢核起算點(diǎn)穩(wěn)定性后雙支導(dǎo)線測(cè)設(shè)。高程測(cè)量采用二等水準(zhǔn)測(cè)量，并起算于地下近井水準(zhǔn)點(diǎn)。為方便施工每120m布設(shè)一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，水準(zhǔn)測(cè)量與傳遞高程測(cè)量同步進(jìn)行，重復(fù)水準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量高程較差應(yīng)小于5mm，滿足要求時(shí)取其平均值作為控制點(diǎn)成果。本區(qū)間通過加測(cè)陀螺方位角提高控制網(wǎng)精度。選用陀螺經(jīng)緯儀的標(biāo)稱精度不得低于15″，地面已知邊陀螺觀測(cè)站應(yīng)穩(wěn)定無干擾，通視良好的兩個(gè)地面控制點(diǎn)作為校準(zhǔn)方向[1]。地下定向邊陀螺觀測(cè)時(shí)應(yīng)停止施工關(guān)閉設(shè)備，定向邊邊長(zhǎng)以150m為宜，定向測(cè)量采用“地面已知邊一地下定向邊一地面已知邊”的測(cè)量程序。陀螺方位角測(cè)量每次應(yīng)測(cè)三測(cè)回，測(cè)回間陀螺方位角較差應(yīng)小于20″，測(cè)定儀器常數(shù)時(shí)應(yīng)進(jìn)行子午線收斂角改正。測(cè)定的陀螺儀常數(shù)平均值的較差應(yīng)小于15″，每次陀螺儀經(jīng)緯儀定向應(yīng)盡可能在當(dāng)天完成。

2聯(lián)系測(cè)量

聯(lián)系測(cè)量是為了確定地下始發(fā)邊在地面坐標(biāo)系統(tǒng)中的平面坐標(biāo)和方位角。本工程區(qū)間全長(zhǎng)大于1500m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采用兩井定向，隧道掘進(jìn)到約100m、300m、900m以及距貫通面100m～200m時(shí)進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量。豎井中鋼絲選用φ0.3mm鋼絲，懸掛10kg重錘浸沒在阻尼液中。通過加長(zhǎng)鋼絲距離、控制點(diǎn)選用強(qiáng)制對(duì)中墩，減小測(cè)量誤差。每次聯(lián)系測(cè)量獨(dú)立進(jìn)行三次，取三次平均值作為聯(lián)系測(cè)量成果。高程傳遞測(cè)量采用懸掛鋼尺法，將鋼尺懸掛在支架上，鋼尺上懸掛與鋼尺檢定時(shí)相同質(zhì)量的重錘，地上、地下兩臺(tái)水準(zhǔn)儀同時(shí)讀數(shù)，同時(shí)地下近井高程點(diǎn)不少于2個(gè)。高程傳遞獨(dú)立觀測(cè)三測(cè)回，測(cè)回間變動(dòng)儀器高并記錄溫度，三測(cè)回測(cè)得地上、地下水準(zhǔn)點(diǎn)間的高差較差應(yīng)小于3mm。內(nèi)頁(yè)處理時(shí)進(jìn)行溫度、尺長(zhǎng)改正。使用近井定向邊和地下近井高程點(diǎn)前，應(yīng)對(duì)定向邊之間和高程點(diǎn)之間進(jìn)行檢核，其不符值應(yīng)分別小于12″和2mm。聯(lián)系測(cè)量各次地下近井定向邊方位角較差應(yīng)小于16"，地下高程點(diǎn)高程較差應(yīng)小于3mm，符合要求時(shí)，可取各次測(cè)量成果的平均值作為后續(xù)測(cè)量的起算數(shù)據(jù)指導(dǎo)隧道貫通。

3盾構(gòu)機(jī)的測(cè)量

3.1盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)測(cè)量

在盾構(gòu)施工過程中為了保證盾構(gòu)機(jī)按照設(shè)計(jì)規(guī)定的路線掘進(jìn)，一般在盾構(gòu)機(jī)上安裝有導(dǎo)向裝置，比如陀螺儀、TCA全站儀等等，這些裝置在盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)過程中會(huì)隨時(shí)標(biāo)示出盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)以及需要糾正的參數(shù)[2]。但是，由于導(dǎo)向裝置本身的測(cè)量精度有限，加之受到施工干擾等因素的影響，導(dǎo)致導(dǎo)向裝置提供的數(shù)據(jù)不可靠、測(cè)量精度也不高。為此需要依靠人工測(cè)量方法對(duì)盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)校對(duì)，并對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行檢核測(cè)量。盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)測(cè)量主要測(cè)定的是盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)瞬時(shí)位置是否符合設(shè)計(jì)要求，在測(cè)量工作中主要是利用全站儀和一些其他輔助工具，測(cè)定根據(jù)不同的盾構(gòu)機(jī)特點(diǎn)而在盾構(gòu)機(jī)上設(shè)置的一些標(biāo)志點(diǎn)，從而通過幾何計(jì)算確定盾構(gòu)機(jī)瞬時(shí)掘進(jìn)位置的正確性，為盾構(gòu)機(jī)操作人員提供操作校正參數(shù)。盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)測(cè)量?jī)?nèi)容主要包括：平面偏離、高程偏離、縱向坡度、橫向旋轉(zhuǎn)、旋切口里程等。

3.2盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)調(diào)試與掘進(jìn)測(cè)量

力信導(dǎo)向系統(tǒng)（RMS-D）硬件主要是由徠卡TS15A全站儀、激光靶、工業(yè)電腦、控制盒、棱鏡及電臺(tái)等幾部分組成，在盾構(gòu)機(jī)上對(duì)硬件進(jìn)行組裝，通訊進(jìn)行調(diào)試。安裝全站儀吊籃，后視吊籃，測(cè)量出三維坐標(biāo)。計(jì)算隧道設(shè)計(jì)中線的坐標(biāo)、新建工程導(dǎo)入線路數(shù)據(jù)、盾構(gòu)機(jī)零位數(shù)據(jù)輸入（始發(fā)棱鏡坐標(biāo)、盾首盾尾坐標(biāo)、傾斜儀數(shù)據(jù)）、學(xué)習(xí)測(cè)量后導(dǎo)向系統(tǒng)正常運(yùn)行，按照導(dǎo)向系統(tǒng)顯示參數(shù)進(jìn)行推進(jìn)。在盾構(gòu)推進(jìn)過程中可對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行查詢和導(dǎo)出，定期對(duì)工程數(shù)據(jù)進(jìn)行備份防止數(shù)據(jù)丟失。

3.3盾構(gòu)機(jī)的人工復(fù)核測(cè)量

準(zhǔn)確測(cè)定盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)是確保隧道貫通的重要環(huán)節(jié)。雖然盾構(gòu)機(jī)所配備的測(cè)量自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)是很先進(jìn)的，但是，由于制約導(dǎo)向裝置本身精度的主客觀因素很多，導(dǎo)向裝置提供的數(shù)據(jù)往往精度不高、數(shù)據(jù)不可靠。為了使SLS-T系統(tǒng)測(cè)出的盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)精準(zhǔn)、可靠，我們必須依靠人工測(cè)量方法對(duì)盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行檢核，對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行檢核測(cè)量。

3.4盾構(gòu)機(jī)始發(fā)測(cè)量

盾構(gòu)機(jī)始發(fā)測(cè)量包括洞門預(yù)埋鋼環(huán)復(fù)測(cè)、始發(fā)架測(cè)量、反力架測(cè)量、盾構(gòu)機(jī)初始姿態(tài)測(cè)量等。其一，洞門鋼環(huán)復(fù)測(cè)。洞門鋼環(huán)的安裝定位是在車站側(cè)墻施工過程中進(jìn)行的，安裝過程中使用的車站底板控制點(diǎn)定位，同時(shí)受安裝誤差、后期變形等影響，需要進(jìn)行洞門鋼環(huán)復(fù)測(cè)。進(jìn)行洞門鋼環(huán)復(fù)測(cè)時(shí)，必須使用盾構(gòu)始發(fā)邊控制點(diǎn)，以此控制盾構(gòu)機(jī)始發(fā)姿態(tài)和接收時(shí)盾構(gòu)機(jī)的出洞姿態(tài)。其二，始發(fā)架測(cè)量。主要控制導(dǎo)軌的中線和高程，本工程盾構(gòu)機(jī)無鉸接且盾構(gòu)機(jī)始發(fā)后13.6m便進(jìn)入R600右轉(zhuǎn)曲線，且加固區(qū)長(zhǎng)8m，考慮盾構(gòu)機(jī)加固區(qū)不宜糾偏，盾構(gòu)機(jī)盾尾隧道中線左偏20mm，以確保隧道成型質(zhì)量。導(dǎo)軌前后高程與設(shè)計(jì)一致。其三，反力架測(cè)量。反力架為盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)提供反力，反力架的姿態(tài)直接影響盾構(gòu)機(jī)始發(fā)階段推進(jìn)時(shí)的盾構(gòu)姿態(tài)。反力架定位測(cè)量可使用全站儀進(jìn)行測(cè)設(shè)，測(cè)設(shè)完成后應(yīng)進(jìn)行檢查測(cè)量，主要做到反力架與負(fù)環(huán)管片接觸的端面與盾構(gòu)機(jī)始發(fā)軸線垂直。其四，盾構(gòu)機(jī)初始姿態(tài)測(cè)量。通過懸掛垂球法測(cè)出盾首盾尾坐標(biāo)，盾構(gòu)機(jī)頂盾首盾尾位置測(cè)出高程，計(jì)算出盾構(gòu)機(jī)盾首、盾尾三維空間坐標(biāo)，根據(jù)盾構(gòu)機(jī)內(nèi)對(duì)稱點(diǎn)測(cè)量三維坐標(biāo)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角。得到盾構(gòu)機(jī)初始姿態(tài)水平偏航、垂直偏航、俯仰角、旋轉(zhuǎn)角等盾構(gòu)機(jī)初始姿態(tài)。同時(shí)在盾構(gòu)機(jī)內(nèi)布設(shè)13個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，點(diǎn)的分布均勻有縱深，在測(cè)量盾構(gòu)機(jī)初始姿態(tài)同時(shí)對(duì)標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

總結(jié)

由于盾構(gòu)機(jī)的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)必須有控制測(cè)量的支持才能運(yùn)作，所以控制測(cè)量是盾構(gòu)隧道測(cè)量的基礎(chǔ)。為了保證隧道的順利貫通，我們首先要做好控制測(cè)量，然后就是保證自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的正常運(yùn)行，定期對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行人工檢測(cè)，保證導(dǎo)向系統(tǒng)的正確可靠。加強(qiáng)管環(huán)姿態(tài)檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)管環(huán)的位移趨勢(shì)，防止管環(huán)安裝侵限。加強(qiáng)管環(huán)姿態(tài)的檢測(cè)同時(shí)也是對(duì)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的復(fù)核。

參考文獻(xiàn)：

[1]邊大勇.地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工測(cè)量技術(shù)研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2011（04）：55-59.

[2]方門福.地鐵控制測(cè)量檢測(cè)技術(shù)方法探討[J].城市勘測(cè)，2014（4）：123-126.251

（作者單位：中國(guó)電建市政建設(shè)集團(tuán)有限公司）