地鐵盾構(gòu)工程下穿松花江測量方案及實踐

熊飛 莫中生

摘 要：地鐵盾構(gòu)工程測量方案的目的是使工程按照設(shè)計線路準(zhǔn)確貫通，結(jié)合哈爾濱市軌道交通2號線一期工程太陽島站～人民廣場站區(qū)間隧道（下穿松花江）工程實例，討論測量方案及實施效果，并根據(jù)高寒地區(qū)下穿松花江盾構(gòu)區(qū)間的施工特點總結(jié)經(jīng)驗，提出建議。

關(guān)鍵詞：工程測量;盾構(gòu)區(qū)間;過江隧道

中圖分類號：U452.13 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

本文主要討論如何保證地面控制網(wǎng)、聯(lián)系測量及陀螺定向、地下導(dǎo)線的的精度及可靠性，根據(jù)貫通誤差預(yù)計和相關(guān)經(jīng)驗選擇適當(dāng)?shù)臅r機(jī)進(jìn)行相關(guān)測量工作。

1 工程概況

本區(qū)間總長度為1 902.652 m，設(shè)置1個聯(lián)通通道泵站、2個聯(lián)絡(luò)通道。隧道頂部覆土埋約深為10.9 m～24.0 m。本工點位于松花江河床、低漫灘地貌中，勘察期間勘察范圍內(nèi)地表水深度最大約7.5 m，地表水水位變幅較大。根據(jù)地下水賦存條件，地下水類型主要為第四系孔隙水及微承壓水。

2 盾構(gòu)區(qū)間測量工作計劃

（1）始發(fā)前對地面GPS控制點使用全站儀對邊角關(guān)系進(jìn)行檢核。

（2）始發(fā)前15日完成始發(fā)聯(lián)系測量，采用兩井定向方法施測;同時建立地下控制網(wǎng)，固定地下控制邊。

（3）始發(fā)后根據(jù)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)長度及時埋設(shè)洞內(nèi)控制點，并于盾構(gòu)推進(jìn)至1 300環(huán)進(jìn)行第四聯(lián)系測量及地下控制測量，并綜合四次地下控制測量成果進(jìn)行比對、分析。

3 地面控制測量

根據(jù)哈爾濱測繪院提交的GPS點復(fù)測成果，為了進(jìn)一步檢驗成果的可靠性，測量中心使用LeicaTS30（標(biāo)稱精度0.5″，0.6+1 ppm）全站儀及配套棱鏡組對GPS點已知邊、角關(guān)系進(jìn)行復(fù)核，最大差值為1.8″，夾角平均觀測值與GPS控制點坐標(biāo)反算夾角之差應(yīng)小于5″，滿足規(guī)范要求;外業(yè)觀測時氣壓溫度直接輸入儀器進(jìn)行氣象改正，并對邊長進(jìn)行投影改正。

4 盾構(gòu)接收井洞門鋼環(huán)復(fù)核

測量中心將在盾構(gòu)機(jī)距離到達(dá)人民廣場站100環(huán)前時對接收井洞門鋼環(huán)進(jìn)行復(fù)核，根據(jù)復(fù)核數(shù)據(jù)分析鋼環(huán)變形情況，并及時反饋給施工方做出相應(yīng)的盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整，以保證盾構(gòu)區(qū)間順利貫通。測量過程中使用LeicaTS16全站儀采用極坐標(biāo)法按每50 cm間隔對洞門鋼環(huán)內(nèi)邊緣三維坐標(biāo)進(jìn)行采集，采集過程中按照正倒鏡各觀測一測回，并取正倒鏡觀測數(shù)據(jù)平均值。根據(jù)采集完成的數(shù)據(jù)，擬合洞門中心，與設(shè)計位置進(jìn)行比較，判定洞門中心及橢圓度是否滿足要求。

洞門環(huán)中心及鋼環(huán)橢圓度測量完成后，如果洞門環(huán)中心在允許誤差范圍內(nèi)（平面20 mm、高程15 mm），則盾構(gòu)區(qū)間按照原設(shè)計路線、坡度進(jìn)行掘進(jìn)。若洞門環(huán)中心施工位置超出允許誤差3倍（平面60 mm、高程45 mm）及以上，則采取以下方式之一施工：

（1）對偏移洞門環(huán)進(jìn)行整改改準(zhǔn)確位置。對洞門中心重新進(jìn)行定位，根據(jù)合格的洞門中心對洞門環(huán)（橢圓度）進(jìn)行整改（將影響部位進(jìn)行鑿除），確保盾構(gòu)機(jī)準(zhǔn)確進(jìn)洞時洞門環(huán)不影響盾構(gòu)機(jī)到達(dá)。

（2）對存在偏移的洞門環(huán)不進(jìn)行整改（保留現(xiàn)狀），調(diào)整盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)，對準(zhǔn)既有洞門環(huán)中心進(jìn)行掘進(jìn)，后期根據(jù)竣工測量成果進(jìn)行調(diào)坡調(diào)線。

5 聯(lián)系測量

測量中心對太人盾構(gòu)區(qū)間進(jìn)行盾構(gòu)始發(fā)定向測量，鑒于太陽島站施工現(xiàn)場條件，始發(fā)定向測量采用兩井定向測量方法。

（1）采用具有雙軸補(bǔ)償?shù)娜緝x。

（2）垂直角小于30°。

（3）儀器和覘牌安置采用強(qiáng)制對中和三聯(lián)腳架法。

（4）測回間檢查儀器和覘牌氣泡的偏離情況，必要時重新整平。

按照《城市軌道交通工程測量規(guī)范》GB/T 50308-2017規(guī)定，導(dǎo)線直接傳遞獨立進(jìn)行兩次，根據(jù)測量成果與施工單位比較，地下定向邊方位角互差為0.3″，滿足相關(guān)規(guī)范技術(shù)要求。

根據(jù)盾構(gòu)區(qū)間掘進(jìn)長度，測量中心已獨立進(jìn)行五次聯(lián)系測量，均采用兩井定向測量方法。綜合五次測量成果比較，各單次聯(lián)系測量成果均滿足規(guī)范精度要求及相關(guān)規(guī)范技術(shù)要求。

6 管片姿態(tài)檢測

測量中心根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)長度，及時對區(qū)間隧道按曲線段每5環(huán)、直線段每10環(huán)進(jìn)行管片姿態(tài)檢測。

采用TS30全站儀（0.5″，1+1 ppm），將全站儀置于檢驗過的洞內(nèi)控制點采用管片尺配合小棱鏡測量方法，測量管片尺中心坐標(biāo)并用小棱鏡測量成型管片底部高程通過道路測設(shè)大師軟件反算，與設(shè)計值進(jìn)行比較。

目前已測管片1 575環(huán)（隧道以貫通共計1 584環(huán)），共檢測隧道中線點237環(huán);檢測隧道中線底部229點，底部標(biāo)高最大偏差處（1 280環(huán)）值為-98 mm;經(jīng)分析，隧道管片中線最大偏差為97 mm（220環(huán)）。

7 貫通測量及貫通控制點聯(lián)測

7.1 隧道平面貫通測量

太～人區(qū)間隧道貫通后，采用坐標(biāo)法進(jìn)行平面貫通誤差測量。由于盾構(gòu)區(qū)間洞內(nèi)平面施工控制采用導(dǎo)線作為控制依據(jù)，則在貫通面中線附近釘一臨時點，由貫通面兩側(cè)導(dǎo)線分別測量該點坐標(biāo)，該點的坐標(biāo)閉合差分別投影至貫通面及與其垂直的方向上，即為橫向和縱向貫通誤差，方位角貫通誤差利用兩側(cè)控制點測定與貫通面相鄰的同一導(dǎo)線邊的方位角較差確定。

7.2 隧道高程貫通測量

隧道貫通后，應(yīng)及時進(jìn)行高程貫通測量。高程貫通測量采用的方法及對儀器的要求與地下高程控制測量相同。按相關(guān)規(guī)范對二等水準(zhǔn)測量要求進(jìn)行作業(yè)。求出高程貫通誤差，判斷貫通是否滿足≤±25 mm的要求。

7.3 貫通控制點聯(lián)測

區(qū)間隧道完工后，需要對區(qū)間控制點重新進(jìn)行埋設(shè)，控制點布設(shè)于線路中線位置附近，距宜為160 m。與太陽島站、人民廣場站控制點進(jìn)行聯(lián)測和平差，為竣工測量和鋪軌基標(biāo)測量作好準(zhǔn)備。

精度要求：導(dǎo)線和水準(zhǔn)按照地下控制導(dǎo)線的要求進(jìn)行。

施測要求：測量過程中盡可能聯(lián)測已保留的原測定控制點，主要聯(lián)測陀螺定向邊，以便保證精度。

8 竣工測量

太～人盾構(gòu)區(qū)間現(xiàn)已施工完成為滿足鋪軌需要，需對左、右線竣工斷面進(jìn)行測量。測量內(nèi)容包括隧道橫向偏差值、高程偏差值、水平直徑、豎直直徑、橢圓度等，嚴(yán)格根據(jù)哈爾濱地鐵2號線竣工斷面測量要求。

9 測量方案實踐

根據(jù)聯(lián)系測量安排，測量中心及時進(jìn)行地下控制測量，按照精密導(dǎo)線作業(yè)要求，利用車站聯(lián)系測量成果向洞內(nèi)進(jìn)行控制導(dǎo)線延伸，并組成雙導(dǎo)線。截止目前已完成五次地下控制測量;另外，使用陀螺儀（陀螺儀精度5″）對洞內(nèi)控制邊TL880—Y14-1進(jìn)行陀螺定向，陀螺定向后坐標(biāo)方位角與第四次地下控制測量方位角互差為-8.3″?？刂茰y量成果滿足規(guī)范精度要求及相關(guān)規(guī)范技術(shù)要求，取成果均值指導(dǎo)施工。

第一次：根據(jù)測量成果比較，控制點坐標(biāo)最大互差為4.2 mm，定向邊TRY1—Y0502坐標(biāo)方位角互差為-6″（限差12″），高程控制點YT最大較差為1.2 mm（限差5 mm）。

第二次：根據(jù)測量成果比較，控制點坐標(biāo)最大互差為4.8 mm，定向邊TRY1—Y0502坐標(biāo)方位角互差為-8″（限差12″），高程控制點XT2最大較差為-0.8 mm（限差5 mm）。

第三次：根據(jù)測量成果比較，控制點坐標(biāo)最大互差為1.4 mm，定向邊TRY1—Y0502坐標(biāo)方位角互差為-7″（限差12″），高程控制點XT4最大較差為3.1 mm（限差5 mm）。

第四次：根據(jù)測量成果比較，控制點坐標(biāo)最大互差為2.8 mm，定向邊TRY1—Y0502坐標(biāo)方位角比較最大互差為-5″（限差12″），高程控制點XT6最大較差為-1 mm（限差5 mm）。

第五次：根據(jù)測量成果比較，控制點坐標(biāo)最大互差為0.9 mm，定向邊TRY1—Y0502坐標(biāo)方位角互差為-4.5″（限差12″），高程控制點XT8最大較差為1.0 mm（限差5 mm）。

貫通誤差最終為平面25 mm，高程8 mm，滿足規(guī)范要求。從已完成中線、斷面凈空檢測成果分析，施工質(zhì)量總體受控，線路中線、標(biāo)高、結(jié)構(gòu)凈空、斷面幾何尺寸基本滿足限界要求。

10 相關(guān)建議

（1）為確保隧道準(zhǔn)確貫通，除需加強(qiáng)對地面控制點的檢核外，還要增加地下導(dǎo)線測回數(shù)及聯(lián)系測量次數(shù)。

（2）一般小于1 000 m的區(qū)間隧道，按照四次聯(lián)系測量能夠保證隧道正確貫通。大于1 000 m的區(qū)間隧道需采取增加豎井聯(lián)系測量次數(shù)，區(qū)間地下定向邊進(jìn)行多次取平均值的方法，提高地下定向邊的方位角精度，并采用加測陀螺方位等手段來保證地下控制測量精度，確保區(qū)間貫通符合規(guī)范要求。

（3）優(yōu)化地下控制網(wǎng)網(wǎng)型，采用邊角鎖方式向前延伸，增加地下控制網(wǎng)邊角檢核條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]王吳鮮.地鐵精密工程測量的方法及應(yīng)用研究[J].門窗，2014（4）：381.

[2]毛云翔，廖鵬，第五江波.地鐵工程測量技術(shù)及應(yīng)用探析[J].智能城市，2016（3）：150-151.