超長距離曲線頂管施工測量方案設計與實踐

上海市基礎工程集團有限公司 上海 200002

1 工程概況

上海市污水治理白龍港片區南線輸送干線完善工程SST2.2標項目位于浦東新區外環高速和迎賓大道南側，西臨申江路立交，東臨唐黃路。

本工程由2根并排的鋼筋混凝土管道組成，管道外徑4 640 mm，埋深約7 m，全線劃分為3段區間，均采用頂管法施工。其中，迎賓1#～3#頂管區間的最大頂進距離為2 039 m，曲線段最小曲率半徑為1 200 m，屬于超長距離曲線頂管（圖1）。

圖1 工程線路情況示意

2 測量精度設計

2.1 導線測量精度要求

測回數：4個測回；測角中誤差≤±2.5″；測距中誤差≤±18 mm；測距相對中誤差≤1/80 000；方位角閉合差導線全長相對閉合差≤1/35 000[1]。

2.2 水準測量精度要求

2.3 頂管軸線偏差

橫向偏差≤±75 mm；豎向偏差≤±75 mm。

3 施工測量實施

3.1 地面控制測量

3.1.1 地面導線點的復測及加密

由于本頂管區間周邊存在大量高聳綠化，業主提供的工作井與接收井處的首級平面控制點無法直接通視，因此，我們在迎賓大道路基邊緣設置了2個加密導線點（強制對中的固定觀測墩），將工作井與接收井處的平面控制點連起來進行復測，復測時按四等導線測量技術要求執行。

3.1.2 水準點的復測

水準點復測按二等水準測量的要求進行，復測時將工作井處與接收井處的水準點組成一條附合水準路線，采用SOKKIA SDL30M電子水準儀進行往返測量，附合路線閉合差

3.1.3 地面近井點的引測

近井導線點引測：以離工作井最近的平面控制點為基準進行引測，采用LEICA TCA2003全站儀四測回測定夾角，往返測定邊長。

近井水準點引測：以最近的水準點為基點，按二等水準測量要求，將高程引測到工作井附近。近井點數量不少于2個[2]。

3.2 聯系測量

3.2.1 定向測量

定向測量的目的是將地面的平面坐標和方位傳遞至井下，使地面控制網和地下控制網處在同一平面坐標系中。

本工程的定向測量采用導線直接傳遞法，在工作井井壁上設置幾個強制對中的固定觀測點，按四等導線測量要求，使用LEICA TCA2003全站儀四測回測角、往返測距，最終確定地下近井點的平面坐標和地下頂管起始定向基線的方位角。

導線直接傳遞測量的要求：

1）導線直接傳遞測量應獨立測量2次；

2）導線傳遞測量的垂直角應小于30°，導線邊長必須對向觀測；

3）地面近井點、井壁觀測點、地下近井點均應布置成強制對中的固定觀測墩或三腳架，以減小對中誤差，提高測量精度。

3.2.2 高程傳遞測量

高程傳遞采用吊尺法，分別在井上、井下設置2臺水準儀同時進行觀測。傳遞高程時，每次獨立觀測三測回，三測回測得的地上、地下水準點高差較差應小于3 mm。傳遞到地下的水準點不少于2個。

3.3 導向測量

本頂管區間的平面線形為直線段+曲線段，且曲線段的最小曲率半徑僅為1 200 m，采用常規測量方法進行導向測量的精度和工程進度難以得到保證。故采用我公司獨立開發的一套頂管自動測量系統來進行導向測量。

3.3.1 自動測量系統簡介

頂管自動測量系統采用自動、實時的測量方法，很好地解決了傳統工藝中用人工搬遷儀器進行傳遞導致測量精度差、測量速度慢的缺陷。該系統采用的測量方式是導線測量和三角高程傳遞測量[3]。

系統主要由以下組成：

1）編程電腦：發出開始測量指令，接收測量數據，計算頂管機頭實際三維坐標與設計軸線的偏差。

2）測量機器人：由SOKKIA SRX1自動測量全站儀和GEO AD-12自動安平基座組成，進行水平角、豎直角和距離觀測。測量機器人與上部棱鏡、測量支架組成測量中繼站。

3）通信系統：采用單線連接技術，將所有測量機器人通過同一根通信線與編程電腦連接，雙向傳輸測量指令與數據。

3.3.2 自動測量實施

1）測量支架選型：根據設計曲線和施工現場條件，將最靠近機頭的測量支架以吊籃形式固定在工具頭后100 m處的管頂，該測量支架上的自動整平基座和全站儀可通過預留的螺絲槽在支架上靈活橫向移動。線路中間部位的測量支架以邊臺形式布置在有利于拉長視距的管節側下方，都做成活絡的、可縱向移動的，可隨著頂管推進時管內的視線條件調整測量中繼站的前后位置，該測量支架上的自動整平基座和全站儀也能在支架上靈活橫向移動（圖2）。

圖2 測量支架示意

2）測量中繼站模擬設計：自動測量開始前，根據頂管設計軸線的特征要素和施工現場的具體條件，預先模擬設計出測量中繼站的大致設置位置及所需測量機器人的數量，做好測量中繼站的動態調整計劃和儀器設備的配備計劃。測量中繼站一般設置在頂管的各個施工轉彎處。設置的主要要求有以下2點：

（1）測量中繼站應設置在施工轉彎處最有利于拉長測量距離的一側的管壁上。

（2）設置時應考慮管道內通風管、泥漿箱、中繼環等施工設備對測量有效空間的影響。

3）自動測量施測：隨著頂管施工進程，在頂管各個施工轉彎處建立測量中繼站，每個測量中繼站設置1臺測量機器人，每臺測量機器人通過通信電纜和計算機中心的電腦連接，由電腦按程序依次指揮各臺測量機器人進行自動測量。測量機器人施測完成后將測得的數據通過通信電纜傳輸回計算機中心，并由電腦進行計算處理，最終得出頂管機頭實際三維坐標與設計軸線的偏差。

3.3.3 人工復測

根據頂管頂進的長度，每頂進300 m用全站儀和水準儀以人工測量的方法對頂管軸線和頂管機頭進行測量復核，作為對頂管自動測量系統成果的校核。

4 結語

該工程中，迎賓1#～3#區間的2條頂管最終都準確地沿設計軸線頂進到位，最大橫向偏差與豎向偏差均能滿足規范及測量設計精度的要求[4]。

實踐證明，上述施工測量設計方案在超長距離曲線頂管施工中是完全切實可行且行之有效的。