地下控制測量及盾構隧道施工的技術要點

摘要：介紹隧道工程控制測量技術，總結隧道控制測量經驗，減少測量誤差和粗差的產生，為以后的隧道工程提供方便可行的控制測量方案，使其達到規范規定的貫通精度。

關鍵詞：地下控制測量；聯系定向測量；高程控制測量

前言

近10年來國內有20余個城市先后進行地鐵建設，地鐵區間隧道多采用盾構法施工。地鐵在中心城區的技術已日漸成熟，但是對質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，無論從經濟上還是從技術上都顯得十分重要，而且也是擺在專業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，根據工程需要和現場情況，適當加密和發送地面控制點，以求有“多余的觀測條件”，保證施工測量精度。對區間各結構形式和施工誤差累計等進行分析，根據實際情況對結構尺寸提出誤差富余量，以求結構不侵限。

2.地下控制測量

（1）精密導線傳遞控制網形式

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 個測點的情況進行分析，《城市軌道交通工程測量規范》GB50308-2008中聯系定向測量提到有 5 種方法：

1）聯系三角形法（一井定向）；

2）陀螺儀、經緯儀、鉛垂儀（鋼絲）組合法；

3）兩井定向；

4）導線直接傳遞法；

5）投點定向法。現實中聯系測量用的最多的有 2 種方法：一是精密導線直接傳遞法，二是二井定向。

（2）地下導線控制測量

采用雙支導線的方法，雙支導線每前進一段交叉一次。每一個新的施工控制點由2條路線傳算坐標。當檢核無誤，最后取平均值作為新點的測點數據。線路平面示意圖如圖2-1。

圖2-1 隧道內導線布置示意圖

地下導線測設要求：

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

2）平面控制測量應采用導線測量方法，導線測量應使用不低于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°較差應小于4″，邊長往返觀測各兩測回，往返平均值較差應小于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線測量前，應對已有的控制導線點進行檢測，檢測點如有變動，選擇另外穩定點的施工控制導線點進行施工控制導線延伸測量。重合點重復測量的坐標值與原測量的坐標值較差小于10mm時，采用逐次的加權平均值作為施工控制導線延伸量的起算值。

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

5）地下導線起始邊（基線邊）方位角的互差≤ 12″

6）導線邊的邊長互差≤ 8mm。

（2）地下高程控制測量

1）地下高程控制點可利用地下導線點，單獨埋設時每200m埋設一個，應采用二等水準測量的方法施測。

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

3）水準測量應在隧道貫通前進行三次，并應與傳遞高程測量同步進行。重復測量的高程點間的高程較差應小于5mm，滿足要求時，應取逐次平均值作為控制點的最終成果指導隧道掘進。

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

5）明挖車站、明挖區間、礦山法豎井、盾構始發井等：地下高程點高程的互差≤ 5mm。

6）區間隧道較長時，各地下高程點的高程較差：礦山法區間隧道單向掘進超過1km時，過600m后≤ 10mm，盾構法區間隧道單向掘進超過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）經豎井或高架墩（柱）懸吊鋼尺傳遞高程的互差≤ 3mm。

3.盾構隧道施工測量

（1）盾構機導軌定位測量

盾構機導軌的中線與設計隧道中線較差應小于3mm，導軌的前后高程與設計高程較差應小于3mm，導軌下面應堅實平整。

（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。反力架的穩定性直接影響到盾構機始發掘進是否能正常按照設計的方位進行。

（3）盾構機姿態初始測量

盾構機姿態初始測量包括測量水平偏航、俯仰度、扭轉度。

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

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

盾構機姿態測量示意圖

（4）盾構掘進測量

盾構法施工測量貫通精度要求很高，規范要求橫向誤差限差100mm，縱向誤差限差50 mm，洞門鋼環最大允許盾構機貫通偏差160 mm（洞門鋼環直徑6600 mm，盾構刀盤6280 mm）。利用盾構上的激光導向系統導向。

（5）盾構井（室）測量

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

（6）盾構姿態測量