隧道盾構法施工中的測量技術

馮力

摘 要：地下工程盾構施工測量的主要目的是使盾構機能夠沿設計軸線前進，確保盾構隧道準確貫通。盾構法施工中的測量工作主要分為三個部分：地上控制測量、地上與地下聯系測量、盾構掘進控制測量。此外，為了確保隧道準確貫通，還應結合工程的實際情況，嚴格把控影響隧道精度的各個環節的測量技術，以提高隧道成型整體精度，從而達到隧道準確貫通的目的。

關鍵詞：盾構測量；聯系測量；控制測量；ROBOTEC自動測量系統

中圖分類號： U455 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）28-75-2

0 引言

盾構施工中，測量方面的主要工作是在人工測量基礎上進行自動化測量，保證盾構機沿設計軸線前進，偏差值滿足設計要求。本文以北京地鐵14號線15標東風北橋站至將臺站區間10.22m大盾構施工為例， 對盾構施工測量技術作簡要闡述。

北京地鐵14號線15標東風北橋站至將臺站盾構區間為單洞雙線圓形區間隧道，區間線路從東風北橋站向北下穿東四環后到達將臺站。盾構掘進測量以日本演算工房 ROBOTEC隧道自動導向系統為主， 輔以人工測量校核。

1 地上控制測量

首先對業主給定的平面控制點及高程控制點進行復核，坐標點采用附合導線形式，水準測量采用往返閉合水準線路，并對測量結果進行平差處理，作為平面控制點及高程控制點的施工控制網的依據。根據始發豎井的現場實際情況，分別在盾構井的東西側加設了3個地面導線點以及3個水準點。為了避免對中誤差對精度帶來的影響，導線點全部采用了強制對中盤模式。

2 聯系測量

聯系測量精度對整個標段能否正確貫通起著決定性的作用。聯系測量的主要目的是將地上的平面及高程系統傳遞到地下導線點和水準點上，形成統一的空間坐標系統。根據以往經驗，本工程定向測量采用了全站儀一井定向法，高程傳遞測量采用鋼尺導入法。本工程在整個施工過程中， 聯系測量坐標傳遞3次。

2.1 導線傳遞

根據施工現場條件，本工程采用了一井定向方法，地面、地下近井導線測量觀測技術要求等同精密導線。分別在隧道工作井兩端各投掛一根鋼絲，在每根鋼絲上下兩端適當位置上粘貼反射亮片，鋼絲底部掛工作重錘并置入油桶內。先在地上測出兩個亮片點的坐標，然后在工作井中再分別測設兩條鋼絲，反算出井下兩個導線點的坐標，作為盾構始發及掘進的平面控制依據。

一井定向是在同一豎井內懸掛兩根鋼絲組成聯系三角形，聯系三角形測量采用拓普康全站儀測量，每次獨立測量三測回，各測回較差不超過1mm。地上與地下測量的鋼絲間距較差小于2mm。每次定向應獨立進行三次，取三次平均值作為定向成果。聯系三角形鋼絲布置形狀應滿足下列要求：

①鋼絲間的距離a應盡可能長；

②定向角？琢、′？琢盡可能小，一般應小于1°，呈直伸三角形；

③b/a及b′/a′的比值應盡可能小，一般應小于1.5。

2.2 水準傳遞

高程聯系測量可用吊鋼尺法。使用兩臺同精度水準儀分別置于豎井上下合適的位置，懸吊鋼尺穩定后同時進行測量作業。導入標高每次獨立進行3次，每次變化儀器高使高差大于100 mm，兩次高差較差≤±2mm，取3次平均值為地下水準測量基點標高。

3 地下控制測量

隧道內控制測量分為平面及高程控制測量兩部分。隨著盾構機沿線路方向往縱深不斷掘進，隧道內也需進行相應的平面及高程控制測量，以指導盾構機按設計線路方向正常掘進，以及對環片姿態、盾構機姿態進行檢測，對導向系統控制點坐標進行調整。地下平面控制點及高程控制點均固定在隧道內穩定的管片上，管片上布設的點位采用鉆孔埋設膨脹螺栓的方法，為保證測量精度，防止出現點位移動現象，每次延伸控制導線前，需對已有的導線控制點至少三個點進行聯測檢驗。

①地下導線控制測量

在實際施工時，采用了雙支導線，布設成附和導線方式。一是避免測量時的粗差，另一方面通過雙支導線之間的相互校核，以提高地下控制導線的測量精度。隧道內平面控制測量是以平面聯系測量基線邊為基礎的控制測量，盾構機每掘進150～200m后，加設一個平面測量控制點。相對中誤差≤±1/35000，導線端點橫向誤差為：

②地下高程控制測量

將高程引至隧道內高程控制點上，隨著盾構掘進水準路線也向前延伸。作為施工導線用的吊籃高程可由洞內控制水準點用水準測量方法引測。地下水準測量應在隧道貫通前獨立進行3次， 并與地面向地下傳遞高程同步。

4 盾構掘進測量

4.1 盾構機姿態測量

盾構姿態測量是盾構法施工測量的核心，盾構姿態的正確與否，不但直接影響著管片的拼裝質量而且是盾構是否沿設計軸線掘進的前提。盾構機姿態測量包括測量盾構機的水平偏角、垂直偏角、俯仰角、扭轉角。盾構機的偏角、俯仰角是用來判斷盾構機在掘進過程中是否在隧道設計中線上前進，扭轉度是用來判斷盾構機是否在容許范圍內發生扭轉。測定盾構機姿態的目的是確定目標棱鏡與盾構機的盾首、盾尾之間的位置關系，為盾構機掘進提供基礎數據。

4.2 Robotec自動測量系統

此系統是為了對隧道挖掘施工進行調整管理而開發的。其測量原理為：地面將測量指令傳給地下裝置部分，再傳給自動化測量裝置進行自動測量并計算，然后將反映盾構姿態的軸線數據與理論數值進行比較，自動計算出盾構水平及豎向偏差，并顯示在計算機上。

Robotec導向系統測量包括：隧道設計中線坐標計算，測站托架和后視托架的三維坐標的測量，初始參數設置等工作。

①隧道設計中線坐標計算

將隧道的設計軸線要素和高程要素計算后，輸入計算機中，Robotec測量系統將會自動計算出隧道中線的三維坐標。

②Robotec測量測站托架和后視托架的測量

測站托架上安放全站儀，后視托架上安放后視棱鏡。通過人工測量將測站托架和后視托架的中心位置的三維坐標測量出來后，作為控制盾構機姿態的起始測量數據。

③測量系統初始參數設置：將自動全站儀以及后視棱鏡的三維坐標輸入控制計算機文件里，照準激光標靶并測量其坐標和方位以確定激光標靶三維坐標，以及盾構機的俯仰角和滾動角，盾構機的位置就以數據和模擬圖形的形式顯示在控制室的電腦屏幕上。

此外，在盾構施工過程中，為了保證導向系統的正確性和可靠性，避免出現電腦理論計算與軸線實際計算出現脫節的情況，在盾構機掘進一定的長度或時間之后，應通過洞內的獨立導線進行盾構姿態的人工檢測。為保證測量數據傳達的及時性，在測量過程中使用跟蹤測量的方法，及時測量出盾構機的三維坐標，與設計平面及豎向關系進行比較，確定改正值來指導盾構推進。

5 結論及建議

由于隧道工程建于地下，具有區間距離長，隧道內通視條件差等特點，而且往往受工程工期和施工環境的限制，這就要求測量工作一直保持在最高測量精度的狀態。在施工中必須高度重視測量工作，不允許出現測量誤差超出限差的情況。必須加強施工測量檢核，經常復核洞內的導線點、水準點，隨時掌握控制點的變形情況，隨時發現點位變化，隨時進行測量修正。嚴格遵守各項測量工作制度和工作程序，確保測量結果的準確性。

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