淺談地鐵盾構施工測量控制

朱宗一

【摘 要】隨著城市建設的飛速發展，我國在各大城市都開展了地鐵建設。目前地下鐵道建設中，盾構施工以其獨特的施工工藝和較高的技術性和經濟優越性，在隧道施工中廣泛的得到了采用，為了滿足盾構掘進并能按照設計要求貫通（貫通誤差必須<50mm），必須研究每一步施工測量工作所帶來的誤差，其中包括地面控制測量、豎井聯系測量和地下導線測量。地面測量條件較好、地面控制測量可以采用的提高測量精度的方法有很多，但是豎井聯系測量和地下導線測量就相對較為困難，因此，在盾構施工測量中主要是對這兩項提出了較高的精度要求。

【關鍵詞】地鐵工程；盾構施工；施工測量精度

前言

盾構施工技術以其安全、高效、可穿越復雜地層的特點，在地鐵、引水工程、地下綜合管廊等工程中被廣泛應用。與傳統的施工方法相比，盾構法不僅安全、快速，而且不會對地面交通正常運行造成不良影響。盾構施工中所采用的有效合理的測量措施，是確保工程施工安全、高效的重要保障。

1控制測量

1.1地面控制測量

地面控制測量是建立合適的測量控制系統，提供可靠的地面控制點，為聯系測量提供起算依據，同時作為竣工測量的起算數據。地面測量控制網的點位由甲方負責提供，定期對甲方提供的GPS控制點、精密導線點及高程點進行復測，建立地面導線控制網、地面高程控制網，精度符合要求后進行近井點控制測量。

1.2高程控制測量

高程控制測量主要包括地面精密水準測量和高程傳遞測量及洞內精密水準測量，本工程的精密水準測量采用城市二等水準測量。其技術要求按《地下鐵道、輕軌交通工程測量規范》執行。

1.3地下控制測量

盾構區間控制測量導線采用交叉雙導線的形式布設，觀測時采用交叉觀測，通過多余觀測相互檢核。隨著盾構的掘進布設控制點，控制延伸測量時，檢核起算點穩定性后雙支導線測設。高程測量采用二等水準測量，并起算于地下近井水準點。為方便施工每120m布設一個水準點，水準測量與傳遞高程測量同步進行，重復水準點測量高程較差應小于5mm，滿足要求時取其平均值作為控制點成果。本區間通過加測陀螺方位角提高控制網精度。選用陀螺經緯儀的標稱精度不得低于15″，地面已知邊陀螺觀測站應穩定無干擾，通視良好的兩個地面控制點作為校準方向[1]。地下定向邊陀螺觀測時應停止施工關閉設備，定向邊邊長以150m為宜，定向測量采用“地面已知邊一地下定向邊一地面已知邊”的測量程序。陀螺方位角測量每次應測三測回，測回間陀螺方位角較差應小于20″，測定儀器常數時應進行子午線收斂角改正。測定的陀螺儀常數平均值的較差應小于15″，每次陀螺儀經緯儀定向應盡可能在當天完成。

2聯系測量

聯系測量是為了確定地下始發邊在地面坐標系統中的平面坐標和方位角。本工程區間全長大于1500m，根據現場情況采用兩井定向，隧道掘進到約100m、300m、900m以及距貫通面100m～200m時進行聯系測量。豎井中鋼絲選用φ0.3mm鋼絲，懸掛10kg重錘浸沒在阻尼液中。通過加長鋼絲距離、控制點選用強制對中墩，減小測量誤差。每次聯系測量獨立進行三次，取三次平均值作為聯系測量成果。高程傳遞測量采用懸掛鋼尺法，將鋼尺懸掛在支架上，鋼尺上懸掛與鋼尺檢定時相同質量的重錘，地上、地下兩臺水準儀同時讀數，同時地下近井高程點不少于2個。高程傳遞獨立觀測三測回，測回間變動儀器高并記錄溫度，三測回測得地上、地下水準點間的高差較差應小于3mm。內頁處理時進行溫度、尺長改正。使用近井定向邊和地下近井高程點前，應對定向邊之間和高程點之間進行檢核，其不符值應分別小于12″和2mm。聯系測量各次地下近井定向邊方位角較差應小于16"，地下高程點高程較差應小于3mm，符合要求時，可取各次測量成果的平均值作為后續測量的起算數據指導隧道貫通。

3盾構機的測量

3.1盾構機姿態測量

在盾構施工過程中為了保證盾構機按照設計規定的路線掘進，一般在盾構機上安裝有導向裝置，比如陀螺儀、TCA全站儀等等，這些裝置在盾構機的掘進過程中會隨時標示出盾構機的姿態以及需要糾正的參數[2]。但是，由于導向裝置本身的測量精度有限，加之受到施工干擾等因素的影響，導致導向裝置提供的數據不可靠、測量精度也不高。為此需要依靠人工測量方法對盾構機導向系統進行檢驗校對，并對盾構機姿態進行檢核測量。盾構機姿態測量主要測定的是盾構機掘進瞬時位置是否符合設計要求，在測量工作中主要是利用全站儀和一些其他輔助工具，測定根據不同的盾構機特點而在盾構機上設置的一些標志點，從而通過幾何計算確定盾構機瞬時掘進位置的正確性，為盾構機操作人員提供操作校正參數。盾構機姿態測量內容主要包括：平面偏離、高程偏離、縱向坡度、橫向旋轉、旋切口里程等。

3.2盾構機導向系統調試與掘進測量

力信導向系統（RMS-D）硬件主要是由徠卡TS15A全站儀、激光靶、工業電腦、控制盒、棱鏡及電臺等幾部分組成，在盾構機上對硬件進行組裝，通訊進行調試。安裝全站儀吊籃，后視吊籃，測量出三維坐標。計算隧道設計中線的坐標、新建工程導入線路數據、盾構機零位數據輸入（始發棱鏡坐標、盾首盾尾坐標、傾斜儀數據）、學習測量后導向系統正常運行，按照導向系統顯示參數進行推進。在盾構推進過程中可對各種參數進行查詢和導出，定期對工程數據進行備份防止數據丟失。

3.3盾構機的人工復核測量

準確測定盾構機姿態是確保隧道貫通的重要環節。雖然盾構機所配備的測量自動導向系統是很先進的，但是，由于制約導向裝置本身精度的主客觀因素很多，導向裝置提供的數據往往精度不高、數據不可靠。為了使SLS-T系統測出的盾構機姿態精準、可靠，我們必須依靠人工測量方法對盾構機導向系統進行檢核，對盾構機姿態進行檢核測量。

3.4盾構機始發測量

盾構機始發測量包括洞門預埋鋼環復測、始發架測量、反力架測量、盾構機初始姿態測量等。其一，洞門鋼環復測。洞門鋼環的安裝定位是在車站側墻施工過程中進行的，安裝過程中使用的車站底板控制點定位，同時受安裝誤差、后期變形等影響，需要進行洞門鋼環復測。進行洞門鋼環復測時，必須使用盾構始發邊控制點，以此控制盾構機始發姿態和接收時盾構機的出洞姿態。其二，始發架測量。主要控制導軌的中線和高程，本工程盾構機無鉸接且盾構機始發后13.6m便進入R600右轉曲線，且加固區長8m，考慮盾構機加固區不宜糾偏，盾構機盾尾隧道中線左偏20mm，以確保隧道成型質量。導軌前后高程與設計一致。其三，反力架測量。反力架為盾構機推進提供反力，反力架的姿態直接影響盾構機始發階段推進時的盾構姿態。反力架定位測量可使用全站儀進行測設，測設完成后應進行檢查測量，主要做到反力架與負環管片接觸的端面與盾構機始發軸線垂直。其四，盾構機初始姿態測量。通過懸掛垂球法測出盾首盾尾坐標，盾構機頂盾首盾尾位置測出高程，計算出盾構機盾首、盾尾三維空間坐標，根據盾構機內對稱點測量三維坐標計算旋轉角。得到盾構機初始姿態水平偏航、垂直偏航、俯仰角、旋轉角等盾構機初始姿態。同時在盾構機內布設13個標志點，點的分布均勻有縱深，在測量盾構機初始姿態同時對標志點進行數據采集。

總結

由于盾構機的自動測量系統必須有控制測量的支持才能運作，所以控制測量是盾構隧道測量的基礎。為了保證隧道的順利貫通，我們首先要做好控制測量，然后就是保證自動測量系統的正常運行，定期對盾構姿態進行人工檢測，保證導向系統的正確可靠。加強管環姿態檢測，及時發現管環的位移趨勢，防止管環安裝侵限。加強管環姿態的檢測同時也是對自動測量系統的復核。

參考文獻：

[1]邊大勇.地鐵盾構區間施工測量技術研究[J].測繪通報，2011（04）：55-59.

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

（作者單位：中國電建市政建設集團有限公司）