兩井定向在地鐵盾構法施工中的應用探索

張定宇

摘要：盾構法具有掘進速度快、勞動強度低、施工噪音小、不受季節、氣候條件影響等優勢，而在城市地鐵隧道施工中被廣泛應用。但是，由于地下巖壁與土層斷面尺寸多變，使得掘進精度極易出現較大誤差，而影響隧道施工的安全性，因此，施工單位在盾構施工中引入兩井定向的方法，即將地面控制網的平面坐標與方向，傳遞給井下的控制點與導線邊，進而確保地鐵貫通的定向精度能夠滿足施工標準要求。本文將結合工程實例，對兩井定向的原理以及在地鐵盾構法施工中的實際應用效果予以分析和闡述。

關鍵詞：地鐵;盾構法;兩井定向;具體應用

1 工程概況

某城市地鐵交通2號線建設工程第一標段，站點起始里程為DK08+252.099，終點里程為DK09+175.454，盾構區間在出站點后有16m的直線段，然后左線以345m的曲線半徑，右線以355m的曲線半徑分離，最大線間距為17m，然后統一并攏為16m，并轉為平行直線段行進，最終進入下一站點的直線間距為16m。從該站點起始位置出發后，經過4‰的向上坡度，然后轉為20‰向下的坡度，在進入下一站點之前，轉為6‰向上的坡度，最后以4‰向下的坡度進入站點。該站點起始端兩側的接收井間距為176m，井深為18m。根據施工設計圖紙以及《城市軌道交通工程測量規范》（GB_T50308-2017）的要求，該區段隧道的橫向貫通中誤差不得超過±50mm，高程貫通中誤差不得超過±25mm，二者之間的比值結果應當小于2倍。地下導基線邊方位角的互差不得超過±16″方位角中誤差不得超過±8″，導線邊的邊長互差不得超過±8mm，重合點坐標較差不得超過30mm×ld/Ld，其中ld代表導線長度，Ld代表貫通長度，單位為m。

2 兩井定向在地鐵盾構法施工中的具體應用

2.1 應用原理分析

在盾構掘進施工開始之前，首先以該地鐵站兩端的始發井作為基準點，分別在始發井的位置懸掛直徑介于0.2—0.5mm之間的碳素彈簧鋼絲，在選擇鋼絲時，應當保證該材質的鋼絲強度能夠滿足標準要求，當鋼絲的位置固定以后，在其下面懸掛一個重量為10kg左右的重錘，并將重錘浸泡阻尼液當中，當這一系統保持相對平衡以后，此時的坐標方位角保持不變。在布設近井點時，布設位置與鋼絲之間的距離保持在10—15m左右，并測量出兩根鋼絲的平面坐標，根據坐標值能夠快速計算出兩根鋼絲連線的坐標方位角。全站儀可以安置在近井點的位置，當測量儀器安裝就位后，可以利用無定向導線測量的方法對兩根鋼絲進行聯測，通過聯測，可以得到井下近井點位置的平面坐標，最后運用分析軟件對測量結果數據進行分析處理[1]。

2.2 投點所需的設備與材料

投點是兩井定向操作中的一道關鍵工序，主要以定向水平為標準懸掛垂球，目前，最為常見的投點方法是垂球線單重投點法，這種方法又劃分為單中穩定投點法與單重擺動投點法，前者主要將垂球置于水桶當中，連接介質是定向水平的測角量邊與靜止球體構成的靜態體系。而后者的連接介質則是固定垂球線與定向水平構成的動態體系。無論是單中穩定投點法還是單重擺動投點法，所需的主要材料及設備包括：垂球、鋼絲、油桶、全站儀以及其它附屬設施。其中，垂球的重量為10kg左右，鋼絲的直徑介于0.2—0.5mm之間，材質為高強度優質碳素鋼。油桶的直徑應當大于垂球直徑，二者的直徑差為100mm，由于二者之間存在的一定的距離間隔，因此，在垂球擺動時，不會與油桶壁發生刮碰。在該工程當中，所使用的全站儀的型號為Leica TS16（1″），數量為兩臺，觀測點分別位于同一根鋼絲上面的井上與井下兩個控制點位。另外，測量時所需的反射片，其規格為3.5cm×3.5cm，型號為Leica，同時，選用帶基座的腳架來支撐全站儀。

2.3 兩井定向作業流程

首先需要確定地面兩處近井點的坐標值，分別記作JJD1和JJD2，而隧道內部的近井點坐標記作Y1和Y2，并在這兩個位置分別架設全站儀，為了提高觀測精度，現場測量人員應當獨立觀測三次，來讀取相應測站近井點到鋼絲的水平距離和水平角。然后將每一次的觀測結果輸入到南方平差易2005平差軟件當中，通過軟件的分析與處理，來計算出隧道始發基線控制點的平面坐標，并將這一坐標記作（X，Y）。通過內業起算數據，技術人員可以利用平差易2005平差軟件對地面平面加密近井點以及鋼絲坐標數據進行處理，而無定向導線依然應用該軟件來計算出Y1和Y2基線控制點的坐標數據。最后根據始發基線平面控制計算成果得出平面控制網結論，即：全長相對閉合差的規范要求為1/35000，計算結果為1/71510，方位角閉合差的規范要求為±13.23″，計算結果為-4.12″，測角中誤差的規范要求為±2.5″，計算結果為1.66″，相鄰點相對點位中誤差的規范要求為±8mm，計算結果為6.6mm，測距相對中誤差的規范要求為1/80000，計算結果為1/81526，通過與規范要求的比對，其測量誤差范圍均滿足標準要求[2]。

3 兩井定向在地鐵盾構法施工中的應用結論

在該地鐵隧道盾構施工中，施工單位主要采取了兩井定向與無定向導線相結合的施測方法，通過對測量結果數據的比對可以看出，每一個施測點位的誤差范圍均在標準范圍之內，因此，這種方法對隧洞的成功貫通發揮了至關重要的作用，該地鐵站的地下隧洞貫通以后，通過對各控制點的復測，測得左線隧道貫通的縱向誤差為13.1mm，橫向誤差為6.2mm，豎向誤差為9.1mm，右線隧道貫通的縱向誤差為8.3mm，橫向誤差為6.6mm，豎向誤差為-6.4mm，誤差值均在標準誤差范圍之內。

結束語：

目前，雖然兩井定向測量技術已經日漸成熟，但是，在實際應用過程中仍然暴露出一些亟待解決的問題，比如在測量過程中，井上與井下需要測量的控制點較多，無形當中就增加了實測工作量。因此，在應用兩井定向測量技術時，施工單位應當積極借鑒和汲取成功的經驗，在提高測量精度的同時，為城市地鐵隧道的順利貫通提供強大的技術支持與保障。

參考文獻

[1] 姚江，朱家俊，史楠. 兩井定向在地鐵盾構法施工中的應用[J]. 云南水力發電，2020，36（9）：156-158.

[2] 詹小峰. 兩井定向聯系測量在北京地鐵盾構隧道施工中的應用[J]. 市政技術，2016，34（z1）：95-97.