深基坑內沉管對接端鋼殼安裝測控技術

杜玉珊 夏晟 李云超 王奔 郭偉

中鐵隧道局集團三處有限公司 廣東深圳 518101

本文贅述了項目的綜合概述、控制網測量、 端鋼殼安裝測量等幾個方面，提出了幾點粗略見解，以供研究參考，歡迎批評指正。

1 工程概述

該研究選用深中通道項目東人工島堰筑段內主體結構沉管對接處端鋼殼，該處位于半徑5000m的平曲線上，寬55.467m、高10.638m，是目前國內在建沉管隧道項目中斷面尺寸最大的沉管對接端。端鋼殼H型鋼環向共分為12段制造，其中頂板、底板由3段16m長的H型鋼組成，4個掖角處為L型，側墻部分由2段7m長的H型鋼殼節段組成。鋼殼面板由28塊組成，除掖角范圍外每段長度均為5m。端鋼殼安裝作業在長9m、寬62m、深18m的基坑內進行。由于基坑內自上而下共設置5道支撐梁、6根格構立柱樁，加之基坑周邊砼圍檁、支撐梁、立柱、棧橋板等支撐體系對測量視線的影響，基坑內可用于端鋼殼安裝控制網布設的實際有效空間只有6.3m×35m的范圍，由此導致端鋼殼控制面板距測量觀測墩的最近距離只有5.8m，最大觀測仰角達到55°，大大增大了端鋼殼安裝精度測控難度。

2 控制網測量

控制點均采用強制觀測墩形式，平面控制網測量采用徠卡高精度全站儀TM50進行自動觀測，此方法可減小人為照準誤差、提高測量作業效率。以首級控制點為起算點和檢核點，依次對加密點進行觀測。由于部分加密點位于基坑底部，上下高差達18m，需在基坑頂部支撐梁上搭設平臺，采用光學或激光垂直投點儀進行投點測量。投點時選取多方向180°連線取中作為最終投點結果。測量前對投點儀器和棱鏡進行自檢，合格后方可施測。平面控制網按《工程測量規范》（GB50026-2018）中三角形網之三等精度要求施測要求執行[1]。高程控制網按《國家一、二等水準測量規范》（GB12897-2006）中二等水準精度要求執行，以首級控制網中的一等水準點為起算點和檢核點，依次對加密點進行觀測，形成閉合水準路線[2]。基坑高程上下傳遞采用鋼尺進行，鋼尺下掛件為50N拉力的吊錘，使用前經專業部門檢定合格。基坑頂和基坑底兩臺水準儀進行同步讀數，每次獨立觀測六個測回，每測回時應變動儀器高，要求六個測回測得的高差較差小于3mm。計算高差前，按下列公式對鋼尺尺長進行溫度及張力改正：

溫度改正值=實際測定值×尺帶膨脹系數0.0000115×（溫度-20℃）

張力改正值=（實際測定張力-標準張力50）×實測距離÷（伸縮彈性力205800×尺帶的截面面積2.52）

3 端鋼殼安裝測量

3.1 大仰角測量方法

由于堰筑段基坑內端鋼殼安裝作業空間狹窄、上下高差大，造成全站儀觀測頂板時的仰角過大（最大約55°），為有效解決仰角過大對觀測精度的影響，按下述兩種方法對面板上標注的特征點進行測量和比對驗證。①全站儀+彎管目鏡+吸附式棱鏡測量。測量端鋼殼頂部面板上的特征點時，在全站儀（徠卡tm50/0.5″）上配置彎管目鏡解決人工照準問題，在特征測點上吸附可360°調整方向的高精度棱鏡解決方向對準問題。②投點儀+鋼尺讀數測量。在支撐梁上架設光學投點儀（徠卡WILD ZL天頂儀/0.5mm：100m），在端鋼殼頂板與底板上投點并采用檢核過的鋼尺進行多方向讀數，最終取平均值。③驗證結果。經上述方法驗證，第一組差值為0.5mm，第二組差值為1.0mm，第三組差值為0.7mm，平均值為0.8mm，說明水平距離6.5m、高差10.6m時，對測量結果的影響在1mm內。

3.2 端鋼殼預埋件的安裝測量

根據端鋼殼預埋件分段位置，在H型鋼預埋件上布設32個測點（均為預埋件的首端、中心、尾端的特征點），安裝過程中，可視現場需求予以加密。首先根據標定的基準線對端鋼殼H型鋼預埋件進行粗定位，然后采用“全站儀+彎管目鏡+吸附式棱鏡”方式進行反復精調，直至各部位精度滿足限差要求。端鋼殼底部和側墻底部預埋件的安裝高程采用水準儀進行控制，端鋼殼頂部及側墻上部預埋件的安裝高度采用“吊尺+水準儀”方式進行控制。吊尺時實時調整輔助裝置位置，使尺面貼緊端鋼殼端面，讀取吊尺下端的尺數，同時讀取端鋼殼構件端面處的尺面數據，推算端鋼殼構件端面的高程。

3.3 端鋼殼面板安裝測量

為控制面板的安裝精度，須沿端鋼殼面板設計中心線按1m間距布設128個測點，并依次編號，采用全站儀精確測量各測點的三維坐標，作為面板安裝測量依據。端鋼殼H型鋼預埋件安裝完成后，對H型鋼構件內緣及外緣的三維空間姿態進行復測，并根據復測成果進行擬合；通過比對分析內、外側擬合結果，選取最佳擬合面作為端鋼殼面板安裝的理論控制面，并將各測點偏差予以標識，以便現場施工人員進行打磨修補處理。面板初定位時，須安排測量人員進行全程監測。完成每塊面板的初定位后，及時在H型鋼構件上焊接“卡瑪”工裝卡住面板（“卡瑪”呈上下交錯布置，間距0.8m）；所有面板安裝完成后，采用“全站儀+彎管目鏡+定制吸附式棱鏡”相互配合的方法進行精調；精調每塊面板時，測點按橫向間距1m、上中下三點為一組的方式進行布置，通過“卡瑪”進行微調，直至測量數據和理論控制面之間的偏差小于1mm后，方可點焊固定（焊點間距為1m），依此完成所有面板的點焊固定[3]。整環面板精調完成后，精確測定全部128個測點的三維坐標并進行三維擬合分析，確保平整度、橫向傾角、豎向傾角等測量指標滿足設計要求后，方可進行加焊及滿焊。

4 結語

深中通道S03合同段，針對深基坑狹小空間內沉管對接端端鋼殼安裝精度管控，提出的測控技術方案是切實可行的，實踐結果表明，該技術能將端鋼殼面板最終的平整度控制在5mm以內，橫向傾斜度、豎向垂直度均在3mm以內，滿足GINA止水帶壓接后的止水要求。