盾構(gòu)機(jī)施工準(zhǔn)備之始發(fā)階段的測(cè)量工作

郁紅曉

（上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司，上海 200072）

隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，地鐵建設(shè)已成為我國(guó)各大城市的首要建設(shè)目標(biāo)。盾構(gòu)施工技術(shù)在穿越復(fù)雜的地質(zhì)地形施工方面具有極高的安全性和高效性，故被廣泛應(yīng)用于地鐵建設(shè)上。盾構(gòu)施工測(cè)量是盾構(gòu)掘進(jìn)的前期工作，其主要是控制盾構(gòu)的位置和推進(jìn)方向，以確保盾構(gòu)按照設(shè)計(jì)軸線推進(jìn)，管片拼裝后滿足隧道軸線誤差控制要求，利用洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)測(cè)定盾構(gòu)機(jī)的位置，通過推進(jìn)油缸施以不同的推力調(diào)整盾構(gòu)的位置和推進(jìn)方向，從而使盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)按照設(shè)計(jì)的線路方向推進(jìn)。可以看出，測(cè)量工作為盾構(gòu)始發(fā)施工的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，必須做好始發(fā)階段準(zhǔn)備工作，把握測(cè)量精度，盡可能消除誤差，以提高盾構(gòu)施工的質(zhì)量與安全。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目為某地軌道交通18號(hào)線工程16標(biāo)段工程建設(shè)，5號(hào)站為18號(hào)線工程中間站，車站中心里程SK30+717.270，主體位于5號(hào)站路段路下，沿該段路東西向敷設(shè)，車站呈東西向布置，西鄰其他路段。車站與既有10號(hào)線通道換乘。車站為地下三層島式車站，采用雙柱三跨現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)，有效站臺(tái)寬度13.06 m，車站規(guī)模為168.7 m×20.4 m，底板埋深約25.69 m。該軌道交通線路盾構(gòu)區(qū)間為：1號(hào)站至5號(hào)站，區(qū)間結(jié)構(gòu)形式為盾構(gòu)法圓形隧道區(qū)間，線路平面線間距為13.3~16.2 m，線路長(zhǎng)度661.698 m；5號(hào)站至8號(hào)站，區(qū)間結(jié)構(gòu)形式為盾構(gòu)法圓形隧道區(qū)間，線路平面線間距為11.6~16.2 m，線路長(zhǎng)度1 251.988 m。該區(qū)間覆土厚度17.8~24.7 m。

2 工程特點(diǎn)

該地軌道交通18號(hào)線工程16標(biāo)段土建工程的掘進(jìn)工作采用了盾構(gòu)施工技術(shù)，為了保障盾構(gòu)掘進(jìn)過程的安全性與準(zhǔn)確性，必須加強(qiáng)1號(hào)站至5號(hào)站和5號(hào)站至8號(hào)站盾構(gòu)區(qū)間的測(cè)量控制，盾構(gòu)法隧道施工測(cè)量主要包括地面控制測(cè)量、聯(lián)系測(cè)量、地下控制測(cè)量、掘進(jìn)施工測(cè)量、貫通測(cè)量和竣工測(cè)量等，在各項(xiàng)工作中，最為重要的是地面控制測(cè)量﹑聯(lián)系測(cè)量和始發(fā)測(cè)量，其每一步的測(cè)量工作都會(huì)直接影響下一步的施工。本項(xiàng)目地鐵地下洞內(nèi)可利用的空間有限，且具有很大施工干擾，貫通控制測(cè)量要求極高；再加上地下因屏蔽效應(yīng)造成測(cè)量只能采用大地測(cè)量方式、導(dǎo)線測(cè)量形式、三角高程并精密評(píng)查往返測(cè)量等，而無(wú)法利用先進(jìn)的GPS進(jìn)行精準(zhǔn)定位測(cè)量，因而必須根據(jù)工程特點(diǎn)，合理安排施工測(cè)量，以為盾構(gòu)施工提供技術(shù)數(shù)據(jù)保障。

3 盾構(gòu)始發(fā)測(cè)量要點(diǎn)分析

3.1 測(cè)量準(zhǔn)備

測(cè)量工作是地鐵施工中的關(guān)鍵工序，本工程測(cè)量工作基于場(chǎng)地實(shí)際情況，采用由高級(jí)網(wǎng)控制地基網(wǎng)的方法設(shè)置二級(jí)控制網(wǎng)，以保證車站軸線系統(tǒng)精確、可靠，具有可操作性；由于本工程兩段區(qū)間存在測(cè)量難點(diǎn)，故應(yīng)按照規(guī)定程序，考慮可操作性標(biāo)準(zhǔn)，通過實(shí)地考察、了解現(xiàn)場(chǎng)布置、熟悉圖紙、掌握現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量坐標(biāo)與建筑物關(guān)系的前提下進(jìn)行始發(fā)階段的測(cè)量工作，并檢測(cè)測(cè)量放線與計(jì)算工作同步校核，緊密配合施工，促進(jìn)測(cè)量質(zhì)量目標(biāo)的達(dá)成。

3.2 盾構(gòu)區(qū)間施工測(cè)量

3.2.1 地面平面控制測(cè)量

（1）隧道地面控制測(cè)量需要建立合適的測(cè)量控制系統(tǒng)，從而基于可靠的地面控制點(diǎn)，為聯(lián)系測(cè)量與地下控制測(cè)量提供基礎(chǔ)依據(jù)，并以此作為復(fù)核測(cè)量與竣工測(cè)量的起算數(shù)據(jù)。本工程地面控制測(cè)量采用導(dǎo)線測(cè)量，布設(shè)至少三個(gè)平面控制點(diǎn)于每個(gè)井洞內(nèi)，以此作為向隧道內(nèi)傳遞坐標(biāo)和方位的聯(lián)系測(cè)量依據(jù)，兩井之間應(yīng)還應(yīng)建立互相通視平面控制點(diǎn)，以此達(dá)到兩車站盾構(gòu)區(qū)間貫通，并保證襯砌環(huán)橫豎向安裝精度在50 mm誤差范圍內(nèi)（如圖1）。

圖1 地面控制點(diǎn)布置

（2）基于業(yè)主提供的控制點(diǎn)布設(shè)高控兩點(diǎn)，如業(yè)主所提供的控制點(diǎn)不可利用，必須要找到與其相連的緊密聯(lián)系，并以其為基點(diǎn)參考，建立獨(dú)立的通視控制點(diǎn)。采用TCA1800全站儀的四測(cè)回進(jìn)行連測(cè)，按照相關(guān)規(guī)范要求對(duì)測(cè)角精度進(jìn)行控制。對(duì)兩端井內(nèi)預(yù)留洞孔實(shí)際位置進(jìn)行確定，以兩個(gè)洞門實(shí)際測(cè)量坐標(biāo)為依據(jù)，設(shè)置地面抽線控制點(diǎn)于兩車站端頭，盡量在盾構(gòu)開始推進(jìn)段中心軸線的延長(zhǎng)線及接收井軸線中線延長(zhǎng)線上設(shè)置點(diǎn)位，確保相鄰邊長(zhǎng)相差在可控范圍內(nèi)，并要以牢固、穩(wěn)定為前提設(shè)置精密導(dǎo)線點(diǎn)位置。地面兩井控制導(dǎo)線間建立聯(lián)系導(dǎo)線后，且導(dǎo)線與規(guī)定閉合度要求相符，即可使用。起始導(dǎo)線邊長(zhǎng)應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件為依據(jù)盡量拉長(zhǎng)，并定期復(fù)核控制點(diǎn)強(qiáng)制對(duì)中所存在的誤差。此外，為了方便相互校核引測(cè)，應(yīng)設(shè)置2~3個(gè)高程控制點(diǎn)在井口附近引測(cè)，可對(duì)已知高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行利用，閉合水準(zhǔn)路線引測(cè)高程點(diǎn)標(biāo)志布設(shè)必須基穩(wěn)固、安全、方便觀測(cè)的原則。

3.2.2 聯(lián)系測(cè)量

聯(lián)系測(cè)量主要是為了確保地下控制與地面控制實(shí)現(xiàn)一定的幾何聯(lián)系，以促進(jìn)地下工程正確貫通而形成的統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)。聯(lián)系測(cè)量是對(duì)地下控制測(cè)量起算點(diǎn)進(jìn)行確定，地下起始導(dǎo)線點(diǎn)高程由地面井口處高程點(diǎn)傳遞到井下，采用鋼尺垂直懸掛進(jìn)行傳遞，將適當(dāng)重物系在鋼尺下，以確保達(dá)到垂直效果，之后用兩臺(tái)水準(zhǔn)儀在地面、井下同時(shí)觀測(cè)轉(zhuǎn)移到井下高程控制點(diǎn)上。本工程布設(shè)2~3個(gè)地下起始控制點(diǎn)，采用鉛垂儀垂直投設(shè)傳遞，校核采用全站儀進(jìn)行觀測(cè)，地下起始導(dǎo)線點(diǎn)的建立應(yīng)強(qiáng)制對(duì)中、堅(jiān)固，并配備定向照明，按照精密導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格平面控制，從而通過地面起始導(dǎo)線垂直傳遞的方法轉(zhuǎn)移到車站底層已施工的基礎(chǔ)上，達(dá)到地下與地面控制聯(lián)系效果（如圖2）。

圖2 高程傳遞示意圖

3.3 盾構(gòu)施工測(cè)量

3.3.1 始發(fā)架和接收架安裝定位測(cè)量

（1）盾構(gòu)施工測(cè)量主要是測(cè)量盾構(gòu)機(jī)的實(shí)時(shí)姿態(tài)，通過左右上下偏差、坡度、旋轉(zhuǎn)角等幾個(gè)參數(shù)確定盾構(gòu)姿態(tài)。在盾構(gòu)姿態(tài)確定前應(yīng)以設(shè)計(jì)圖路線為依據(jù)，對(duì)整條線路三維坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，該隧道采用1.2 m的管片，故計(jì)算時(shí)每1.2 m一個(gè)三維坐標(biāo)點(diǎn)。盾構(gòu)初期掘進(jìn)是掌握與理解盾構(gòu)性能和施工規(guī)律的過程，盾構(gòu)基座、反力架在始發(fā)段一起構(gòu)成助推盾構(gòu)機(jī)的一部分，以給盾構(gòu)機(jī)提供始發(fā)動(dòng)力，始發(fā)架基座必須要準(zhǔn)確安全的放置在盾構(gòu)定點(diǎn)位置，具有足夠的強(qiáng)度、剛度和安全精度；反力架在后軸臂上依附，其輪廓為一個(gè)正方形鋼結(jié)構(gòu)，通過提供反作用力使盾構(gòu)機(jī)頂在反力架上前進(jìn)。

（2）根據(jù)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)、出洞的平面線形和坡度安防始發(fā)架和接收架，以此可保證盾構(gòu)機(jī)進(jìn)、出洞的測(cè)量精度。本工程在對(duì)預(yù)留洞口三維坐標(biāo)精確測(cè)量及與設(shè)計(jì)值比較后再安放始發(fā)架。在對(duì)三維坐標(biāo)精確測(cè)定后要對(duì)盾構(gòu)出洞軸線進(jìn)行確定，出洞存在兩種情況，即直線出洞和曲線出洞（如圖3、圖4），如直線出洞始發(fā)架可按照設(shè)計(jì)方位出洞；反之，應(yīng)對(duì)出洞前加固區(qū)進(jìn)行考慮，由于加固區(qū)盾構(gòu)機(jī)不能進(jìn)行糾偏，故始發(fā)架或接收架須采取割線出洞比較安全，但必須要實(shí)現(xiàn)計(jì)算好割線的出洞方位，確保在不可對(duì)盾構(gòu)機(jī)糾偏的情況下的最大偏移量在500 mm以下。

圖3 自循環(huán)模式工作流程圖

圖3 直線始發(fā)

圖4 曲線始發(fā)

3.3.2 反力架定位測(cè)量

反力架為盾構(gòu)始發(fā)提供初始反推力，且為盾構(gòu)始發(fā)提供初始的空間姿態(tài)，反力架斷面應(yīng)與始發(fā)臺(tái)水平軸垂直安裝，以此可使盾構(gòu)軸線平行于隧道設(shè)計(jì)軸線，反力架和始發(fā)臺(tái)安裝時(shí)應(yīng)控制好反力架左右偏差、高程偏差和上下偏差，確保在±10 mm、±5 mm、±10 mm之內(nèi)誤差范圍。

3.3.3 盾構(gòu)初始姿態(tài)測(cè)量

拼裝完成盾構(gòu)機(jī)后應(yīng)置于發(fā)射架上就位，為了給盾構(gòu)機(jī)準(zhǔn)備推進(jìn)提供相關(guān)數(shù)據(jù)，應(yīng)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的初始姿態(tài)進(jìn)行測(cè)量，以導(dǎo)線成果為依據(jù)，將盾構(gòu)機(jī)切口、尾部的中心三維坐標(biāo)測(cè)出，再與設(shè)計(jì)路線三維坐標(biāo)比較，之后對(duì)切口與盾尾平面偏離值與高程偏離值進(jìn)行計(jì)算，以此得出盾構(gòu)機(jī)的初始姿態(tài)。

3.3.4 盾構(gòu)施工姿態(tài)測(cè)量

盾構(gòu)機(jī)一旦進(jìn)入正常掘進(jìn)狀態(tài)，其施工測(cè)量就會(huì)變得重復(fù)，但必須要對(duì)推進(jìn)趨勢(shì)進(jìn)行了解，掌握盾構(gòu)首尾瞬間狀態(tài)，對(duì)盾構(gòu)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及時(shí)采集，從而可準(zhǔn)確對(duì)盾構(gòu)各施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以指導(dǎo)盾構(gòu)機(jī)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)軸線推進(jìn)。測(cè)量盾構(gòu)縱向軸線和徑向軸線，主要包括刀口、機(jī)頭與機(jī)尾連接中心、盾尾之間的長(zhǎng)度、盾構(gòu)外殼長(zhǎng)度、盾構(gòu)刀口、盾尾和支承環(huán)的直徑等測(cè)量?jī)?nèi)容。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，應(yīng)實(shí)時(shí)測(cè)量其與線路中線的平面偏離、高程偏離、縱向坡度、橫向旋轉(zhuǎn)和切口里程等，并確保與規(guī)定允許誤差要求相符；盾構(gòu)機(jī)實(shí)時(shí)姿態(tài)測(cè)定時(shí)，應(yīng)最少測(cè)量一個(gè)特征值和一個(gè)特征軸，擇其切口中心為特征點(diǎn)，縱軸為特征軸進(jìn)行測(cè)量。本次測(cè)量將盾構(gòu)姿態(tài)與盾構(gòu)機(jī)的實(shí)際姿態(tài)測(cè)出比較后再出洞，以此確保盾構(gòu)姿態(tài)的正確性。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，地鐵盾構(gòu)測(cè)量工作涉及面廣，盾構(gòu)機(jī)施工工作測(cè)量的重點(diǎn)部分在于盾構(gòu)始發(fā)階段，對(duì)于測(cè)量定位的精度要求較高，如何在施工中提高測(cè)量質(zhì)量就成為了相關(guān)技術(shù)人員必須要考慮的問題。本項(xiàng)目最終通過地面控制測(cè)量、聯(lián)系測(cè)量、盾構(gòu)施工測(cè)量等預(yù)控管理，為掘進(jìn)施工提供有利數(shù)據(jù)支撐，從而保證工程整體達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。