地鐵盾構(gòu)測量方法應(yīng)用研究

黃勝

摘要：隨著城市軌道交通建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)，城市擁堵問題得以緩解，城市化進(jìn)程也得到了進(jìn)一步推進(jìn)。對此，應(yīng)有效保證軌道交通工程的質(zhì)量，其中，提高施工測量水平尤為重要。論文結(jié)合地鐵區(qū)間隧道的實(shí)際工程，論述盾構(gòu)施工中的聯(lián)系測量、洞門預(yù)埋鋼環(huán)檢查測量、盾構(gòu)機(jī)始發(fā)姿態(tài)定位測量及盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)施工測量等技術(shù)，分析地鐵盾構(gòu)測量方法和相關(guān)技術(shù)的結(jié)合與應(yīng)用，希望能為相關(guān)工程提供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵盾構(gòu)? 地下控制? 測量方法? 應(yīng)用研究

中圖分類號：U455.43;U231.3

1聯(lián)系測量

開始進(jìn)行隧道貫通測量之前，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)至少需要開展3次的聯(lián)系測量工作，即當(dāng)掘進(jìn)工作開展至100m、300m及距離貫通面100～200m時，及時安排測量。地下近井定向邊方位角較差應(yīng)<12″，地下高程點(diǎn)高程較差應(yīng)<3mm，符合要求時，匯總各測量數(shù)據(jù)，計算平均值，所得結(jié)果即為日后測量的起算數(shù)據(jù)，此類數(shù)據(jù)對于指導(dǎo)隧道貫通而言有積極意義[1]。聯(lián)系測量定向采用光電測距導(dǎo)環(huán)線完成，最好將導(dǎo)線點(diǎn)安設(shè)在避免施工干擾、穩(wěn)固可靠的地段，從而構(gòu)建出閉合環(huán)。導(dǎo)線邊以接近等長為宜，一般直線地段控制在200m以上，曲線地段最少需要控制在70m。于地面控制網(wǎng)中納入地面趨近導(dǎo)線點(diǎn)，以此平差，通過此方法的應(yīng)用，可減小誤差，同時有助于提高地面趨近點(diǎn)位的精度，在方法應(yīng)用得當(dāng)時，可促進(jìn)定向與地下趨近導(dǎo)線測量工作的高效開展，保證精度。

當(dāng)項(xiàng)目進(jìn)行至盾構(gòu)始發(fā)、掘進(jìn)100m、距貫通面200m時，均有必要安排獨(dú)立定向，3次聯(lián)系測量得到的地下趨近導(dǎo)線，其基線邊的方位角中誤差必須控制在2.5″以內(nèi)。在整個定向測量過程中，施工人員可以借助強(qiáng)制觀測墩控制地面和地下趨近導(dǎo)線樁點(diǎn)。高程傳遞聯(lián)合應(yīng)用到吊鋼尺法、光電三角高程法，獨(dú)立執(zhí)行3次，誤差均≤1mm。

2洞門預(yù)埋鋼環(huán)檢查測量

（1）利用極坐標(biāo)法放樣出隧道的中心線與盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)軌位置，隨后借助水準(zhǔn)測量法測量出隧道高程控制線、導(dǎo)軌坡度大小。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)必須確保盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)軌的位置、高程最大誤差維持在±5mm以內(nèi)。

（2）施工人員可以借助反力架、洞門鋼環(huán)的位置里程測算出三維坐標(biāo)，借助該坐標(biāo)完成放樣工作。

（3）在對反力架和洞門鋼環(huán)進(jìn)行澆筑之前，項(xiàng)目單位需組織測量人員再次測量設(shè)計中心垂直、水平等位置，計算出里程坐標(biāo)和中心之間的距離。放樣和復(fù)測中誤差不應(yīng)超過10mm。因此，鋼環(huán)安裝到位且經(jīng)過定位處理后，由專員復(fù)核，發(fā)現(xiàn)偏差并及時處理，直至無誤為止。施工期間，要求測量控制點(diǎn)與盾構(gòu)進(jìn)出洞聯(lián)導(dǎo)線控制點(diǎn)吻合，同時只有在實(shí)測結(jié)果通過復(fù)核后（復(fù)核參與方應(yīng)包含施工、監(jiān)理、業(yè)主），才能進(jìn)行后續(xù)的墻體混凝土澆筑作業(yè)，拆摸后還要再次進(jìn)行檢查，將測量結(jié)果當(dāng)成鋼環(huán)最終姿態(tài)，以便為后續(xù)施工提供參考。

3盾構(gòu)機(jī)始發(fā)姿態(tài)定位測量

盾構(gòu)機(jī)始發(fā)姿態(tài)定位時，考慮到定位準(zhǔn)確性和操作便捷性的要求，可用反力架、始發(fā)臺輔助作業(yè)。其中，始發(fā)臺能夠幫助施工人員確定盾構(gòu)機(jī)的初始空間姿態(tài)，反力架則能夠在施工過程中為施工人員提供反力，其將直接干擾盾構(gòu)機(jī)始發(fā)與推進(jìn)階段的姿態(tài)。所以，施工人員在進(jìn)行施工的時候必須充分借助上述兩個構(gòu)件輔助施工。

施工人員借助水準(zhǔn)儀、全站儀精準(zhǔn)定位始發(fā)臺，根據(jù)盾構(gòu)機(jī)的前體、中體、后體直徑，在盾構(gòu)設(shè)備始發(fā)軸線、前體和刀盤相連的端面、前中體連接端面等區(qū)域均進(jìn)行標(biāo)記，直到始發(fā)軸線的支距為止，在此基礎(chǔ)上，方可檢查盾構(gòu)機(jī)在始發(fā)臺處的姿態(tài)，以便精細(xì)化調(diào)整[2-4]。

盾構(gòu)機(jī)出洞位置的規(guī)劃方面，應(yīng)安排在加速下坡地帶，同時考慮到始發(fā)階段不能擅自調(diào)向，在進(jìn)行定位的時候，為了防止始發(fā)臺出現(xiàn)位置偏移、脫離軌道等問題，施工人員可適當(dāng)抬高盾構(gòu)機(jī)，抬高高度控制在2cm為宜。同時，在進(jìn)行定位反力架的安裝時，施工人員必須確保反力架和環(huán)管片始終和始發(fā)軸線維持垂直，反力架的左右方向與高程的誤差都應(yīng)控制在±5mm以內(nèi)，而始發(fā)臺的水平、垂直方向和反力架的位置誤差則應(yīng)控制在±2‰以內(nèi)。

4地下控制測量

施工人員借助導(dǎo)線定向測量地面控制點(diǎn)，并順著坐標(biāo)方位將其傳輸至地面近井導(dǎo)線點(diǎn)周邊，隨后順著導(dǎo)線點(diǎn)開始往井下投點(diǎn)，并使用導(dǎo)線測量的方法完成定向選擇，將其垂直度夾角控制在30°以內(nèi)。由于洞內(nèi)安設(shè)了大量軌枕、管線，為了降低測量難度，應(yīng)先安設(shè)直伸支導(dǎo)線，令其直徑、半徑超出800m、曲線段導(dǎo)線邊長超出或等于200m，角度誤差控制在±1.8″以內(nèi)，測距相對誤差控制在1/80000以內(nèi)。同時，施工人員需在導(dǎo)線點(diǎn)標(biāo)記處強(qiáng)制對中點(diǎn)，用10mm厚的角鋼充當(dāng)支架，用6顆Φ12mm膨脹螺栓做固定處理，使其穩(wěn)定在混凝土管片上，位置需靠近邊墻，保證視線距隧道壁一定距離（不小于0.5m），避免旁折光的影響，此舉一方面有利于觀測的順利進(jìn)行，另一方面可減小洞內(nèi)運(yùn)渣車輛行駛期間所造成的影響。

盾構(gòu)向前推進(jìn)，管片拼裝成環(huán)，盾尾注漿加固的管片為剛襯砌成型的管片。距離盾構(gòu)機(jī)位置過近的管片容易受到盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)振動影響，混凝土管片穩(wěn)定性較差，為保證導(dǎo)線點(diǎn)位置的穩(wěn)定性，要在距刀盤150～200m的位置布設(shè)強(qiáng)制對中點(diǎn)。施工人員可以利用已經(jīng)安裝完畢的管片螺栓，找到水準(zhǔn)點(diǎn)的位置，并在導(dǎo)線點(diǎn)周邊螺栓頭棱角處進(jìn)行標(biāo)記。觀測時，左右角各測6個測回，配套全站儀的精度需在2″以上，平均值之和與360°角之差≤4″;此外，還安排4個測回的邊長往返觀測，平均值差≤2mm。在延伸控制導(dǎo)線前，先對臨近的3個點(diǎn)做詳細(xì)的校核，判斷幾何關(guān)系是否滿足要求，在確認(rèn)無誤后方可向前傳遞。

對兩個相鄰已知點(diǎn)加以檢查，在保證各自的位置均無誤后，進(jìn)行二等水準(zhǔn)實(shí)測，測量時施工人員可以將最近點(diǎn)充當(dāng)基點(diǎn)，從而構(gòu)建閉合環(huán)，誤差必須控制在2mm范圍內(nèi)。隧道貫通前，安排3次有關(guān)于地下平面、高程控制點(diǎn)的同步測量作業(yè)，施測的點(diǎn)位保持一致，要求2次坐標(biāo)值差≤5mm，高程值差≤2mm，此時可以做加權(quán)平均處理，根據(jù)所得結(jié)果安排控制點(diǎn)的傳遞，并全面匯總結(jié)果，依次上報監(jiān)理、業(yè)主測量隊(duì)[5-6]。

5盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)施工測量

5.1盾構(gòu)始發(fā)測量

（1）盾構(gòu)機(jī)始發(fā)設(shè)施的定位測量工作包括盾構(gòu)導(dǎo)軌、反力架等構(gòu)件的安裝、測量。考慮到反力架、始發(fā)臺能夠給盾構(gòu)始發(fā)提供最初的推力與空間姿態(tài)，在安裝這些構(gòu)件的時候，施工人員必須保證盾構(gòu)的中心坡度和隧道設(shè)計軸線的坡度完全一致。為了盡可能避免后續(xù)引發(fā)沉降等問題，盾構(gòu)中心軸線需要高出設(shè)計軸線10～20mm左右，而反向架的左右、高程偏差則應(yīng)分別控制在±10mm、±5mm的偏差范圍內(nèi)，盾構(gòu)姿態(tài)與設(shè)計軸線水平趨勢、豎直趨勢的最大偏差分別不大于±3‰、2‰，始發(fā)臺水平軸線的垂直方向與反力架的夾角不大于±2‰。

（2）待整個盾構(gòu)機(jī)拼裝結(jié)束后，需要再次進(jìn)行測量，此次測量的重點(diǎn)就在于對盾構(gòu)機(jī)各個主要部件幾何關(guān)系進(jìn)行測量。

（3）施工人員可以借助自動測量導(dǎo)向系統(tǒng)內(nèi)儀器、棱鏡進(jìn)行測量。盾構(gòu)機(jī)就位之前，施工人員應(yīng)先通過測量找到動圈的三維坐標(biāo)，將其與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，測量人員至少需要對洞口直徑的水平、垂直兩個方向進(jìn)行測量，一旦發(fā)現(xiàn)其水平、垂直方向的偏移情況超出了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，測量人員應(yīng)第一時間告知設(shè)計院，待得到設(shè)計院的確認(rèn)后，適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。

（4）在精確測定洞口的三維坐標(biāo)后，需要確定盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)的軸線，定出盾構(gòu)始發(fā)位置，直線段按設(shè)計方位，曲線采取割線進(jìn)行軸線控制，待盾構(gòu)完全進(jìn)入隧道內(nèi)后，逐步按照曲線進(jìn)行控制。

5.2施工導(dǎo)線延伸測量

在單向貫通距離較長的盾構(gòu)隧道，往往施工導(dǎo)線僅是一條支導(dǎo)線，為此，宜采用雙導(dǎo)線（圖1）或邊角網(wǎng)形式布設(shè)施工控制網(wǎng)，在控制導(dǎo)線向前延伸時，必須對已有的控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測，必要時從定向起始邊開始復(fù)測，保證控制點(diǎn)成果的有效性，并取得足夠的測量精度。圖中A1～A6與A1’～A6’實(shí)為同一控制點(diǎn)，為了便于理解，特意在圖上用不同點(diǎn)號進(jìn)行區(qū)分。測量步驟如下：將儀器架設(shè)在KZD2上，KZD1為后視點(diǎn)，A1為前視點(diǎn)，水平角與邊長各測4測回完成一次測站，記錄下水平角、邊長等數(shù)值;然后將測站點(diǎn)更改為A’，前視和后視目標(biāo)互換并重復(fù)進(jìn)行上一步操作。以此類推，完成導(dǎo)線測量工作。采用雙導(dǎo)線控制網(wǎng)，可以有效檢核導(dǎo)線點(diǎn)準(zhǔn)確與否，提高長隧道內(nèi)的控制網(wǎng)精度。

項(xiàng)目單位每次延伸測量施工導(dǎo)線的時候，都需要提前將吊籃安設(shè)在已經(jīng)襯砌好的管片中，根據(jù)已經(jīng)復(fù)核過的導(dǎo)線點(diǎn)測量出相應(yīng)的吊籃坐標(biāo)，隨后移動全站儀，令其位于延伸點(diǎn)。其中，延伸點(diǎn)與刀盤必須保持適當(dāng)?shù)木嚯x，防止襯砌管片出現(xiàn)初期沉降、盾構(gòu)機(jī)振動導(dǎo)致延伸點(diǎn)位置出現(xiàn)偏移等問題。但具體到實(shí)際中，延伸點(diǎn)吊籃并不能隨即出現(xiàn)在主控制導(dǎo)線的觀測領(lǐng)域，只有在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)量達(dá)到50m時，才可以借助主控制導(dǎo)線進(jìn)行符合、校驗(yàn)，將真實(shí)結(jié)果輸入到計算機(jī)內(nèi)，促進(jìn)后續(xù)環(huán)節(jié)的施工。吊籃安裝到位后，用全站儀進(jìn)行高程傳遞，校驗(yàn)延伸點(diǎn)坐標(biāo)和第二次高程，判斷是否滿足要求，并按照此方法循環(huán)推進(jìn)。

6盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)人工復(fù)核測量

相比而言，盾構(gòu)機(jī)雖有較高的機(jī)械化程度和自動跟蹤測量，但隨著盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)，還要通過人工對自動測量系統(tǒng)定期復(fù)核，盾構(gòu)機(jī)難以直接觀測中線、水平，為突破此局限性，應(yīng)用預(yù)留的測量空間測定前視棱鏡，明確具體的三維坐標(biāo)，而后做轉(zhuǎn)化處理，獲得棱鏡中心與盾構(gòu)機(jī)軸線的平面支距，將其和盾構(gòu)機(jī)制造過程中自身標(biāo)志點(diǎn)數(shù)值進(jìn)行對比，確保兩者的差值與計算機(jī)桌面中心、水平偏差相吻合;此外，還需建立線路里程與線路中各點(diǎn)坐標(biāo)的關(guān)系，以便更準(zhǔn)確地完成數(shù)據(jù)的校核。在精準(zhǔn)校核的方式下，調(diào)控好盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，使其始終在最優(yōu)推進(jìn)軸線上運(yùn)行。

7襯砌環(huán)管片拼裝檢查、隧道凈空限界測量

襯砌環(huán)管片安裝結(jié)束后，此時計算機(jī)中呈現(xiàn)的管片姿態(tài)依然是安裝管片之前，以人工測量的方式確定管片的盾尾間隙，錄入至計算機(jī)內(nèi)，在借助SLS-T管片安裝軟件，計算得出管片姿態(tài)?？紤]到這種方式存在誤差，且推進(jìn)的時候管片承受巨大壓力，或多或少會偏移，因此需由專員再次檢測管片在穩(wěn)定后的姿態(tài)，檢測頻率為直線每10環(huán)一次、曲線每5環(huán)一次，斷面間隔最大的不超過2環(huán)。

管片姿態(tài)的檢測方法頗為豐富，此處將1根5m精制鋁合金尺（帶水準(zhǔn)氣泡）置于管片環(huán)兩側(cè)，于橫尺上確定與管片中心具有相對關(guān)系的點(diǎn)，測量坐標(biāo)。負(fù)責(zé)人員應(yīng)測得的坐標(biāo)值、橢圓度、環(huán)兩側(cè)縱向超前量等指標(biāo)告知負(fù)責(zé)環(huán)片安裝的工作者，以便計算出最準(zhǔn)確的矯正參數(shù)值。

8分中法測量技術(shù)

如圖2所示，分別找到盾首和盾尾外殼的中點(diǎn)，然后反算盾首和盾尾的坐標(biāo)。分中法測盾體的中心坐標(biāo)作為多種測量方法中的一種，有著測量方便，操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，因此在眾多工地始發(fā)測量被采用，具體的測量步驟和方法如下。

圖2中的圓相當(dāng)于一個盾體，其中A、B、C點(diǎn)位測量點(diǎn)，O為盾體的中心坐標(biāo);根據(jù)工地始發(fā)條件的不同，有些工地的吊籃可能無法測到盾體上部的測量點(diǎn)，這就需要將站點(diǎn)移至中板進(jìn)行測量。

（1）將裝有棱鏡桿的微型棱鏡放置于A點(diǎn)處，測出A點(diǎn)的坐標(biāo)記錄并在盾體上做好標(biāo)記。

（2）然后將棱鏡移至右側(cè)B點(diǎn)（目測跟A點(diǎn)對稱位置）附近，通過測量觀察測量的高程跟A點(diǎn)的高程做比較后，向右或左進(jìn)行移動至高程跟A點(diǎn)高程完全一樣時記錄坐標(biāo)并在盾體上做好標(biāo)記。

（3）用皮尺或者鋼卷尺沿著盾體從A點(diǎn)拉至B點(diǎn)，找出中點(diǎn)后在盾體上做好標(biāo)記，將棱鏡放置于此并測量此處的坐標(biāo)，此點(diǎn)就是C點(diǎn)坐標(biāo)，然后將此坐標(biāo)減去盾體半徑即得到O點(diǎn)坐標(biāo)也就是盾體中心點(diǎn)坐標(biāo)。

（4）將此數(shù)據(jù)輸入到導(dǎo)向系統(tǒng)軟件參數(shù)設(shè)置-激光靶零位數(shù)據(jù)的窗口，輸入待求點(diǎn)坐標(biāo)的前端和后端處。在與測量前端后端坐標(biāo)的同一坐標(biāo)系下，保證盾構(gòu)機(jī)沒有發(fā)生移動，使用全站儀瞄準(zhǔn)激光靶（全站儀應(yīng)處于測量通道處，保證與激光靶的入射角<5°），在導(dǎo)向系統(tǒng)軟件參數(shù)設(shè)置-激光靶零位數(shù)據(jù)的界面中，點(diǎn)擊測量，得到激光靶的坐標(biāo)和角度。重復(fù)測量1次，若數(shù)據(jù)不變即為正確。點(diǎn)擊保存，則零位數(shù)據(jù)初始化完成。

9結(jié)語

在整個地鐵軌道建設(shè)過程中，地鐵盾構(gòu)區(qū)間的施工測量是極為重要的內(nèi)容。項(xiàng)目單位只有嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)開展聯(lián)系測量工作、努力優(yōu)化洞門預(yù)埋鋼環(huán)檢查測量、盾構(gòu)機(jī)始發(fā)姿態(tài)定位測量及盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)施工測量等施工技術(shù)，才能夠從根本上提高施工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]陳冬.地鐵盾構(gòu)測量方法的應(yīng)用研究芻議[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2020（21）：79-80，89.

[2]張林星.地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)法施工過程測量技術(shù)[J].工程機(jī)械與維修，2021（6）：208-209.

[3]李昆陽.地鐵盾構(gòu)施工測量內(nèi)容和方法概述[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2020（3）：81-82.

[4]張海龍.盾構(gòu)隧道小曲線半徑施工測量技術(shù)[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2018，31（S2）：39-41.

[5]陳通.烏市地鐵施工現(xiàn)場小盾構(gòu)的施工安全管理研究[D].南昌：華東交通大學(xué)，2019.

[6]陳光輝，曾永堅(jiān).長區(qū)間盾構(gòu)法地鐵隧道測量控制技術(shù)[J].四川建材，2020（11）：88，91.