某隧道盾構(gòu)施工控制測量技術(shù)探討

摘要：盾構(gòu)法與傳統(tǒng)隧道施工（明挖法、礦山法）方法相比較，具有地面作業(yè)少、對周圍環(huán)境影響小、自動化程度高、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，隨著長距離、大直徑、大埋深、復(fù)雜斷面盾構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展、成熟，盾構(gòu)施工方法越來越受到重視和青睞，已成為地鐵隧道的主要施工方法。針對盾構(gòu)隧道的地下掘進(jìn)測量部分提出有益方法，并進(jìn)行了相關(guān)分析，以期對從事相關(guān)工作的開展有所裨益。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)隧道"隧道施工"盾構(gòu)施工技術(shù)"控制測量

Discussion"on"Control"Measurement"Technology"for"the"Shield"Tunneling"Construction"of"a"Tunnel

YUAN"Ding1""GENG"Fangchuang1""WEN"Yunqiang2

（1"China"Railway"14th"Bureau"Group"Co.，"Ltd.，"Jinan，"Shandong"Province，"250101"China;"2"Chengdu"Weixing"Dunke"Engineering"Technology"Service"Co.，"Ltd.，"Chengdu，"Sichuan"Province，"610042"China）

Abstract："Compared"with"traditional"tunnel"construction"methods"（cut"and"cover"tunneling"method，"mining"method），"the"shield"tunneling"method"has"advantages"such"as"fewer"ground"operations，"lower"impacts"on"the"surrounding"environment，"the"higher"automation"level"and"faster"construction"speed."With"the"development"and"maturity"of"shield"tunneling"construction"technology"for"long-distance，"large-diameter，"large-dept"and"complex"cross-sections，"the"shield"tunneling"construction"method"is"increasingly"valued"and"favored，"and"it"has"become"the"main"construction"method"of"subway"tunnels."This"article"proposes"a"beneficial"method"for"the"underground"excavation"measurement"part"of"shielded"tunnels"and"conducts"relevant"analysis，"in"order"to"be"beneficial"to"the"development"of"related"work.

Key"Words："Shield"tunnel;"Tunnel"construction;"Shield"tunneling"construction"technology;"Control"survey

隨著盾構(gòu)技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用，施工的自動化、系統(tǒng)化程度也有了極大提高。如何在更復(fù)雜多樣的環(huán)境下及時準(zhǔn)確地提供導(dǎo)向信息，保證盾構(gòu)隧道的精確貫通；針對新的施工工藝和要求，如何解決隧道貫通誤差和盾構(gòu)導(dǎo)向及姿態(tài)調(diào)整等問題，近年來涌現(xiàn)出不少新的思路和方法[1]。主要有地面控制測量、豎井聯(lián)系測量、地下導(dǎo)線測量、盾構(gòu)導(dǎo)向及姿態(tài)控制測量等。隧道的貫通測量和盾構(gòu)機(jī)的精確定向及姿態(tài)調(diào)整是盾構(gòu)隧道施工測量的主要內(nèi)容，如何對現(xiàn)有的施工方法進(jìn)行優(yōu)化，更好地滿足實(shí)際工程的需要以及如何能快速、直觀地反映監(jiān)測結(jié)果，對施工進(jìn)行指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)隧道開挖過程中的自動化控制是當(dāng)前研究過程中的重要任務(wù)[2]。

盾構(gòu)施工控制測量最大特點(diǎn)是所有的控制導(dǎo)線點(diǎn)和控制水準(zhǔn)點(diǎn)均處運(yùn)動狀態(tài)，所以盾構(gòu)施工測量中導(dǎo)線的后延伸測量和水準(zhǔn)點(diǎn)的復(fù)測顯得尤為重要。

1"盾構(gòu)機(jī)始發(fā)測量

盾構(gòu)機(jī)始發(fā)測量主要包括盾構(gòu)井（室）測量、盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)軌定位測量、反力架定位測量、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)初始測量、DDJ導(dǎo)向系統(tǒng)初始測量、盾構(gòu)拼裝測量、盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)測量、襯砌環(huán)片測量和DDJ導(dǎo)向系統(tǒng)測量等，如圖1所示。

下面重點(diǎn)介紹盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)軌定位測量、盾構(gòu)拼裝測量、盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)測量、襯砌環(huán)片測量和DDJ導(dǎo)向系統(tǒng)測量。

1.1"盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)軌定位測量

盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)軌測量主要控制導(dǎo)軌的中線與設(shè)計(jì)隧道中線偏差不能超限，導(dǎo)軌的前后高程與設(shè)計(jì)高程不能超限，導(dǎo)軌下面是否堅(jiān)實(shí)平整等，如圖2所示。

1.2"盾構(gòu)拼裝測量

安裝盾構(gòu)導(dǎo)軌時，測設(shè)同一位置的導(dǎo)軌方向、坡度和高程與設(shè)計(jì)較差應(yīng)小于2mm[3]。盾構(gòu)拼裝竣工后，進(jìn)行盾構(gòu)縱向軸線和徑向軸線測量，主要測量內(nèi)容包括刀口、機(jī)頭與盾尾連接點(diǎn)中心、盾尾之間的長度測量；盾構(gòu)外殼長度測量；盾構(gòu)刀口、盾尾和支承環(huán)的直徑測量。盾構(gòu)機(jī)與線路中線的平面偏離、高程偏離、縱向坡度、橫向旋轉(zhuǎn)和切口里程的測量，各項(xiàng)測量誤差應(yīng)滿足盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)測量誤差技術(shù)要求，如表1所示。

1.3"盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)測量

在盾構(gòu)施工過程中，橫向貫通誤差是影響設(shè)計(jì)質(zhì)量的主要因素。測定盾構(gòu)機(jī)實(shí)時姿態(tài)時，測量一個特征點(diǎn)和一個特征軸，選擇其切口中心為特征點(diǎn)，縱軸為特征軸[4]。利用隧道施工控制導(dǎo)線測定盾構(gòu)縱向軸線的方位角，該方位角與盾構(gòu)本身方位角的較差為方位角改正值，并以此修正盾構(gòu)掘進(jìn)方向。

1.4"襯砌環(huán)片測量

襯砌環(huán)片測量包括測量襯砌環(huán)的環(huán)中心偏差、環(huán)的橢圓度和環(huán)的姿態(tài)。襯砌環(huán)片不少于3～5環(huán)測量一次（每環(huán)為1.5m），測量時每環(huán)都測量，并測定待測環(huán)的前端面。相鄰襯砌環(huán)測量時重合測定2～3環(huán)片。環(huán)片平面和高程測量允許誤差為±15"mm。盾構(gòu)測量資料整理后，及時報(bào)送盾構(gòu)操作人員。

1.5"DDJ導(dǎo)向系統(tǒng)測量

盾構(gòu)掘進(jìn)以DDJ導(dǎo)向系統(tǒng)為主，輔以人工測量校核，利用盾構(gòu)上所帶的DDJ自動激光隧道導(dǎo)向系統(tǒng)及圖象靶來完成隧道內(nèi)盾構(gòu)機(jī)位置、形態(tài)及管片位置等隧道內(nèi)的測量工作[5]。DDJ導(dǎo)向系統(tǒng)能夠全天候的動態(tài)顯示盾構(gòu)機(jī)當(dāng)前位置相對于隧道設(shè)計(jì)軸線的位置偏差，主司機(jī)可根據(jù)顯示的偏差及時調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)姿態(tài)，使得盾構(gòu)機(jī)能夠沿著正確的方向掘進(jìn)。為了確保導(dǎo)向系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、確保盾構(gòu)機(jī)能夠沿著正確的方向開挖，每周進(jìn)行2次人工測量復(fù)核。

2"地下導(dǎo)線測量

在盾構(gòu)施工過程中，必須對隧道內(nèi)導(dǎo)線進(jìn)行控制測量，以便對盾構(gòu)掘進(jìn)方向不斷地進(jìn)行檢核和校正，保證盾構(gòu)隧道按設(shè)計(jì)精度貫通[6]。由于隧道空間狹小和盾構(gòu)施工制約，隧道控制點(diǎn)只能按支導(dǎo)線布設(shè)而且邊長較短，所以導(dǎo)線精度較低，當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)一段較長距離后，才能布置主控導(dǎo)線。主控導(dǎo)線是用來指導(dǎo)盾構(gòu)的掘進(jìn)方向，必須以較高的精度施測。

成都地鐵資陽線采用雙支導(dǎo)線的方法，雙支導(dǎo)線每前進(jìn)一段交叉一次。每一個新的施工控制點(diǎn)由兩條路線傳算坐標(biāo)。當(dāng)檢核無誤，最后取平均值作為新點(diǎn)的測點(diǎn)數(shù)據(jù)。地下導(dǎo)線測設(shè)要求如下。

（1）導(dǎo)線直線段約150"m布設(shè)一個控制導(dǎo)線點(diǎn)，曲線段控制導(dǎo)線點(diǎn)（包括曲線要素上的控制點(diǎn)）布設(shè)間距不少于60"m。

（2）按四等導(dǎo)線的技術(shù)要求施測。每次延伸施工控制導(dǎo)線測量前，對已有的施工控制導(dǎo)線前三個點(diǎn)進(jìn)行檢測無誤后再向前延伸。

3"隧道中心坐標(biāo)測定方法

隧道中心坐標(biāo)的測量方法，其難度并不很高，但較復(fù)雜。如圖3所示，隧道瓦形環(huán)襯砌洞壁，環(huán)中心在洞壁上沒有明顯標(biāo)志，所以測量方法通常是測定一個圓周上若干點(diǎn)的坐標(biāo)，然后按最小二乘擬合的方法計(jì)算環(huán)的橢圓度和環(huán)中心坐標(biāo)。觀測時，儀器是安置在地下導(dǎo)線點(diǎn)上，以特制的棱鏡安放在洞壁圓周各點(diǎn)上，每點(diǎn)測定三維坐標(biāo)。擬合計(jì)算是按一般的閉合曲線方程進(jìn)行的。參照在成都地鐵資陽線的做法，經(jīng)過實(shí)際使用，其效果很好（與采用上面方法結(jié)果的差異均在±10"mm以內(nèi)）。具體如下。

3.1"環(huán)片中心平面位置確定

中心點(diǎn)的確定方法是將一根長5"m的精制鋁合金尺橫在隧道環(huán)兩側(cè)，并借助以水準(zhǔn)器使標(biāo)桿置于水平位置，這時標(biāo)桿中央的標(biāo)志就是環(huán)片的中央，再用全站儀瞄準(zhǔn)其中心位置，從而測得坐標(biāo)。

3.2"環(huán)片中心標(biāo)高確定

用一根長5"m的塔尺，置于環(huán)片的上、下的中央（最大讀數(shù)處）位置上，用水準(zhǔn)尺的水平絲讀取上、下尺的讀數(shù)，將讀數(shù)相加便得到豎徑。通過將各環(huán)的底部高程加上豎徑一半，算得各環(huán)的高程，如表2所示。

4"盾構(gòu)施工對周圍環(huán)境的監(jiān)測

盾構(gòu)施工的主要目的就是盡可能在不擾動圍巖的前提下完成施工，最大限度減少對地面建筑物及地基內(nèi)埋設(shè)物的影響。但是，盾構(gòu)隧道施工中的姿態(tài)控制及導(dǎo)向測量除了與隧道貫通有直接影響外，還與隧道設(shè)計(jì)、施工的質(zhì)量要求以及圍巖的擾動、地層的沉降有關(guān)。為保證施工安全和質(zhì)量、減少對周圍環(huán)境影響必須對隧道地面進(jìn)行沉降監(jiān)測。

4.1"測點(diǎn)埋設(shè)

車站沿基坑縱向每隔15～20"m布置一個監(jiān)測斷面，豎井橫通道縱向每隔15～20"m布置一個監(jiān)測斷面，隧道左右線縱向共設(shè)置5個監(jiān)測斷面，橫斷面方向在隧道中心及兩側(cè)每隔2～5"m布設(shè)一個測點(diǎn)，在隧道埋深較淺的不良地質(zhì)段，適當(dāng)增加測點(diǎn)。

4.2"監(jiān)測方法

采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量，先將監(jiān)測點(diǎn)組成閉合路線，然后附合在已知的基準(zhǔn)點(diǎn)上。如果監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)進(jìn)行處理。

5"結(jié)語

本文以解決盾構(gòu)隧道施工中盾構(gòu)施工控制測量的方法為具體研究對象，結(jié)合某盾構(gòu)隧道施工實(shí)踐，探討了盾構(gòu)隧道掘進(jìn)測量，并由此得出了一些對同類工程有一定借鑒意義的結(jié)論。

參考文獻(xiàn)

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