地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)法施工中的測量技術(shù)
2020-03-21 08:26:17   來源：焦作新礦機械

　　公司占地面積5萬余平方米，建筑面積5500余平方米，擁有固定資產(chǎn)1680萬元，員工68余人，中高級工程技術(shù)人員10余人，擔(dān)負(fù)著全部產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)指導(dǎo)。公司已通過ISO：9001-2008國家質(zhì)量體系認(rèn)證，擁有完善的質(zhì)量保證體系，全面嚴(yán)格管理制度，強大的生產(chǎn)能力和先進的檢測手段。

目前地鐵區(qū)間隧道施工方法主要有明挖法、礦山法、盾構(gòu)法等，各種方法有不同的優(yōu)缺點和適用環(huán)境。盾構(gòu)法主要適用于柔軟地層，其主要優(yōu)點是對地面土壤環(huán)境影響小，機械化程度高，人力需求度低，施工過程中安全高效，施工進度快且不受地上交通環(huán)境的影響。這些特點使其成為了目前主流的地鐵區(qū)間隧施工方法。但是其缺點也很明顯，主要受制于昂貴復(fù)雜的機械儀器，且對施工人員專業(yè)性知識要求高。為了保障施工的安全高效進行，測量技術(shù)尤為重要。本文以盾構(gòu)法施工中四個主要工程階段測量入手著重介紹盾構(gòu)測量技術(shù)的主要方法。

1 主要工程階段測量

根據(jù)實際施工情況，將盾構(gòu)法施工測量主要分為四個階段：聯(lián)系測量、始發(fā)測量、推進測量和貫通洞門測量。

1.1 聯(lián)系測量

在盾構(gòu)隧道貫通測量中豎井聯(lián)系測量是重要的組成部分，在所有檢測緩解當(dāng)中占據(jù)重要地位。豎井聯(lián)系測量主要作用是將地面控制點的坐標(biāo)、方位角和高程傳遞到地下隧道當(dāng)中，這樣一來地上和地下的控制網(wǎng)就被聯(lián)系在同一個平面和高程系統(tǒng)當(dāng)中，從而測算出隧道施工的相關(guān)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)盾構(gòu)機的推進，保證隧道的正確貫通。

（1）聯(lián)系三角形測量。平面聯(lián)系測量主要有聯(lián)系三角形法、投點儀法和陀螺經(jīng)緯儀聯(lián)合定向法等。最常用的為聯(lián)系三角形法。當(dāng)豎井完成施工后，盾構(gòu)正式施工開始前，先埋設(shè)穩(wěn)定的控制點于基坑底部，然后在豎井內(nèi)懸吊2根直徑為0.3mm的高強度碳素鋼絲，鋼絲上懸掛適當(dāng)重量為10kg的垂球，最后使用阻尼液（如機油）穩(wěn)定重錘。通過豎井絞車及導(dǎo)向滑輪懸掛2根高強度碳素鋼絲并分別在其上懸掛垂球，即圖1中的垂線1和垂線2。地面導(dǎo)線點即圖1中的Z、A，則待求的地下導(dǎo)線點即是B、G。在布設(shè)三角形時應(yīng)當(dāng)注意以下要求：垂線邊長a、d 越長越好，e、f、e′、 f′角度越小越好，不可大于 2°，c／b、c′／b′的比值越小越好，應(yīng)小于 1.5。

圖1 聯(lián)系三角形測量示意圖

在按照要求布置三角形后，依次測量 a、b、c、d、b′、c′的長度以及 e、f、e′、f′的角度。 得到數(shù)據(jù)值后計算三角形方差 。 其公式為：sinj＝bsinf／a。 其中，a的計算值 as＝ ，a的不符值 h＝as－a，改正值 Δa＝－h(huán)／4，Δb＝－h(huán)／4，Δc＝h／2，從而可以得出 j＝sinj＝

得到三角形方差j后，計算已知A點坐標(biāo)為（XA，YA），AZ的方位角為Z0。根據(jù)平差后的三角形邊角進行計算。 由于AF的方位角Z1＝Z0＋e，F(xiàn)E 的方位角Z2＝Z1＋180＋j，E′B 的方位角 Z3＝Z2＋180－j′，求算 BG 的方位角Z0′＝ Z3＋180＋e′。

B 點坐標(biāo)公式為：XB＝ XA＋ccosZ1＋acosZ2＋c′cosZ3，YB＝Y(jié)A＋csinZ1＋asinZ2＋c′sinZ3。

（2）高程測量。懸垂鋼尺法、水準(zhǔn)測量法以及光電測距三角高程測量法都屬于傳遞高程的測量方法，在實際的工作當(dāng)中通常采用懸吊鋼尺的方法進行高程傳遞。在始發(fā)井旁邊布設(shè)不少于2個近井水準(zhǔn)點，測量近井水準(zhǔn)點的高程線路附合到地面精密水準(zhǔn)點上，在豎井內(nèi)懸吊鋼尺，鋼尺下段懸掛重錘，地上和地下安置的2臺水準(zhǔn)儀同時讀數(shù)，可得 HB＝HA＋a－（m－n）－b。 每次應(yīng)獨立觀測三測回，3測回變換儀器高，3次測得地上、地下水準(zhǔn)點的高差較差應(yīng)小于3mm。如井底已有高程點，應(yīng)進行高程檢核。

1.2 始發(fā)測量

始發(fā)前聯(lián)系測量完成后，繼而進行始發(fā)測量。其主要流程包括測量盾構(gòu)機安裝、測量定位盾構(gòu)機導(dǎo)軌、測量盾構(gòu)機初始姿態(tài)。

（1）測量盾構(gòu)機安裝。盾構(gòu)機安裝主要包括兩個部分，即反力架和始發(fā)臺，兩者可以在盾構(gòu)機始發(fā)時提供初始推力以及初始的空間姿態(tài)。在安裝反力架和始發(fā)臺時，需要注意以下幾點：反力架左右偏差應(yīng)控制在±10mm之內(nèi)，高程偏差應(yīng)控制在±5mm之內(nèi)，上下偏差應(yīng)控制在±10mm之內(nèi)。始發(fā)臺水平軸線的垂直方向與反力架的夾角偏差應(yīng)在±2‰范圍內(nèi)，盾構(gòu)姿態(tài)與設(shè)計軸線豎直趨勢偏差應(yīng)小于±2‰，水平趨勢偏差應(yīng)在±3‰ 范圍內(nèi)，軸線方位角誤差不大于1′30″。注意一定要保證如上幾點，不然會影響盾構(gòu)機的正常運行，影響工作狀態(tài)甚至發(fā)生危險。

（2）測量定位盾構(gòu)機導(dǎo)軌。測量定位盾構(gòu)機導(dǎo)軌注意點很多，主要注意事項有：保證原設(shè)計的隧道中線與施工中控制導(dǎo)軌的中線偏差不能超限，保證堅實平整的導(dǎo)軌基面。

（3）測量初始盾構(gòu)機姿態(tài)。在測量初始盾構(gòu)機姿態(tài)時重點測量盾構(gòu)機刀盤中心三維坐標(biāo)以及俯仰角、橫擺角、扭轉(zhuǎn)角等方面。

盾構(gòu)機姿態(tài)的控制質(zhì)量直接影響施工精度。若盾構(gòu)機姿態(tài)得不到精確的及時的修正，輕則導(dǎo)致掘進的方向偏失，影響施工質(zhì)量，重則造成事故，不可輕視。因此，需要嚴(yán)格的精準(zhǔn)的及時的控制盾構(gòu)機姿態(tài)，基本要求是：縱擺角應(yīng)不大于10mm／m，橫擺角應(yīng)不大于10mm／m，扭轉(zhuǎn)角不大于20mm／m。

目前盾構(gòu)機姿態(tài)測量有人工測量和自動測量兩種。人工測量人力需求量大，測量數(shù)據(jù)量多，工作量大，又因以人為主體，不可避免的出現(xiàn)測量精度低，誤差大的問題。且測量時間周期長，無法做到及時更改修正姿態(tài)，造成工期的延誤。而自動測量則可以實現(xiàn)實時的精確地數(shù)據(jù)測量，測量精度高，誤差較小，全天候進行測量，得到數(shù)據(jù)時效性高，速度快，及時精確修正姿態(tài)，已經(jīng)成為了目前的主流發(fā)展方向，在未來的應(yīng)用前景廣泛。

1.3 推進測量

當(dāng)進入掘進過程中時，對盾構(gòu)機的測量要求更高，數(shù)據(jù)時效性和精準(zhǔn)性成為主要問題。目前主流的推進測量使用自動導(dǎo)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)測量精確度高，數(shù)據(jù)時效性強，可最大限度保證盾構(gòu)施工軸線準(zhǔn)確性。其主要測量盾構(gòu)機每環(huán)推進的三維姿態(tài)及已成型的管片姿態(tài)。自動導(dǎo)向系統(tǒng)可以實現(xiàn)大部分的調(diào)整要求，但是仍需對管片竣工進行測量。管片竣工主要需要三種測量數(shù)據(jù)。

（1）平面測量數(shù)據(jù)。在3m的鋁合金刮尺中心貼反射片，并在刮尺中間固定一把水平尺，在所要測環(huán)的底部放置刮尺，注意保證刮尺水平放置，在井下控制導(dǎo)線點安裝全站儀，最后測量這環(huán)的中心三維坐標(biāo)，即可得到數(shù)據(jù)。

（2）高程測量數(shù)據(jù)。該測量需要得到管片底部和頂部的高程數(shù)據(jù)。可根據(jù)已得到的數(shù)據(jù)以及測尺反光鏡片到隧道底部或中心的相對尺寸來計算得出管片底部和頂部的高程數(shù)據(jù)。

（3）管片測量數(shù)據(jù)。管片測量數(shù)據(jù)可直接用手持測距儀分別放在管片底部和腰側(cè)來測量管片的橫豎直徑，注意需要測量多次，然后取平均值。

經(jīng)過上述操作，可得到實際工程中的測量數(shù)據(jù)，用這些數(shù)據(jù)和設(shè)計數(shù)據(jù)進行對比，即可計算出成型管片和設(shè)計數(shù)據(jù)的誤差和偏移量，從而對盾構(gòu)機的姿態(tài)進行精確的實時的調(diào)整，保證掘進精度。

1.4 洞門測量

貫通施工階段是整個工程階段的后期，為保證盾構(gòu)機準(zhǔn)確出洞，在貫通前需要進行接收井洞門測量。為此我們需要精確測定洞門中心。

洞門圈中心坐標(biāo)為： x0＝（xA＋xB）／2， y0＝（yA＋yB）／2

洞門圈中心高程為： H0＝（HC＋HD）／2

洞門中心測量是工程后階段最重要的測量步驟，應(yīng)當(dāng)盡可能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精度，為此應(yīng)采取各種措施減少測量中的誤差。例如，使用對中標(biāo)志，采取多次試驗，根據(jù)每次試驗的測量結(jié)果加權(quán)平均，避免誤差過大的情況。并注意根據(jù)施工現(xiàn)場的具體情況，合理采取措施，靈活應(yīng)用測量方法。在實踐中，探求減少誤差的合理方法。同時，定向邊精度對于貫通測量精確度的影響極大，定向邊精度每提升一點，都可以極大得提高貫通測量精度。

2 結(jié)語

本文對于地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)法施工中的測量技術(shù)進行了簡單的探討。在幾種主流的不同的地鐵區(qū)間隧道施工方法中，盾構(gòu)法對于機器和操作的要求非常高。這意味著施工人員需要熟練應(yīng)用設(shè)備，對測量的基礎(chǔ)專業(yè)知識掌握牢固，同時要求施工人員責(zé)任心強，對于測量保持著精益求精的態(tài)度，這些都是保證工程順利完工的基礎(chǔ)要素。應(yīng)當(dāng)注意的是，本文就常見的測量技術(shù)和注意要點進行了研究，在實際的工程操作中，應(yīng)當(dāng)注意因地制宜，根據(jù)不同的實際情況采用最適合實際情況的操作，避免機械化的模仿操作。