盾构法隧道施工测量精度控制措施

盾构法隧道施工测量精度控制措施

闫建普

中国水利水电第七工程局有限公司试验检测研究院，四川 成都 611730

摘要：本文介绍了从地铁盾构施工全过程中从施工测量技术方面提高贯通精度的控制措施。

关键词：零位测量法、联系测量、陀螺定向、交叉导线；

盾构法隧道是指使用盾构机，一边控制开挖面及围岩不发生坍塌失稳，一边进行隧道掘进、出渣，并在机内拼装管片形成衬砌、实施壁后注浆，不扰动围岩而修筑隧道的方法。盾构施工的主要原理就是尽可能在不扰动围岩的前提下完成施工，从而最大限度地减少对地面建筑物及地基内埋设物的影响。盾构法隧道施工测量按施工工艺分为始发测量、地下导线测量、掘进轴线测量、接收到达测量。

1. 盾构始发测量控制措施

1.1 盾构机零位测量

盾构始发测量，在盾构始发前，需要进行盾构机零位测量，确定盾构机姿态与盾构内布设的特征点之间几何关系，为后期掘进过程通过特征点位置调整盾构机姿态提供可靠的依据。

盾构机零位姿态测量常用的方法为分中法、侧边法进行测量。

侧边法的测量方法是在靠近盾首、盾尾处分别悬挂一根钢丝，钢丝下端悬挂重锤并置于油桶中，通过测量钢丝上的反射片坐标来计算盾构机首、尾的平面坐标。盾首的钢丝悬挂在靠近刀盘和盾体的接缝处，盾尾的钢丝悬挂至靠近盾构（或铰接油缸）中盾与尾盾接缝处，钢丝至盾首、盾尾的距离用钢尺量出，取多次量取距离的平均值作为最终的计算依据。当现场受到条件限制无法悬挂两根钢丝时，也可以悬挂一根钢丝，偏移计算出盾构中心线坐标。

高程测量：根据盾首、盾尾测量计算的平面坐标，将盾首、盾尾平面坐标测放至盾体顶面，利用全站仪三角高程直接测得盾首、盾尾处高程，通过反算得到盾首、盾尾的中心高程。

分中法测量：在盾首、盾中、盾尾按图1.1-4的方法找到盾体中心，使用全站仪分别测量盾首、盾中、盾尾中心C点的坐标，通过反算得到盾首和盾尾的坐标。

本次结合实际项目分别采用分中法、侧边法悬挂2根钢丝测量结果如下：

虽然测量结果相近，但侧边法与设计值对比相差较小，如果现场有条件尽量采用侧边法悬挂2根钢丝进行施测。

1.2盾构导向系统测量

盾构掘进测量系统采用自动激光导向系统，其系统基本组成：全站仪，后视棱镜，两个控制盒，盾体上的带有倾斜仪的激光靶和控制该套仪器的电脑主机一台（该电脑配备有盾构测量相应的软件）。盾构机导向系统在掘进过程中，需不断提供后视及测站点三维坐标。同时测量激光把数据，将导向系统成果提供给盾构操作手。

在盾构始发前需要对导向系统进行人工复核，复核方式为盾构特征点测量，通过人工观测特征点三维坐标，按照坐标转换模型推算两种空间直角坐标系的转换参数，即可将盾构机的小坐标系三维坐标转换成实际三维坐标，与设计轴线进行对比，经过实例特征点分部均匀的测设方式有助于提高测量精度。

2.控制测量

控制测量分为地面近井导线测量、地上地下联系测量、地下导线测量；

2.1地面近井网型的布设：

地面近井平面点测量方式可采用导线测量和卫星定位测量技术，参照执行《城市轨道交通工程测量规范》的技术要求。采用导线网布设近井点合理选择控制点，避免出现小角观测；采用卫星定位测量技术避免多路径效应和信号遮挡。本项目分别采用了卫星定位测量技术和附合导线测量技术测量的结果对比，可知坐标之间最大偏差9.5mm，方位角偏差6.1″，坐标较差和方位角偏差均满足规范要求。结合实际工作经验，近井边长较短采用导线测量，较长时采用卫星定位测量技术，并与联系测量相结合。

2.2地上、地下联系测量

联系测量方式常用有联系三角形、陀螺定向、两井定向和直接导线法测量等，本项目结合实地情况采用两井定向方式，在两竖井之间各悬挂2根钢丝，两钢丝距离为118米，满足规范60m的要求。观测方式参照规范进行。通过数次观测计算较差最大值为6.3″，满足规范16″的限差要求，可知该方式测量成果质量有保证，现场有条件可采用两井定向各悬挂2根钢丝的方式进行，网型布设见图1；

2.3地下导线测量

隧道是一种狭长的建筑物，地下导线只能按照支导线的形式进行布设，而且不是一次测完，只能隧道隧道开挖而先前延伸。布设形式有单导线、单边双导线、洞内交叉双导线。

本项目采用地下导线布设方式洞内双交叉导线网型布设，洞内每个点观测四个方向，平差计算以附合导线及闭合导线的计算方式进行计算，角度闭合差分别为3.05、2.79、3.49、3.74、0.28、-0.06、2.36、2.39秒，计算均满足限差10秒规范要求。

根据精密导线网测角中误差计算公式得出；=1.34″，满足2.5″的要求。

由此可知，此导线的布设形式相对常规的导线布设精度有所提高。

1.1陀螺经纬仪定向复核

本次选取JDY878JDY810边进行陀螺定向测量，通过地上观测地下观测地上观测，分别在隧道掘进100m得出方位角较差6.0″，在掘进2000m时得出方位角较差7.6″，满足规范要求。

3.高程测量

地上近井水准测量、地下水准点测量均采用二等水准测量的方式进行往返测，高程传递测量采用常规的悬挂长钢尺法（对尺长进行了温度改正、自重力改正）进行改正计算，对导向系统全站仪测站坐标高程测量采用中间设站不量取仪器高的方式进行2次观测取均值进行。

4.掘进测量

    盾构导向系统是指导盾构机延隧道中心线掘进隧道向前延伸，需要将控制点输入至导向系统软件，根据控制点、隧道中心和盾构机中心差值，显示出盾构机中心与隧道中心的一个关系就是盾构机姿态。盾构机即将到达接收井前50m，调整盾构姿态与洞门环中心测量偏差一直，按其偏差值控制出洞盾构机姿态，确保盾构机顺利出洞。对盾构机接收基座进行准确放样，导台施工时，在接收端按照低于设计20mm控制，确保盾构机顺利到达；盾构到达接收井前100米内增加盾构机人工姿态测量频率，校核盾构机自动导向系统。

5.结论

本文介绍了盾构法隧道施工涉及测量的大部分工作内容，以盾构机姿态零位测量、地面导线测量、联系测量、地下导线测量及地下方位角陀螺定向复核、高程测量等等。为本项目盾构贯通打下了坚实的基础，最终本项目全长2.32km平面贯通误差为12mm、纵向贯通误差为10mm、竖向贯通误差为3mm均满足规范要求。

参考文献：

1.《城市轨道交通工程测量规范》（GB/T 50308-2017）；

2.李海亮 盾构机初始姿态测量方法及适用性分析；

3.黄建萍  铁路长大隧道洞内平面控制测量新方法研究；

4.《铁路工程测量规范》(TB 10101-2018)。