地铁盾构施工测量技术

地铁盾构施工测量技术（通用8篇）

篇1：地铁盾构施工测量技术

浅析地铁盾构隧道的施工测量管理

吕宏权

（中铁隧道集团有限公司第一工程处 河南 新乡 453000）

摘要：本文通过广州地铁二号线三元里～火车站区间、南京地铁南北线一期工程南京站～许府巷～玄武门区间隧道盾构施工的测量过程实施，总结出地铁盾构隧道施工测量管理的几点体会。关键词：地铁 盾构隧道 施工测量 管理 1 前言

进入二十一世纪以来，城市地铁建设发展迅猛，用盾构法修建的地铁区间隧道也呈上升趋势。地铁盾构隧道施工技术含量高、防渗漏、快速安全，但要求准确度高，盾构机只能从预埋好钢环的洞门进出，并且盾构机只能前进、不能后退，这给地铁盾构隧道施工测量技术对地下线性工程的控制提出了更高的要求。从现以营运的广州地铁二号线三～火区间和已贯通的南京地铁南北线一期工程南～许～玄区间隧道的测量过程实施看，地铁盾构隧道施工测量管理的重要性更为突出。在南京地铁南北线一期工程许~玄区间隧道测量实施过程中，结合广州地铁二号线三～火区间盾构隧道施工测量管理和南京地铁南北线一期工程的测量技术规定，对地铁盾构隧道施工测量中的管理和方法作了分析、改进、总结。2 地铁盾构隧道施工测量的特点

采用盾构法施工的地铁隧道，隧道工程机械化程度较高，通过电子全站仪与计算机技术的结合，一种快速、准确地测出盾构机即时姿态的施工测量新技术、新方法——盾构机掘进导向系统被成功应用，如英国的ZED、德国的VMT和日本的GYRO等。广州地铁二号线三元里～火车站区间、南京地铁南北线一期工程南京站～许府巷～玄武门区间隧道盾构施工采用的是德国海瑞克（HERRENKNECHT）公司制造的土压平衡模式盾构机。盾构机沿设计路线向前推进，靠与它相配套的VMT自动测量导向系统来控制，达到盾构推进的线形管理。地铁盾构隧道施工测量管理与山岭隧道相比，技术含量、自动化程度高，过程也较复杂，单位测量项目多，测量人员素质、测量精度要求高。3 地铁盾构隧道施工测量管理

地面控制测量完成后，根据测量成果、区间隧道的设计线路长度和盾构的施工方法，进行区间隧道的贯通误差设计估算，根据估算结果和误差分析后的分配情况，进行盾构井的联系测量、地下控制测量的测量设计。结合区间隧道的贯通长度，根据误差传播定律，隧道横向贯通中误差、导线法测角中误差二者之间的关系可以按下述公式确定： m2=±{mβ*sk/ρ}2*(n±3)/12（1）

以此来确定盾构隧道的测量精度等级、施测参数及测量方法。式中：m为隧道横向贯通中误差（mm）；mβ为导线测角中误差（″）；sk为两开挖洞口间长度（mm）；

ρ为常数206265″；n为导线边数；若计算洞外值时取n-3，洞内值取n+3。依据测量设计进行施工测量的过程管理。地铁盾构隧道施工测量主要包括联系测量、洞门预埋钢环检查测量、盾构机的始发定位测量、地下控制测量、盾构机推进施工测量、盾构机姿态人工复核测量、衬砌环管片拼装检查测量、施工测量资料管理与信息反馈、贯通误差测量、竣工测量。南京地铁南北线一期工程南京站～许府巷～玄武门区间，盾构隧道长度分别为1448.607m、826.274m。在进行地面控制测量时，把两个区间隧道作为一个长

隧道进行控制，平面采用光电测距精密导线闭合环，边长、角度按照三等导线施测，导线环测角中误差mβ=±0.79″,边长相对闭合差md/D=1/1410000，达到三 等导线测量精度要求；高程按城市二等水准测量精度mw=±4.0mm/KM进行。地面 控制测量引起的横向贯通中误差为m =±0.006m小于南京地铁南北线一期工程的测量技术规定的0.025m。3.1联系测量 联系测量工作通常包括地面趋近导线、水准测量；通过竖井、斜井、通道定向测量和高程传递测量以及地下趋近导线、水准测量。在地铁施工中，根据实际情况，进行竖井定向可采用传统的矿山测量中悬吊钢丝的联系三角形法；若地铁车站面积较大、通视条件良好，可采用双竖井投点法；随着陀螺经纬仪精度的提高，也可采用全站仪、垂准仪和陀螺仪组成的联合测量方法；当地铁隧道埋深较浅时，则可采用地上、地下布设光电测距精密导线环的方法，形成双导线来传递坐标和方位，若隧道贯通距离较长时，还可采用在隧道上钻孔，进行钻孔投点、加测陀螺方位角的方法。

南京地铁南北线一期工程南～许～玄区间地铁隧道埋深较浅，贯通距离分别为1448.607m、826.274m，联系测量均采用光电测距精密导线环进行定向。地面趋近测量和地面控制测量同时进行，地面趋近导线点纳入地面高精度控制网进行平差，这样既可减少误差累积又提高了地面趋近点位的精度；定向测量和地下趋近导线测量也同时进行，达到等精度控制，定向测量分别在盾构始发、盾构掘进100m和距贯通面200m时独立定向三次，三次联系测量的地下趋近导线的基线边Z5-Z2的方位角中误差达到≤2.5″，在进行定向测量时，地面、地下趋近导线控制桩点均采用强制观测墩，消除了仪器对中误差，导线网构成有检核条件的几何图形，坐标和方位向下传递时，俯仰角控制在20o左右；高程传递采用钢丝法、光电三角高程法，两种方法相互检核，独立进行三次，互差均达到≤1mm，坐标、方位和高程的三次加权平均值指导隧道的贯通，每次联系测量完成后，以书面资料上报现场监理，监理复测签字再上报业主测量队，业主测量队经复测确认无误后，下发采用成果坐标通知，形成社会性的三级复核制。

3.2 洞门预埋钢环检查测量

洞门钢环的安装定位是在作车站连续墙的过程中进行,由于车站施工往往是另一施工单位，钢环的制作和使用是盾构掘进单位，因此钢环安装定位好后，需进行复核检查测量。经双方施工、监理、业主测量单位复核检查完成后，方可进行连续墙砼的浇注，拆摸后再检查一遍，作为最终的钢环姿态，以此来影响盾构机出洞时始发姿态的测量定位和进洞时盾构机的进洞姿态。

3.3 盾构机始发姿态定位测量

盾构机始发姿态的定位主要通过始发台和反力架的精确定位来实现，始发台为盾构机始发时提供初始的空间姿态（见图1），反力架为钢结构，主要提供盾构机推进时所需的反力，反力架的姿态直接影响盾构机在始发阶段推进时的盾构机姿态。始发台事先用全站仪和水准仪精确定位，然后根据盾构机的前体、中体、后体直径的不同，沿垂直于盾构机始发轴线方向上，在前体与刀盘连接的端面上、前中体连接处端面上、中后体连接处端面上、后体盾尾端面上作出准确的里程标记点，并标注至始发轴线的支距，以此来检查盾构机放在始发台上之后的姿态，一般盾构机出洞就是便于加速的下坡地段，且始发阶段不能调向，所以在始发台定位时要预防盾构机脱离始发台、导轨和驶出加固区后容易出现的叩头现象，因而要抬高盾构机的始发姿态20mm左右；反力架的安装和定位主要做到使反力架 <±2 3.4 长度可以加设副导线，构成导线环，以便检核，也可提高导线的精度。南京地铁南北线一期工程许~玄区间长度860m，洞内控制测量误差估算值为0.015m，考虑洞内轨枕和管线，布设一条直伸支导线，直线和半径大于800m的曲线段导线边长≥150m，测角中误差要求达到±1.8″，测距相对中误差达到1/60000，导线点设置为强制对中点（如图2），用10mm的钢板预先加工好，用三颗Φ14的膨胀螺栓锚在砼管片上，位置靠近边墙以观测方便为原则，避开洞内运渣车辆的干扰，这样同定向测量、地下趋近导线一起，观测时仪器均采用强制归心，由于刚衬砌成形的砼管片不太稳定，避免导线点的空间位置发生变化，强制对中点要距刀盘200m左右布设；水准点可借助安装好的管片螺栓，在螺栓头棱角突出处作一标记点，位置选在导线点附近。观测时采用2″、2+2ppm以上的全站仪，左右角各测6测回，左右角平均值之和与360o较差≤4″，边长往返观测各4测回，往返观测平均值较差≤2mm，每次延伸控制导线前，对已有的相邻三个点进行检核，几何关系无误后再向前传递，水准控制点引测，先检查两个相邻已知点，然后按南京地铁南北线一期工程有3个盾构标，4台盾构机，其中3台是德国海瑞克的土压平衡式盾构机，该机有一套与之相配套的自动测量控制系统VMT（如图3）该系统主要有ELS靶、徕佧TCA系列全站仪+参考棱镜、黄盒子、计算机（PC机）五部分组成，ELS靶安装在盾构机前体上，全站仪和参考棱镜放于锚在砼管片上的吊篮上，PC机安装了SLS-T数据交换、姿态测量、管片拼装软件，盾构机推进时全站仪定时自动发射激光至ELS靶，ELS靶接受的信息通过数据传输电缆传至PC机，经过软件处理转化成较为直观的盾构机姿态，在直角坐标系中形象显示，由于盾构机预留的测量空间和电缆长度有限(120m)，需要不定时地进行全站仪的搬站，即进行施工导线的延伸测量。3.5.2 施工导线延伸测量

盾构机的构造形式及其预留的有限测量空间（如图4），决定了施工导线只能是一条支导线，每次进行施工导线延伸测量时，先在衬砌好管片的适当位置安装吊篮（如图5），全站仪直接利用已复核的导线点测出吊篮的坐标，然后移动全站仪至延伸点，延伸点距刀盘的位置不能太近，以避免衬砌管片初期沉降、盾构机掘进振动而影响延伸点，但是作为延伸点的吊篮不能立即出现在主控制导线的观测范围内，只有当盾构机掘进50m左右时，才能利用主控制导线点进行复

观测中线、水平，只有通过其预留的有限测量空间，精确测出ELS靶下前视棱镜的三维坐标，将坐标转化为棱镜中心至盾构机轴线的平面支距，然后与盾构机制造时的设计值比较，此较差应和PC机桌面上的中线、水平偏差一致，通过复核，使盾构机推进轴线最优化。3.7 衬砌环管片拼装检查、隧道净空限界测量

衬砌环管片拼装完成后，PC机上显示的管片姿态是在即将安装管片时，靠人工量取管片的盾尾间隙，然后输入计算机，通过SLS-T的管片安装软件计算而

得的。由于人工操作误差、推进时管片承受巨大的压力和管片背衬注浆的压力，管片在推进的过程中难免会发生位移，稳定后的管片实际姿态需要用人工方法进行检查测量，直线上每10环、曲线上每5环检测一次。管片姿态检测方法较多，广州地铁二号线三～火区间采用的是最小二乘曲线拟合的方法，需均匀测出同一环管片上任8-12个点的三维坐标，从而计算出管片环的中心坐标和环的椭圆度，这种方法受盾构机零部件的遮挡，不易操作，而且测量工作量大、计算过程复杂；南京地铁南京站～许府巷～玄武门区间采用的是确定管片环端面中心的平面、高程，即将一根带有管水准气泡的5m精制铝合金尺水平横在管片环两侧，尺的中央就是环片的中心，然后用全站仪直接测出其中心坐标，或者测出尺的两端点坐标，取平均值即为环片的中心坐标；高程直接用水准仪配合塔尺，测出环片中央上、下的最大读数，算出环片的实际竖径，然后由下部或上部高程推算即可。3.8施工测量资料管理与信息反馈

盾构机在推进时，VMT时刻都在自动测量，PC机同时也在进行记录，除了人工进行观测和监理、业主测量队下发的测量资料，PC机储存的大量测量资料需要定期的进行备份，并输出来分析检查，特别是管片的资料，在南京地铁许府巷~玄武门区间右线刚开始，通过拼装管片的检查测量，发现稳定后的管片的高程较拼装时高了40mm左右，有的甚至超限，几乎每隔几十环，就会出现这种情况，后来经过仔细调查和跟踪测量，发现管片在注浆后和拖出盾尾时，都要出现上浮，将此信息反馈给盾构操作手，通过调整上、下管道的注浆压力、速度（由于注的是双液浆）和盾构机推进时的高程，逐步解决了这一问题，并为以后掘进提供了值得借鉴的经验。3.9 贯通误差测量 地铁隧道的贯通面一般是盾构机进洞的预留洞门端面。如南京地铁许府巷~玄武门区间的贯通面在玄武门站洞门预埋钢环面上，贯通时进行了隧道的纵向、横向、方位角和高程的误差测量。

3.10 竣工测量

地铁隧道完成后，要进行竣工测量。根据≤南京地铁南北线一期工程测量技术规定≥，南京地铁南京站～许府巷～玄武门区间的竣工测量，主要进行了隧道的断面净空、中心线、高程和隧道掘进长度计算以及竣工测量图的绘制。4 施工测量与盾构施工各工序的衔接管理 在进行盾构隧道的各项施工测量过程中，测量工作常常与盾构的其它施工工序相互交错进行。进行联系测量，在地面趋近点支镜时，尽量避开龙门吊的起吊作业时间，否则，测量时应设2～3人，其中1人专门防护龙门吊的起吊对仪器的操作安全，也确保施工过程的正常、顺利进行；检查预埋钢环的测量，应在钢环固定后、浇注砼连续墙的脚手架搭设前进行，测量时，设专人看护，避免机械、物体伤及人和仪器；在洞内进行各施工测量时，应遵守有轨运输的行车安全规则，如：在轨道上架设登高设备进行导线延伸测量、在轨道内进行管片的检查测量、在盾构机停掘，利用管片安装的间隙时间进行的盾构机姿态人工复核测量等，既要协调好电瓶车的行车（出碴、运输管片）时间，又要把握好管片的安装及注浆时间。5 结束语

5.1地铁盾构隧道施工测量过程导线控制点均采用强制对中点，消除了仪器的对中误差，同时操作方便，节省人员和时间，提高了工作效率，也便于桩点的保护。

篇2：地铁盾构施工测量技术

，

如果有斜井或通道，也可以用水准测量的方法向井下传递高程。如果全站仪的仰俯角不大的话还可以直接用全站仪三角高程测高差的办法传递高程。

篇3：沈阳地铁二号线盾构施工测量

城市地铁已成为大城市现代化交通工具，世界各大城市和我国主要城市正在积极规划和筹建城市地铁。地铁是一个综合体，建设一条高质量的地铁，需由多学科综合技术构成，除了高标准的设计、先进的施工设备、工艺、材料外，主要还取决于施工的精度，所以有效合理的测量措施是实现高标准设计和施工精度的保障。盾构施工以其独特的施工工艺特点和较高的技术经济优越性，在隧道施工中得到广泛采用。盾构法与传统地铁隧道施工方法相比较，具有地面作业少、对周围环境影响小、自动化程度高、施工速度快等优点。随着长距离、大直径、大埋深、复杂断面盾构施工技术的发展、成熟，盾构施工方法越来越受到重视和青睐，逐步成为地铁隧道的主要施工方法，与盾构施工相伴而生的盾构施工测量，盾构施工测量不仅要保障盾构机沿着隧道设计轴线运行，还要随时提供盾构机掘进的瞬时位置。

沈阳地铁二号线包括沈阳歧山路站～沈阳北站站区间的左、右线隧道以及连接左右线隧道的联络通道。区间线路自歧山路沿北陵大街由北向南至北京街。线路在竖向为“人”字形坡，线间距最小为12m，线路最大坡度为-6‰。隧道断面均为标准的单线单洞区间隧道，平面分别为R=350m及R=800m带有圆曲线的缓和曲线，盾构法施工。本文根据沈阳地铁二号线盾构法施工的实例，结合现代工程测量新技术，从理论和方法上研究盾构隧道测量的方法、特点。

1 盾构施工前测量

1.1 平面控制点复测

平面控制点复测是对地铁施工沿线路方向测设的精密导线进行检验测量。平面控制点在使用前必须进行复测，平面控制点复测按精密导线技术要求进行施测。

1.2 高程控制点复测

高程控制点复测按精密水准方法进行。观测方法:奇数站上为后—前—前—后;偶数站上为前—后—后—前。主要技术要求:每千米高差中数偶然中误差≤±2mm;每千米高差中数全中误差≤±4mm;观测次数为往返测各1次。

2 盾构施工中测量

2.1 盾构机始发测量

盾构机始发位置测量。在完成盾构机组装后，利用导线点和水准点对盾构机的切口及盾尾进行测量，准确测出切口和盾尾中心的三维坐标。采用坐标放样法精确放样出盾构机始发的位置和导轨的位置;严格按照规范要求对盾构机始发的安装摆放进行施工指导。

采用四等水准测量的方法精确放样出导轨的安装高程和盾构机的高程，以保证盾构机能够顺利进入设计的预留洞口。

测量过程中严格遵循测量规范要求，测三次，并取其平均值为最终结果。平面坐标测量纵横坐标误差小于3mm，高程误差小于3mm。

2.2 反力架位置确定测量

盾构机组装结束到达指定位置后，应进行反力架的定位与安装，经内业资料进行反力架位置计算后，采用极坐标法在施工现场实地放样出反力架左右立柱的准确位置，放样精度控制在3mm之内。

盾构机初始状态主要决定于始发托架和反力架的安装，因此始发托架的定位在整个盾构施工测量过程中显得格外重要。盾构机在曲线段始发方式通常有两种，切线始发和割线始发，两种始发方式示意图见图1。

始发托架的高程要比设计提高约1～5cm，以消除盾构机入洞后“栽头”的影响。反力架的安装位置由始发托架来决定，反力架的支撑面要与隧道的中心轴线的法线平行，其倾角要与线路坡度保持一致。

2.3 导向系统仪器站点和后视点点位测量

导向系统采用吊篮的方式固定于车站中板顶部或衬砌管片上方(布置如图2所示)，采用强制对中点位，利用地下加密导线点和水准点进行测设，其测量方法和精度要求严格遵循控制网加密点各项指标要求。导向系统采用全自动全站仪配合掘进管理系统实时测量盾构机在掘进过程中的瞬时姿态，测量时间间隔为2min。在掘进过程中随盾构掘进的长度增加，不断更换仪器站点点位(具体更换频率结合施工要求和曲线转弯半径，大概为曲线段50环/次，直线段80环/次)。更换时采用自动测量系统自测，人工测量复测的方式，增强仪器点位的准确性和精度要求。具体的导向仪器站点和后视点点位剖面图如图2所示。

2.4 盾构姿态测量

在盾构施工的过程中，为了保证导向系统的正确性和可靠性，在盾构机掘进一定的长度之后，应通过洞内的独立导线检测盾构机的姿态，即进行盾构姿态的人工检测。

2.4.1 盾构姿态的计算

盾构机作为一个近似的圆柱体，在开挖掘进过程中不能直接测量其刀盘的中心坐标，只能用间接法来推算出刀盘中心的坐标。如图3所示，A点是盾构机刀盘中心，E是盾构机盾体断面的中心点，即AE连线为盾构机的中心轴线，由A、B、C、D、四点构成一个四面体，测量出B、C、D三个角点的三维坐标(xi,yi,zi)，根据三个点的三维坐标(xi,yi,zi)分别计算出LAB,LAC,LAD,LBC,LBD,LCD，四面体中的六条边长，作为以后计算的初始值，在盾构机掘进过程中Li是不变的常量，通过对B、C、D三点的三维坐标测量来计算出A点的三维坐标。同理，B、C、D、E四点也构成一个四面体，相应地求得E点的三维坐标。由A、E两点的三维坐标就能计算出盾构机刀盘中心的水平偏航、垂直偏航，由B、C、D三点的三维坐标就能确定盾构机的仰俯角和滚动角，从而达到检测盾构机姿态的目的。

2.4.2 盾构姿态自动测量系统

盾构姿态测量是实时测量盾构机的现有状态，及时指导盾构机纠偏。由于区间隧道线路施工工期较紧，测量任务繁重，若采用以前人工测量盾构瞬时状态，将给测量工作带来相当大的压力;盾构测量要求精度高，不出错，还必须速度快，对掘进工作面交叉影响要尽可能小。为此，盾构机配置了盾构姿态自动测量系统，在确保精度符合要求的前提下，快速、准确、实时地给出盾构机空间位置与方位姿态。

图4是盾构姿态自动测量系统界面。盾构姿态自动测量须先输入所有管片中心坐标或隧道线形，经过系统处理后可在显示屏上显示实时盾构姿态。

实时姿态主要参数:

切口偏差—水平/垂直(mm)

盾尾偏差—水平/垂直(mm)

方向偏差—角度值(°)

转角—角度值(°)

坡度差—角度值(‰)

虽然盾构机配有自动测量系统，但在实际施工过程中，还需要做好人工测量工作，经常对自动测量成果进行校核，确保自动测量系统的准确性。

2.4.3 盾构掘进实时姿态测量精度要求

盾构姿态测量主要内容包括横向偏差、竖向偏差、俯仰角、方位角、滚转角和切口里程。盾构姿态的计算精度满足表1要求。

2.5 隧道管片的法面测量及姿态测量

2.5.1 隧道管片的法面测量

区间使用的土压平衡盾构机内径为6150mm，管片外径为6000mm，即盾构机内径与管片外径间有75mm的间隙。法面测量不准或测量不及时，会出现管片安装困难、管片破碎、管片错缝的现象。因此管片的法面测量也非常重要。管片的上下法面(俯仰度)相对好测一些，可利用吊线锤的方法来解决;左右法面的测量可用反射片测出该环管片左右两边对称点坐标并计算出其实际方位角，与理论方位角比较，计算出左右法面的偏差。另外，隧道平面曲线的特征点和隧道的纵断面的变坡点是管片法面测量的重点。

2.5.2 管片姿态测量(即“倒九环”测量)

“倒九环”测量即是测量当班施工最终环号(包括该环)后九环的上下、左右偏差。通常用带水平气泡的5m长尺来测管片的左右偏差，左右偏差测量的方法是把5m长尺水平放置在所测环的大里程，把经纬仪对准后视水平度盘置零，然后瞄准长尺，把水平度盘拨至根据事先计算好的理论角度，直接读出水平尺上的数值，即是该环的左右偏差。若读数在水平尺中心右侧，则说明隧道偏左，反之则偏右。上下偏差测量的方法是放一水准尺于所测环的大里程的底部，根据隧道内的高程控制点测出该环大里程的高程，通过与设计高程比较得出该环管片的上下偏差。通过测量此偏差，可以反映出管片的错缝情况、管片在盾构机内和出盾尾后的变化情况以及管片最近两天的偏差变化情况。以便于及时调整注浆、推进速度等施工参数。管片姿态测量频率为2次/天，在特殊情况下加大测量频率，及时为盾构施工提供准确及时的指导依据。具体的倒九环测量和计算方法见表2。

在日常测量中，测出左长Z1、右长Y1、距离L1和盾尾间隙J1、J2、J3、J4，另外设计坡度也是已知的，表2中的其他数据都由此计算出来。

通过计算，得到的实际坡度、左长、上长就是和设计数据比较的值，通过检验差值是否超过规范要求的限差，就可以检验出平面上的实际挖掘情况是否符合要求。

3 通过AutoCAD作图法求盾构姿态探讨

通过几何解算盾构姿态方法的缺点是在内业计算时，如果用人工手算，其工作量相当大，而且难免出错，因此在进行解算时，可利用AutoCAD进行作图求解，相对于用几何方法解算，速度要快很多，其操作过程如下。

如图5所示，首先是把隧道中心线(三维坐标)通过建立CAD脚本文件输入CAD中，这个工作一个工地只要做一次。然后是把所测参考点1、10、21的坐标(三维)输入到CAD里面。分别以1、10、21为球心，以1、10、21到前点的距离为半径画球，求三个球的交集。用鼠标左键点击交集后的体，就可以找到两个端点，这两个端点到1、10、21的距离就分别等于1、10、21到前点的距离。然后根据盾构掘进的方向，舍去其中一个点。同样方法把后点在CAD里画出来。由于后点通过求交集的方法求出的两个端点距离很近，通过盾构机的掘进方向很难判断，于是通过前点到后点的距离来判断。画出前后点的位置后，通过前后点向隧道中线做垂线，通过测量垂线在水平和垂直方向上偏离值来求解盾构机前后点的姿态。盾构机的坡度=(Z前-Z后)/L×100%(L为盾体前后参考点连线长度)。根据测量平差理论可知，实际测量时，需要观测至少4个点位以上，观测的参考点越多，多余观测就越多，因此计算的精度就越高。比较VMT导向系统测得的盾构姿态值和人工检测的盾构姿态值，其精度基本上能达到±5mm之内。

4 结束语

由于盾构机的VMT导向系统必须有控制测量的支持才能运作，所以控制测量是盾构隧道测量的基础。为了保证隧道的顺利贯通，首先要做好控制测量，然后是保证导向系统的正常运行，定期对盾构姿态进行人工检测，保证导向系统的正确可靠。加强管环姿态检测，及时发现管环的位移趋势，防止管环安装侵限，加强管环姿态检测的同时也是对导向系统的复核。

参考文献

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篇4：地铁盾构施工测量技术

关键词：地铁；盾构施工；测量手段；方法分析

中图分类号： U25 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）27-48-2

1 地下导线如何提高精度

在地铁的隧道中，地下导线是贯穿测量隧道的一条导线分支，它主要为盾构的推进指导方向，因此必须确保地下导线的准确性。对此，在进行定向测量的过程中，就可以设置交叉导线，并且在设置每一个新的交叉导线的点时，都能通过这两条交叉的导线来测量其所在的坐标，然后对其进行检查和审核，确认无误后，就将其平均值用作这一交叉点的测量值。

在曲线隧道部分，可以利用跳站的方式来进行观测，即间隔一个或几个站点来进行观测，从而形成一个跳点导线，见图1。在直线隧道部分，就需要在每一个吊篮上安装两个观测的平台，从而使左右构成两条导线，最后交会于新点处，这样不仅能够保证测量出来的数据具有较强的可靠性，同时还能保证地下导线具有较高的精度。

一般情况下，导线点主要是建立在管片仪器的侧面或者顶部的平台上，这个仪器主要使用强制归心，测量工作人员可以在走道板或者吊篮上进行观测，而不与仪器台接触，这样就能保证仪器具有较好的稳定性。提高地下导线精度的具体措施为：①使用双导线或者交叉导线点的方法；②测量地下导线时，横向贯通中边长误差的很小，而存在的误差主要来源于测角误差，通过估算能够对其进行控制。

2 定位测量盾构姿态

定位盾构姿态主要就是按照导线点对盾构掘进的位置和方向进行精确定位。

定位盾构姿态的方法和途径如下：①在盾构机的中心顶部轴线上，水平固定一个前尺和后尺，并测量两者之间的距离，从而对横向的偏差予以控制。盾构推进的中心轴方向，左侧水平尺以红色刻画，右侧水平尺以黑色刻画，拨角仪器指向红色的水平尺，以“+”进行读数，黑色水平尺以“-”进行读数。②将一根水准尺固定在水平后尺的中心位置，水准尺的底部指向盾构3130m的中心处，然后引测其高程。③用几何原理导出计算公式：

第一，平面部分。盾构机转角修正：

e=前尺：2475sinT

后尺：2640sinT

式中：T——转角，左转为“+”，右转为“-”

第二，切口偏差：

x=-2605（a+b）-a+e

第三，尾部偏差：

y=+2648（a+b）-b+e

第四，高程部分。令坡度為：i，与设计值的差为：

Δ切口=4012i+Δh

Δ盾尾=-2538i+Δh

式中，仰为“+”，俯为“-”；Δh=r-rcosT，它主要是由T这一盾构转角所造成的竖直标尺发生变位的改正数。

④按照几何原理，并利用相关公式来进行计算，确保能够将盾构机的盾尾和切口处的高程以及平面偏差控制在合理的范围内，且每一部分管片推进后都必须进行严格地精度控制，使之保持在规范的范围内。

3 测定隧道中心坐标

在测量隧道中心坐标的过程中，尽管难度不高，但是非常复杂。一般在瓦形环衬的隧道砌洞壁中，洞壁上的环中心无任何明显的标志，因此在测量的过程中，使用的方法一般是测量某一圆周上许多个点的坐标值，并按照二乘最小拟合的方法来对环中心以及环椭圆的坐标进行计算。同时在观测的过程中，需要在地下导线的交点上安置测量的仪器，然后将特制棱镜安装在隧道砌洞壁圆周的每一个点上，并针对每一个点测量其三维坐标。拟合计算的方法主要是按照普通的曲线闭合时的方程来计算的。

以某市地铁2号线为例，对于测量隧道的中心坐标，我们采用了一种非常简单的方法，并经大量的实践应用证明，这种方法的测量效果非常好（与上述计算方法所得结果的偏差均处于10mm之内）。方法具体内容为：①确定环片平面的中心位置，确定中心点的方式为：将一根长度为5m的铝合金精制尺，横放在隧道环的左右两侧，并利用水准器来校正标杆，使之处于水平位置，这时标杆的中心点则是环片的中心点。然后采用全站仪向中心位置瞄准，并测出中心点的坐标。②确定中心标高，使用一根塔尺，长度为5m，并将其放置在环片上下最大读书处的中央位置，然后利用水平丝读数上下尺，并将读数相加，从而得到竖径值。最后将每一个环片的底部高程与竖径值的一半相加，就能得出各个环片的高程。

4 计算方法

在掘进盾构的过程中，通过对盾构的中心位置的测定，纠正盾构的姿态定位。在直线上，对隧道设计中心的坐标进行计算非常简便，但是在弯道上，其计算的方法与地面曲线上的中心坐标计算存在较大的差异。在细部放样曲线上，由于具有超距e与超高h，因此施工的曲线与设计的曲线就会存在不一致的现象。而设计曲线一般是指铺设在隧道内的中心轨道上的曲线，即实线轨迹的中心部分；施工曲线则指的是隧道中心确定的曲线，也是掘进盾构的曲线，即虚线轨迹的中心部分。当设计曲线与掘进盾构曲线两者的圆心相互重合时，缓和曲线上的e（超距）就会慢慢减小或者增大，但是在直线上则为零。

计算结果表明，当超距e=0.149m时，超高h=0.120m。隧道中心轨道上的曲线，其半径则按照R′=R-e这一公式来计算每个点的坐标值。

在掘进盾构的过程中，针对影响超距设计曲线的坐标计算，有如下计算公式可以参考：

①计算缓和曲线上的任意点坐标。先计算切线点支距的坐标（见下图）：

x=l--e

sin

y=l-+e

cos

式中，lo为缓和曲线的长度；l为从ZH点起算的弧长。

坐标转换：

X=XZH+xcosθ-ysinθ Y=YZH+xsinθ+ycosθ

在起始位置，θ=A；在终点位置：θ=A+T+c，且XZH?XHZ，YZH?YHZ。

②计算圆曲线上任意点的坐标。圆心坐标（X0，Y0）的计算：

C=A+T+（c-T）/2 X0=XQZ+R′cosC Y0=YQZ+R′sinC

式中，（XQZ，YQZ）为圆曲线的中点坐标；R′=R-e。

圆心到HY点的方位角B为：

B=C-（T-2U0）/2+c=A+U0+3τ/2

如果任意一点距离起点（HY）的弧长为L，则圆曲线上的任意一点的坐标则为：

X=X0-R′cos（B+L/R′） Y=Y0+R′sin（B+L/R′）

5 总结

综上所述：①对于地铁隧道中所设置的地下导线，测定其导线点的方位角以及坐标一般采用的是支导线方法。支导线则指使得未进行检测和审核的自由导线，在隧道盾构施工的过程中，未经检测和审核的数据是不被认可的，因此隧道盾构施工的过程中，必须保证每个测量的数据都是可靠的。②在定位盾构姿态时，阐述了定位的方法和措施，分析了影响的所有因素，并逐步进行了改正，以控制误差。③针对在隧道盾构施工的过程中，设计曲线与施工曲线均存在的超距以及超高问题，推导出了相关的计算公式，并进行了详细的计算，从而有效地解决了施工过程中存在的相关问题。

参 考 文 献

[1] 曹振.西安地铁盾构施工安全风险评估及施工灾害防控技术[D].西安科技大学，2013.

[2] 白永学.富水砂卵石地层盾构施工诱发地层塌陷机理及对策研究[D].西南交通大学，2012.

[3] 徐顺明.广州轨道交通盾构隧道施工控制测量的研究[D].武汉大学，2012.

[4] 杨哲峰.苏州地铁盾构近接施工力学机理与控制技术研究[D].中国地质大学，2015.

篇5：地铁盾构施工测量技术

盾构施工技术，顾名思义，其以盾构机为主要施工设备进行施工。盾构机具有坚强的盾构钢壳，可以为地下挖掘施工提供极为可靠的安全保障。在盾构机挖掘行进过程中，盾构机的尾部同步进行持续的注浆作业。注浆作业可以最大限度降低盾构机挖掘过程中对周围土层的扰动，从而保障隧道的稳定。盾构机由刀盘、压力舱、盾型钢壳、管片和注浆体等部分组成，各部分各有作用，又相互配合，协调运转，使得盾构机挖掘作业得以顺利实施。盾构机在土层中的`挖掘作业实际上包括三方面内容，一是确保开挖面稳定，二是挖掘并排出土壤，三是进行补砌和注浆作业。

篇6：地铁盾构施工测量技术

摘要地下盾构穿过复杂的富水地层时地层极易失水而造成地面沉陷。结合工程实例，阐述了采用注浆技术解决此类问题的技术思路、方法及具体实施工艺。关键词盾构施工 地表沉降 注浆控制

1引言

随着城市化的快速发展，城市所面临的交通、土地矛盾日益突出，因而，地下隧道交通及各类地下工程成为解决矛盾的一个重要方面，大量的地下工程建设引发的地面沉降，地面塌陷和地面裂缝层出不穷，如何避免和防止城市地铁工程建设中的地面变形地质灾害问题已成为地铁工程建设中的重要课题。

2地铁工程产生地质灾害的工程地质特性

在城市地铁工程建设中，地质灾害多发的地层一般为松散人工堆积层，河相、湖相或滨海相沉积覆盖层，岩层多为软弱、裂隙发育或风化强烈或岩溶发育的地层，具体有人工杂填土层、砂层、粉细砂层、砂砾(卵)石层或孔隙率高的黏土层、淤泥层、透水性强的构造破碎带、强风化、中风层、以及岩溶地层。这类地层的普遍特性是高孔隙率、高含水、高透水性。

3地质灾害成因分析

在城市地铁工程建设中，无一列外不是必须对地层实施开挖、掘进，实际上，在对原始地层进行开挖、掘进的过程，即是对地下水文工程地质环境的破坏过程，它不但改变了地层的应力结构，即使在构建起人工结构后，也强制地层应力进行重新分布、平衡，在这个过程中，必然引起地层变形的发生，严重的引起地面变形沉降、开裂，建筑物变形、开裂。尤其是高地下水位条件下，地层开挖掘进时，大量地下水沿开挖面流失并排出，造成地下水位大面积下降，从而引发一系列地面地质灾害问题。

4典型沉降变形控制及防治技术

4． 1盾构施工引起地面及建筑物下沉并变形开裂 4． 1． 1灾害现象及成因

在某地铁施工中，当向盾构机土仓加压至2． 3 bar时，发现盾构机部位地面出现隆起的现象，且地面补注浆孔施工时所挖的探槽多点窜气;监测数据显示地面下沉幅度较快。2009 年6 月10 日晚 11 时，盾构机盾尾上部的地面建筑物—汽车修理厂部分地面突然下沉，面积约40 m2，下陷深度约2．5 m，同时出现房屋基础的独立柱下沉，墙面开裂。

根据区域详勘和补勘阶段地质资料，盾构机所处部位(地表以下约 22 ～28 m)区间地层为: 上覆第四系覆盖层，覆盖层主要为冲积 ～ 洪积土层及残积土层。下伏基岩为风化花岗岩、花岗片麻岩和花岗岩。基岩包含全风化、强风化、中风化三个风化岩带。隧道区间大部分位于全、强风化层，地层空隙率较高，中、强风化层为富水地层。水压大且具有连通性。

根据水文工程地质条件及盾构施工情况综合分析，引起地面下沉及建筑物变形的主要原因为:盾构机在穿过覆盖层及风化软弱地层时，因外围未形成有效防护，在地层土压力及水压力作用下，随着盾构机的掘进，大量泥水混合物涌进土仓造成严重超挖及水土流失，致使隧道顶部地层在上覆压力作用下发生变形坍塌，变形坍塌不断延伸从而导致地面塌陷变形、建筑物变形开裂。4． 1． 2治理技术方法

(1)方法与步骤

①首先采用混凝土对塌陷区进行回填;

②对修理厂房屋地板以下的脱空区进行回填灌浆处理;

③采用黏土水泥复合浆液将盾构机土仓回填密实;

④采用黏土水泥复合浆液在盾尾形成止水环，控制已掘进完成的隧道管片与围岩间的水流和部分裂隙水;

⑤采用黏土水泥复合浆材从汽修厂车间地面对盾构机土仓周边地层进行帷幕灌浆施工;

⑥在上述工作完成后，利用盾构机上预留的超前注浆孔进行适当补强。

(2)施工工艺

①灌浆材料。

由于盾构机刀盘前方地层空隙率高，且地层富水，要求止水灌浆不能固住盾构机。采用黏土复合浆液或复合膏浆先进行充填灌浆，然后再采用部分mj 双组分低强度化学浆材进行止水。

②采用黏土水泥复合浆材将盾构机土仓回填密实。

利用盾构机土仓胸板上的注浆孔，采用排水与注浆结合的方式，对土仓内空间分 3 ～4 次将土仓空间注满。注浆材料初凝时间 6 ～12 min，3 d 抗压强度 0． 3 ～1． 0 MPa。

③通过注浆在盾尾形成止水环。

为减少土仓水的来源，对已形成隧道的管片与围岩间的水流和部分裂隙水通过注浆进行控制，并在盾尾后形成较宽的止水环。止水环灌浆孔布置于盾尾后的第 3 ～ 9 环间的管片拼装孔(或缝)上，先施工管片上的拼装孔，按 3 排一个循环进行施工。止水环施工前先将需处理环间管片上的拼装孔钻穿两个，量测排水量和水压，并做连通试验。处理过程中用球阀封闭排水，灌浆压力 1 MPa。灌浆结束标准: 单位吸浆量不大于 1 L/min，持续 10 min。

注浆材料为黏土水泥复合浆材，初凝时间16 min，3 d 抗压强度 1 MPa。特殊情况下灌入化学浆材或速凝双液浆止水。

④用低强度化学浆材回填盾壳与围岩间间隙，防止盾壳被固住。

为保证盾构机盾壳不会被较高强度的灌浆材料固住，在对掌子面注浆前先用低强度的溶液型浆材充填盾壳与围岩空间。回填过程应与盾壳周边的排水结合，让浆材尽可能充填满。回填压力应小于 0． 6 MPa。

⑤地面注浆帷幕。

要求在盾构机土仓周边形成止水帷幕体，并对掌子面进行适当加固，施工完成后要求能将盾构机前行部位达到基本止水和空隙地层的有效充填，设计在盾构机土仓部位周边布置钻孔，加固底板深度30 ～ 32 m，刀盘前方 4 ～ 6 m，钻孔轴线距刀盘左右各 2 m，隧道顶部 4 m。钻孔垂直盾构机轴线布孔 5～ 6 排，排距和孔距 1 ～ 1． 2 m，盾尾与刀盘部分以上孔深距隧道顶 1 m。

灌浆浆材采用黏土水泥复合浆，初凝时间16 min，3 d 抗压强度 1 MPa。为提高浆材的固结强度，施工中可将水灰比调为 1∶ 1，其他参数不变。

灌浆采用压力为 0． 3 ～ 0． 6 MPa。以盾构机土仓内最大压力不超过 3． 5 bar 为上限控制标准。

当吸浆量小于 1 L/min 时，再持续灌浆 30 min后结束灌浆。

⑥超前注浆。

超前注浆作为地面注浆的补充，施工过程要求钻孔与灌浆紧密结合，钻完一孔即灌浆一孔，不得同时施工多孔，防止对地层的扰动。不一定需要将所有的预留孔全部施工，应根据地层的加固效果确定孔数和施工的深度。

实际上，盾构机在土仓壁上已布置有超前注浆孔施工位置(见图 1)，先沿盾构机轮廓预留的超前注浆孔布置 9°外倾孔，孔深约 5 ～ 7 m，实际入土或入岩深度为 2 ～ 4 m，要求钻孔尽量深;再施工水平孔，各类孔均分三序施工;施工过程中应采用孔口导流和适当封堵，尽量防止水和泥沙大量涌出，使地层失水加速下沉。

灌浆: Ⅰ序和Ⅱ序孔灌入黏土水泥复合浆液，要求浆液 7 d 强度大于 3 MPa，初凝时间约 6 ～12 min;Ⅲ序孔灌筑低强度速凝高分子止水材料。施工中，在盾构机土仓传感器监测到的压力不超过3． 5 bar 情况下，尽快达到灌浆压力，或者保证注入率大于 30 L/min，直到该孔基本不吸浆 30 min 后停灌。所有黏土水泥复合灌浆孔全部施工完毕后，待凝 24 h 后再进行Ⅲ孔的钻孔灌浆。

灌浆过程以盾构机土仓传感器压力小于3．5 bar为控制标准，在土仓压力不上升情况下灌浆压力尽可能大，但应确保地面不冒浆。

4． 1． 3治理完成可恢复掘进施工的条件

在土仓超前注浆孔上适当部位布置检查孔，如果钻孔不塌孔，且渗水量不大于 5 L/min，则可以启动螺旋出土器出土，然后再开闸检查，确认土仓无明显渗水及流土，则可恢复掘进施工。4． 2盾构换刀预防地面沉降加固技术 4． 2． 1工程概况

隧道由两条单线单洞区间的盾构法隧道组成。设计里程为 Y(Z)DK-0-631． 525 ～ Y(Z)DK-2-411． 300，右线隧道长 1 779． 775 m，左线隧道长1 784． 897 m(长链 5． 122 m)，全长 3 564． 672 单线延长米。区间沿线地面条件复杂，经过地面设施主要有城市交通主干道、河涌、高架桥、建筑物等，车流量大，人员密集，建筑物稠密。

截止 2009 年 9 月 5 日，右线海瑞克盾构机掘进到 647 环，隧道埋深 25 m，盾构机所在位置地面为一工商学院院内，海瑞克盾构机盾尾距学生宿舍 9号楼净距 2． 6 m，刀盘距学生宿舍 10 号楼净距离为5． 11 m，两栋房屋均为框架结构，锤击灌注桩基础，A072 栋房屋桩长 13 m，A070 栋房屋桩长 15 m。左线小松盾构机掘进到 550 环。

左右线盾构机位置见图 2。

4． 2． 2工程地质及水文状况

(1)工程地质情况

在 ZDK-1-435 处，隧道断面主要地层为 ＜7H ＞和 ＜9H ＞;在 YDK-1-433 处，隧道断面主要地层为＜ 7H ＞、＜ 9H ＞，隧道上部为 ＜ 6H ＞ 地层。

花岗岩残积土 ＜5H-2 ＞ : 呈褐黄、灰褐色，硬塑状，黏性差，含有石英砂粒，遇水软化、崩解。

强风化花岗岩 ＜ 7H ＞ : 呈褐黄、灰褐、浅黄、浅灰色等，风化强烈，原岩组织结构大部分风化破坏，但原岩结构清晰可辨，岩石风化裂隙发育，风化不均，岩芯呈半岩半土状、碎块状，局部夹中风化岩块，岩质极软，岩块用手易折断，具遇水易软化、崩解特点。

中等风化花岗岩 ＜8H ＞ : 呈深灰、灰白、浅黄等色，中细粒结构，块状构造，组织结构部分破坏，裂隙较发育，岩石硬，较破碎，裂面伴有铁染，岩芯多呈碎块状，少量长、短柱状，风化不均匀。

微风化花岗岩 ＜9H ＞ : 呈深灰、灰白色，块状结构，裂隙较发育，岩石坚硬，较完整，岩芯多呈长、短柱状，少量块状，锤击声脆。

(2)水文地质情况

本区段地下水有第四系孔隙水及基岩裂隙水两种类型。

一种是其富水性较好，透水性强，属中等 ～ 强透水地层;根据其赋存条件，一般为潜水特性，对局部埋深比较大，上覆土层较厚地段具弱承压性特点。

另一种是基岩裂隙水主要赋存于基岩强风化、中等风化的裂隙中，地下水埋深一般为 10 ～ 20 m，由于岩性及裂隙发育程度的差异，其富水程度与渗透性也不尽相同，一般比较差。由于强风化带上部全风化岩和残积土以土性为主，透水性差，一定程度上起到相对隔水作用，因此本基岩裂隙水具承压水特性。4． 2． 3换刀加固技术方案

小松盾构机拟在 646 环(刀盘在 ZDK-1-436)处检查及更换刀具，考虑到小松盾构机压气作业较困难，需采取地层预加固后常压进仓检查及更换刀具，故此需对检查换刀位置处的地层进行加固。考虑到右线海瑞克盾构机带压作业时掌子面易失稳坍塌，且在目前停机位置(647 环)需更换刀具后方可继续推进，因此需对右线海瑞克盾构机前方地层进行加固，常压开仓更换刀具。刀盘前方地层为 ＜5H － 2 ＞、＜ 6H ＞、＜ 7H ＞、＜ 9H ＞ 等地层，地面为工商学院内空地，结合以往施工经验，盾构换刀加固采用地面前进式注浆加固。

(1)地面注浆加固方案

对刀盘前方掌子面从地面采用前进式注浆加固土体;盾尾后两环径向注浆形成止水环阻止后方的水流进入土仓;盾壳上的预留径向孔径向注入快速止水高分子材料，对盾壳周围的间隙封闭止水，并起保护作用。

①对盾尾后两环管片的注浆加固。对盾尾后部两环管片径向孔(每环管片 6 个吊装孔)用双液注浆。注浆深度穿透管片背后土体 1 m。

②对盾壳背后注入快速止水高分子材料。利用盾构机壳体上的径向注浆孔向盾壳周圈注入快速止水高分子材料，注入压力小于 1． 0 MPa，将盾壳周围空隙填充密实，起到止水和利于盾构机脱困的目的。

③对刀盘前方土体加固。从地面采用前进式注浆加固，加固范围为: 盾构机刀盘前方沿线路前进方向隧道边线左右各外扩 1 m，布设 2 排注浆孔。加固孔位采用梅花形布置，孔间距 1 200 mm，排距600 mm，加固深度为隧道上方 3 m 至 ＜ 9H ＞ 地层0． 5 m。

(2)对右线海瑞克盾构: 先对盾壳上的预留径向孔径向注入快速止水高分子材料;再从盾尾后两环径向注浆形成止水环;之后从地面采用前进式注浆加固刀盘前方土体。土体加固完成之后，人工在常压状态从人闸口进入土仓清除土仓内的渣土，并对刀盘开口部位采用木板封闭，在清仓的同时进行原位换刀;换刀结束后，转动刀盘，取掉封闭刀盘开口的木板，关上仓门;对土仓内采用膨润土 + 粉煤灰 + 砂浆液回填;再进行盾构推进。

(3)对左线小松盾构: 先从地面采用前进式注浆的方法对拟换刀位置的刀盘前方进行土体加固，盾构推至加固体 0． 5 m 后停机;再对盾壳上的预留径向孔径向注入快速止水高分子材料，并从盾尾后两环径向注浆形成止水环;之后采用螺旋输送机出土，人工在常压状态下从人闸口进入土仓检查刀具;如需更换刀具，对刀盘开口部位采用木板封闭并更换刀具;检查或换刀结束后取掉封闭刀盘开口的木板，关上仓门;再进行盾构推进。

通过以上盾构换刀加固技术方案的实施，可确保在盾构穿过复杂地层进行换刀时，在土仓卸压条件下，正常进行换刀作业，并避免因减压而造成水土流失，引起地面及建筑物的沉降破坏。

5结束语

篇7：地铁盾构施工测量技术

目前地铁多处于城市繁华地段,隧道将穿越不同的地面建筑且常遇到复杂的地层,如何根据地层性质,采取不同的掘进模式来控制地面沉降,是工程领域关注的`一个问题.本文通过一个成功案例,从掘进参数、掘进模式、高分子材料对碴土的改良、土仓压力、出土量控制、同步注浆量等关键技术进行了探讨.

作 者：张伟荣 ZHANG Wei-rong  作者单位：广州市地下铁道总公司,广州,510380 刊 名：广州建筑 英文刊名：GUANGZHOU ARCHTECTURE 年，卷(期)： 38(2) 分类号：U2 关键词：隧道   沉降   高分子材料  

篇8：地铁盾构施工测量技术

昌平新区站~南邵站区间自昌平新区站至昌平一期终点, 与一期预留暗挖区间接口相接;区间中间设一风井, 作为盾构始发井, 其中, 区间风井以北, 采取双线盾构法施工, 为单圆断面;区间风井以南区间段采用矿山法施工, 为单洞单线马蹄形断面, 设一临时施工竖井及横通道进行暗挖施工。区间沿线较为空旷, 盾构隧道覆土厚度为10~18m;区间沿内环东路呈南北走向, 到达昌崔路后呈东西走向到达昌平新区站。

盾构区间右线平面布置上隧道设计起止里程为K8+544.7~K9+585.1, 区间全长约为1040.4m, 设置曲线为右JD14 (R=420m) ;纵断面布置上为“V”型坡, 以22‰、3.2‰下坡后, 再以6.4‰上坡;左线平面布置上隧道设计起止里程为K8+544.7~K9+585.1, 其中K9+292.582设置长链21.582, 区间全长约为1061.982m, 设置曲线为左JD16 (R=440m) ;纵断面布置上为“V”型坡, 以21.2‰、3.16‰下坡后, 再以6.4‰上坡。区间平面位置如图1所示。

2施工测量控制要点

根据本盾构区间施工特点及工程进度, 施工测量可以分为以下几项进行控制:联系测量、盾构始发洞门的复核、盾构始发基座的安装测量、盾构机姿态测量、盾构施工控制测量、盾构导向系统的移站测量、盾构管片姿态测量等。

2.1联系测量

本盾构区间段左线长度为1061.982m, 可以分为以下四次进行联系测量:即始发前联系测量、盾构掘进100~150m联系测量、掘进500m时联系测量、盾构贯通前150~200m的联系测量。由于盾构进场时, 始发井以南至临时竖井的暗挖段初支已经贯通, 因此可以借助临时施工竖井与盾构始发井进行两井定向联系测量。

(1) 地面近井点测量

应在盾构始发井及暗挖临时施工竖井附近至少布设3个平面控制点作为联系测量的依据, 地面近井点与精密导线点应构成附合导线或闭合导线, 近井导线总长不宜超过350m, 导线边数不宜超过5条。视线离障碍物的距离不小于1.5m, 避免旁折光的影响[1];测量时应按精密导线网测量的技术要求施测, 最短边长不应小于50m。高程近井点应利用二等水准点直接测定, 并应构成附和、闭合水准路线。近井点的测量应符合《城市轨道交通工程测量规范》的技术要求。

(2) 平面联系测量

分别在暗挖段临时施工竖井和盾构始发井悬挂钢丝, 上贴反射片, 依据近井点利用徕卡全站仪TPS1201 (±1mm+1.5ppm*D) 进行边角测量。采用左、右角观测, 左、右角平均值之和与360°的较差应小于4", 测角中误差在±2.5"之内;距离采用正倒镜测量3测回, 每测回三次读数, 各测回较差应小于1mm, 如图2所示。

(3) 高程联系测量

采用在竖井内悬挂钢尺的方法进行高程传递, 地上地下安置两台水准仪同时读数, 并在钢尺上悬挂与钢尺鉴定时相同质量的重锤;每次应独立观测三测回, 测回间应变动仪器高, 三测回测得地上、地下水准点间的高差较差应小于3mm;高差应进行温差、尺长改正;读数时应遵循“四舍六入五凑偶”的原则[2]估读一位数值, 见图3。

为了保证准确贯通, 贯通前最后一次的联系测量则应将始发端与接收端地面及隧道内的控制点进行联测, 纳入统一控制网, 并进行严密平差计算。每次联系测量成果均需上报业主测量队进行检核。

2.2盾构始发洞门的复核

由于在洞门施工过程中可能会因为混凝土浇筑引起洞门预埋钢环的上浮或者变形, 为保证盾构机的正确始发, 在盾构基座下井之前先按照设计对始发洞门预埋钢环进行复核, 应包括洞门净空, 洞门隧道中心线、中心高程等内容。根据联系测量成果复核盾构始发洞门的三维坐标, 具体做法如下:

(1) 用全站仪免棱镜模式测出洞门的钢环边的实际平面坐标, 依次选择左下、左中、左上、右下、右中、右上, 具体位置如图4所示, 分别求平均值, 然后将三组中心坐标再求平均值, 作为洞门中心的平面坐标。

(2) 用水准仪配合塔尺采用变仪器高法[3]分三次分别测出钢环竖向中线位置的拱顶、拱底标高, 取平均值作为洞门中心标高, 并计算出洞门净空是否符合设计要求。

综上, 将实测数据作为洞门中心的三维坐标。接收洞门则应根据最后一次的联系测量成果进行复核, 依据复核成果进行盾构掘进姿态的调整, 确保隧道准确贯通。

2.3盾构始发基座的安装测量

(1) 测量放线

始发前应考虑之前所复核的洞门偏差及设计轴线, 根据施工图纸事先计算出隧道中心线的三维坐标, 在盾构始发井内按照设计隧道中心线采用坐标法实地放样出盾构基座的中心线, 基座中心线应与隧道中心线重合;基座的高程应按照洞门实测中心标高往下返。

(2) 基座安装

将基座吊入并沿中心线安装, 安装过程中应随时复核基座的中心线及滑轨的中心标高, 测量精度为±1mm, 误差应控制在±5mm以内。由于盾构机前体比较重, 为防止盾构机进入洞门后产生扎头现象, 因此安装时应将基座比设计值高30mm。以同样的方法安装盾构机反力架和接收基座, 值得注意的是在安装接收基座时应低于设计标高10~20mm, 以保证盾构机顺利的滑上接收基座。

2.4盾构机姿态测量

2.4.1盾构始发前姿态测量

盾构机始发姿态的准确与否关系到盾构能否顺利掘进, 并且关系成形隧道是否合格, 是盾构隧道施工的关键一步, 因此应在盾构机组装完毕后及时人工测量其姿态, 并与自动测量导向系统的姿态进行复核。由于海瑞克盾构机厂家在生产过程中已经根据设计参数在盾体上的不同位置预先焊接了模块, 用全站仪通过特制的连接杆和配套的圆棱镜测出其三维坐标, 将数据输入专用软件进行计算, 得出各个模块与设计轴线的相对位置关系, 从而得出盾构机的绝对位置、滚动角、俯仰角、刀盘切口里程、水平偏差、垂直偏差等。为保证盾构隧道的顺利准确施工, 一般情况下每条隧道应进行三次人工测量姿态, 即始发前姿态测量、施工过程中姿态测量、贯通前姿态测量, 人工测量与自动测量导向系统的姿态偏差应控制在±3mm以内。

2.4.2盾构到达前的姿态复核

在盾构机距离到达接收井150~200m范围内时, 应进行全线联系测量, 并按照始发前的姿态复核标准来人工复核盾构机的姿态, 从而根据接收洞门的位置来调整盾构推进姿态, 确保隧道准确贯通。

2.5盾构施工控制测量

2.5.1平面控制测量

平面控制导线点采用双支导线交叉布设形式, 使两条导线构成相互检核条件, 间距应根据规范要求布设, 一般情况下直线段每隔150m、曲线段根据曲线半径大小间隔不小于60m布设一对导线点;每一对导线控制点前后相距20m, 必要时两条支导线可以构成附合导线[4]。控制导线点应根据盾构施工进度及时往前延伸, 并进行导线测量。每次联系测量时应从洞口开始复核导线, 进行平差[5]计算, 计算结果应与前次测量成果相比较, 较差为±2mm内为合格, 若数值相差较大, 则应分析原因, 必要时重新进行联系测量以求得准确数值。尽量避免将每一条支导线布设在隧道的同一侧, 使视线距隧道边墙的距离大于0.5m, 以减小大气折光差[4]对测量结果的影响。双导线布设形式如图5所示。

导线控制点为强制对中点, 用3×3cm角铁焊接支架, 上用10mm厚钢板焊接作为平面, 中间钻孔焊接专用英制M8螺杆, 伸长15mm, 用膨胀螺栓将三角托架固定在隧道侧面。施做样式如图6所示。

2.5.2高程控制测量

在隧道侧下方45°范围内用10cm长的道钉做高程控制点, 具体做法用电钻在管片上打孔, 将道钉砸入, 周边灌入水泥浆做保护, 并做好标记;由于隧道内光照条件比较差, 因此高程控制点间距应控制在60m之内, 满足高程测量要求即可。用精密水准仪配合铟钢尺进行往返测量。

2.6盾构导向系统的移站测量

在盾构隧道掘进过程中, 由于地层发生变化, 导致管片上浮或者下沉, 从而使固定在管片上的导向系统测站及后视棱镜发生位移, 最终影响盾构姿态发生变化, 或者超限, 这就需要人工对导向系统测站及后视棱镜进行复核, 调整盾构机推进姿态。

在导向系统测站点向前搬移过程中, 先通过导向系统自有程序测出新测站点的三维坐标, 算出盾构机的姿态, 记下测站点和后视棱镜点的三维坐标;然后通过设置在隧道管片上的测量控制点分别利用全站仪和水准仪来人工复核导向系统的新测站点和新后视棱镜点的三维坐标, 比较两者的坐标差值, 如果≤±3mm, 则可接受, 将测得的三维坐标输入SLS-T软件程序, 计算出新的盾构姿态, 指导推进;若差值较大, 则应找出原因, 重新复核。

2.7盾构管片姿态测量

盾构管片姿态测量是对盾构掘进姿态控制的检核, 通过对隧道内成形管片的测量, 计算其与设计轴线的偏差数据, 以此来调整盾构机的推进姿态, 使实际的成形隧道在设计误差范围之内, 尽量避免调坡调线情况的发生。

管片姿态一般应在管片脱出盾尾2-3环, 管片基本稳定后进行首次测量, 根据现场条件对后10环进行测量, 第二次待管片完全脱出盾构机后配套台车时测量, 两次测量应有重合, 以便于比较管片的变化量。如图7和图8所示。

2.7.1高程偏差的测量

利用水准仪+塔尺依据隧道内的高程控制点测出成形管片前端接缝的拱顶、拱底标高, 计算出其竖向净空值, 拱底标高和半径相加得出隧道实测中心标高, 与设计标高相比得出高程偏差, “+”为上浮、“-”为下沉。

2.7.2水平偏差的测量

以隧道内的平面控制点为基线边, 利用全站仪及铝合金靠尺 (靠尺中间部位贴上反射片) , 将靠尺水平摆放在成形管片的前端接缝位置, 测量出反射片中心的平面坐标, 以此作为管片的中心坐标, 比较成形隧道的实际轴线与设计轴线, 计算出管片的前端里程及水平偏差。

综合以上相应管片的里程、水平偏差及高程偏差数据, 形成报表作为盾构掘进姿态调整依据。

3注意措施

(1) 要遵循PDCA管理循环的四个阶段、八个步骤的方法, 及时总结经验教训, 避免出现重复性错误。 (2) 在施工中要完善联系测量的二级检核制度, 即施工测量队测量, 业主测量队检核。 (3) 联系测量时, 应选晴天无风的日子, 避免钢丝及钢尺晃动影响观测效果。 (4) 强制对中点托架需要安装稳固, 防止晃动引起测量误差积累。 (5) 复核洞门预埋钢环时每组点位应选择同一水平高度, 避免因为高低位置不同而导致平均值偏离中心线。 (6) 接收洞门的复核应选择在贯通前联系测量后进行, 将隧道两端地面及隧道内施工导线控制点进行联测, 避免因地面控制点沉降而产生测量错误。 (7) 在施工中应充分调动起测量员的积极性, 保持认真负责的态度, 为打造优质工程而共同努力。

4结束语

在本工程中通过对测量方法的及测量方案的优化, 施工中对各个环节的测量控制, 并通过对施工控制点进行日常复核, 认真测量, 细心计算, 左、右线分别于2014年12月和2015年1月精确贯通, 充分证明了进行合理的施工测量控制是有必要的。

参考文献

[1]北京市规划委员会.城市轨道交通工程测量规范[M].北京:中国建筑工业出版社, 2008, 6.

[2]顾孝烈, 鲍峰, 程效军.测量学 (第四版) [M].上海:同济大学出版社, 2011, 2.

[3]高井祥, 等.数字测图原理与方法[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2001, 4.

[4]孔昭璧, 杨世清.生产矿井测量[M].北京:煤炭工业出版社, 1995, 11.