盾构区间施工测量技术研究

盾构区间施工测量技术研究

涂杰

天津第三市政公路工程有限公司天津市300000

摘要：以往地铁施工常用的技术方法有明挖法、盖挖法以及浅埋暗挖法等，但是这些方法多受到气候条件、地层状况等因素影响，而且在施工中还会对地面交通产生一定的影响。盾构施工是一种新出现的且已得到广泛应用的技术方法，该方法具有安全、高效、快速的特点，因其可穿越复杂地层且适用于多种地层状况，在城市轨道建设、市政建设以及大型引水工程建设中得以应用。为适应城市轨道交通快速发展的迫切需求，现以某地铁某段盾构区间隧道为例，重点对盾构区间施工法以及相关测量技术进行分析。

关键词：盾构区间；施工；测量技术；研究

导言：盾构施工技术以其安全高效、可穿越复杂底层的特点,在地铁、大型引水工程及城市市政建设中被广泛采用。与传统地铁施工方法(如明挖法、盖挖法、浅埋暗挖法等)相比,盾构法的优点是安全、速度快,不影响地面交通,不受气候条件影响和适用于各种不同地层状况,是加速发展城市地铁的有效手段。盾构施工采用的工艺不同于传统施工方法,因此,其测量手段与传统测量手段既紧密联系又有很多不同。盾构法施工中所采用有效合理的测量措施,是确保工程施工安全、高效的重要保障。

为适应城市建设快速发展的迫切需求,某地铁标段设计里程总长为881.449m。区间沿线主要为多层建筑物,地下管线较多,路面交通繁忙,地形起伏较大。该段区间隧道纵坡为单坡,最大坡度为22‰,最小平面曲线半径约2000m,该标段选用盾构区间施工法。该文以该标段盾构区间施工中的相关测量技术为例,详细地介绍了地铁盾构区间施工测量的方法与技术,希望能为相关工程提供借鉴。

1地铁隧道盾构施工技术

盾构（Sheild）隧道开挖是城市地下施工的主要手段，其是一种特殊形状钢筒结构，不仅能够支撑地层压力，而且还能够在地层中推进，在不断推进过程中，完成隧道挖掘、支护等，其应用优势在于在钢结构的掩护下，能够避免发生地面塌陷和坍塌事故。另外，机械化程度比较高，如果地质条件比较复杂，则可以采用盾构施工技术。

2控制测量和联系测量

2.1控制测量

控制测量分为地面和地下两个方面，地面包括平面控制测量和高程控制测量两项内容，前者采用导线测量方法，从地面向地下进行定向，垂直角控制在30o以下，定向边误差范围在±8，精密导线两个方向，取左右角观测，水平角需要调焦时，只调整盘左长边，导线边往返观测两个测回，测回应重新照准目标，取3次读数，气象数据在各条边测定1次；后者根据给定的精密水准点设定附合水准路线，再做趋近水准，能够将高程传递到车站附近，均按照二等水准测量作业指标进行水准测量，往往测量时段不做限制。地下包括控制导线测量和高程控制测量两项内容，前者分为施工导线和施工控制导线，地下导线多为支导线，用来指示盾构推进方向，对其精度要求较高，导线点的建立应根据盾构内径空间来选择稳固、适当的位置，施工控制导线与隧道的掘进保持同步延伸，以等边直伸导线布设为主，导线边长不应小于100m，如果是曲线隧道，导线应埋设在曲线元素点上，导线边长应在60m以上，能够满足测量技术要求，由于盾构隧道中的管片处于动态发展中，导线延伸时必须对其稳定情况进行检查，在隧道贯通前共测量3次，并与竖井定向保持同步，测量坐标值比较差不足10mm时，可采用逐次加权平均值作为导线延伸测量的起算值；后者是在盾构进洞掘进后，高程与平面共用由高程引至洞内的控制导线点，并满足二等水准测量技术要求，测量高程比较差不足5mm时，可采用逐次加权平均值作为导线下次控制水准测量的起算值。

2.2联系测量

2.2.1高程传递

高程传递是采用钢尺导入法,将地面水准点高程传递到地下的水准点。高程传递应独立进行3次,并与竖井定向同步,互差应满足限差要求。钢尺导入法是传统的竖井传递高程方法(如图2所示)。将钢尺悬挂在支架上,在尺的零端挂一重锤并垂于井下,其重量应为检定时的拉力。地面高程按二等水准测量技术要求传递到近井水准点A,在地上和地下安置两台水准仪同时读数,即地上、地下水准仪分别读取A点水准尺读数a和钢尺读数m及B点水准尺读数b和钢尺读数n(独立观测3测回,每测回变动仪器高度),3个测回的高差应小于3mm。观测时应量取地上地下的温度,测定的高差应进行温度改正和尺长改正。

2.2.2竖井定向

竖井定向是为了统一地上、地下平面直角坐标系统。隧道贯通前的联系测量工作不应少于3次,宜在隧道掘进到100m、300m以及距贯通面100～200m时,分别进行一次测量,目的是确定地下起始点和起始边在地面坐标系统中的平面坐标和方位角。在隧道内须建立支导线,起始边的方位角误差对隧道各导线点的影响随各点与起始点的距离成正比增大。两井定向法通过增大两根钢丝的距离来减小钢丝的投向误差,并提高起始边的方位角精度。两井定向工作包括投点和连接测量两部分(如图3所示)。车站建成后,分别在车站两端竖井处各投挂一根钢丝,采用单荷重投影法,在每根钢丝上下两端适当位置上粘贴棱镜片,分别为A、B和A`、B`。在车站附近的加密导线点上架设全站仪,测出两根钢丝到导线点的角度和距离,从而计算出A、B的坐标。注意投点时先在钢丝上挂以较轻的荷重,缓缓地将其下入井中,然后在井底换上作业重锤,放入盛有机油或阻尼液的桶内,但不能与桶壁接触。在车站底板适当位置上设置两个比较稳固、采用强制对中装置的观测台,分别为1、2。井下连接的任务是测设导线A`-12-B`,目的是测定井下两个导线点1、2的坐标和所构成边的方位角,此两点即为盾构始发及掘进的平面控制的依据。地面上测角和测距以及地下的导线测量均按精密导线测量的技术要求执行。

3盾构机施工测量的技术方法

隧道掘进后因刀盘中心坐标未能显现，只能进行间接测量，盾构机施工测量在其壳体内观测点的选择尤为重要，应兼顾观测和保护两方面，确保空间关系稳定，主要包括始发测量、人工复测、导线系统初始测量、盾构掘进测量以及衬砌环片测量等内容。

3.1始发测量及人工复测

盾构机始发测量可分为盾构机导轨定位测量、反力架定位测量及姿态初始测量，导轨定位测量主要是对导轨中的中线进行控制，保证其与设计隧道中线偏差不能超限，导轨的前后高程与设计高程不能超限；反力架定位测试主要是对高度、俯仰度和偏航进行控制，对反力架下面的坚实及平整情况进行评估，其稳定性直接决定盾构机始发掘进的进程；姿态初始测量主要对俯仰度、扭转度以及水平偏航进行控制，根据扭转度可判定盾构机的掘进是否超出容许范围，根据俯仰度和水平偏航可判定定盾构机的掘进是否是在隧道设计中线下进行。在施工过程中，应进行盾构机姿态人工复测，以保证导线系统的正确性和可靠性，主要是指独立导线独立监测盾构机的姿态，首先是对参考点的测量，通常选择第一节台车的连接桥作为测站位置，通视条件较为理想，全站仪架设在这里便于测量，为提高测量计算精度，应对左、右、中各点分别进行测量；再有就是盾构姿态的计算，主要通过对垂线在水平及垂直方向上偏离值的测量来求解盾构机前后点的姿态。

3.2盾构掘进测量与衬砌环片测量

盾构掘进测量前应完成导向系统初始测量，即计算隧道设计中线坐标、测量后视托架及TCA托架的三维坐标以及设置VMT初始参数。完成上述任务后进行盾构掘进测量，由于盾构掘进利用的是激光导向系统，施工测量则是利用导线点的控制并对水准控制点进行重复测量取得的成果，其加权平均值即为起算数据。盾构掘进测量的内容为盾构井、盾构拼装、盾构姿态以及衬砌环片四项内容的测量，运用联系测量方法及所测的线路中线点和测量控制点获取测设值，其与设计值比较差应控制在3mm以下，高程与设计值比较差应控制在2mm以下，平面偏离、高程偏离以及横纵向的各项测量误差限差均不能与设计值发生太大偏离，测定实时姿态时，应选择切口中心为特征点，盾构本身方位角与轴线的方位角的比较差为方位角改正差，盾构掘进方向的修正以此为依据。盾构掘进测量完成后，最后还应对衬砌环片进行测量，可采用横尺法测取其水平和垂直偏差，再根据实际情况进行调整，然后用全站仪测定贴片中心的三维坐标，由此推算管环中心的三维坐标。

结束语

综上所述，在地铁隧道施工中，盾构施工技术应用优势明显，在盾构施工中，通过应用区间测量施工技术，能够及时掌握盾构线路是否符合工程建设要求，同时还可以根据测量结果对盾构机施工线路进行调节，保证盾构施工质量。

参考文献：

[1]周咏渠.长距离盾构隧道“开窗”施工技术研究[J].建筑技术，2017，48（6）：617~619.

[2]吴全立，王梦恕，朱磊，等.盾构近始发端头下穿既有地铁线路的综合施工技术研究[J].现代隧道技术，2016，53（4）：134~142.

[3]孙成才.地铁区间隧道盾构法施工中的测量技术[J].筑路机械与施工机械化，2014，31（12）：85~89.