张部令盾构施工测量技术的研究.docx

盾构施工测量技术的研究作者：王江卡 张部令 张令超摘要：根据地铁施工隧道贯通的要求，并结合广州地铁三号线客大盾构区间 施工的具体情况，本文介绍了盾构掘进时的测量方法及措施，特别是对制虔测量 方案、误差来源分析、地面控制测量、竖井联系测量、盾构隧道内施工测量控制 网布设形式、控制点埋设位置、控制点样式及埋设形式、盾构机本身导向系统的 使用功能，工作原理及应用进行了阐述；结合盾构机特点研究一套对盾构机自动 导向系统测量的准确性进行复核测量，以及对盾构机和管片进行虔时姿态测量的 方法关键词：误差联系测量控制网 导向系统地铁盾构法施工的首要任务之一是保证隧道精确贯通，因此在地下铁道工程 测量精度设计中，合理地规定隧道贯通误差及其允许值，是地下铁道测量的一项 重要研究任务而贯通误差主要受地面控制网及地下控制网的影响，下面就在现 场施工中遇到的实际情况围绕地面控制及地下控制及先进的测量方法、设备来谈 谈影响隧道贯通误差的因素1、盾构隧道施工测量误差来源及分配1.1、盾构隧道施工测量的误差来源结合盾构施工的特点，地铁隧道贯通测量误差主要来自于以下几个方面：a. 地面控制测量；b. 竖井联系测量；c. 激光站吊篮测量；d. 地下延伸导线测量；e. 盾构姿态测量。

f. 系统误差1. 2、隧道贯通误差限值控制及各阶段对测量误差分配本工程的允许横向误差不超过±50mm,高程允许误差不超过±50mm,故其相 应的中误斧为±25mm1. 2. 1平面测量的误差分配横向贯通误差来源主要由地面控制导线测量误差、近井点联系测量误差，地 下延伸导线测量及盾构机本身姿态的定位测量误差等影响因素其他因素影响较 小可以忽略不计假设各项误斧相互独立，则有：9 9 9 9 9mQ =mql +mq2 +mq3 +m© 式中：叽：地面控制测量横向中误差；mq2：盾构施工竖井联系测量中误差；mq3：地下导线测量中误差；mq4：盾构姿态的定位测量中误差； m隧道平面贯通的横向中误差考虑到本工程的实际情况，以及所用测量方法和已建地铁测量工作的实际经 验，各种误差对横向贯通精度的影响，采用不等精度分配原则，取值如下： niql=n Illq2=3n IIlq3=3n IIlq4=2n代入式中得：mQ= (mql2+mq22+mq32+mq42) 1/2=4. 8n根据设计要求，本工程允许横向贯通误差为±50mm,则其中误差mQ=±25mmo n=±25/4. 8= ±5. 2mm从而可以求得每道工序的测量中误差：mqi=±5. 2mm mq2=± 15. 6mm mq3=± 15. 6mm mq4=± 10. 4mm1. 2. 2高程测量误差分配高程测量的误差计算公式为：2 2 2 2 2mH"=mh r+mh2"+mh3"+mh4_式中：mhl：地面高程控制测量中误差；mh2：竖井传递高程的测量中误差；mh3：盾构机姿态高程测量中误差； mh4：由盾构进洞处到隧道贯通处地下水准测量中误差； mH：区间隧道高程贯通测量中误差。

根据地铁测量的经验，高程测量误差采用不等精度分配取值如下：mhi=± 14mm mh2= i 1 Omm mh3= + 1 Omm mh4= i 14mm代入式中得皿尸±24. 3mm〈±25mm 按上述分配，进行平面和高程控制测量，我们只要把握每一环节的误差范围, 都能满足本工程区间隧道的贯通测量的精度要求2、盾构隧道施工地面控制测量的研究与应用地面控制测量包括平面控制网测量和高程控制网测量2.1、地面平面控制网的布置盾构机从大塘北端头施工竖井出发在中间风井第一次贯通，再从中间风井出 发最终在客村调头断面处贯通，盾构隧道掘进示意图如图lo我们根据业主给的二号线的GPS导线点和一级导线控制网，分别在始发井、中间风井和客村竖井近1508. 958m 1538. 958m)客村折返段 施工竖井8017 02+mciz894.958m99E去omJ 3 99B Gs+8 苣中间风井及大塘站到达解体吊出I下井安装始发898.592mom609. 383msb ・0u+gA1507. 975m 1537. 975m)说明：1、括号内的数字含矿山法隧道段长度；2、 盾构隧道全长：3016. 933m;含矿山法隧道区间全长3076. 933m。

3、 施工竖井为平面尺寸24 x 6m,深有30m,中间有三道中隔墙，中隔墙深20m图1盾构隧道掘进示意图井位置设置我们需要往井下传递的导线点，在始发竖井、中间风井和客村竖井附 近各布设4个近井导线点，其中两个点作为坐标起算和起始方向，另两个点作检 核方向盾构施工导线平面控制网，起算于地铁2号线首级GPS控制网和一级导线控 制网，采用规范规定的四等技术要求进行观测为了提高整条线的贯通精度，我 们把大塘站、中间风井、客村站三个近井点的坐标统一纳入到地面坐标系中统一 进行平差2.2、 地面高程控制网的布设研究为了方便地下盾构隧道施工及地面的变形监测，路沿线布设一条二等加 密水准线路，采取往返等距二等水准的施测方法观测，往返闭合差不大于8L1/2, （L为单程水准线路长度，以千米计）2.3、 地面控制测量实施根据现场情况，在客村〜大塘之间利用地铁二号线的GPS和一级精密导线网 复测然后再延伸到每个竖井近井点，其布设形式如下图2：IIISJ122.4、 竖井联系测量研究竖井联系测量是隧道贯通中的一个重要环节，它主要是将地表的平面及高 程，通过钢丝法传至地下导线点及水准点，使洞内、外形成统一的空间坐标系统, 以便确定隧道中线的空间位置。

根据地面及地下的情况，我们刚开始采用导线法 把地面坐标传递到地下，结果用导线法测量出来的成果比联系测量的成果要差， 主要原因是受地形的限制，在布设导线时转点偏多从而降低了精度最终采用竖 井联系测量的方法传递坐标竖井联系测量的内容包括：a. 投点：将井口点位投影至井底，以便传算坐标和方位；b. 定向：将井上定向边的方位角按同一坐标系统传递井下的定向边，以便推 算井下导线的起始坐标和方位c. 导高：将井上水准点的高程按同一高程系统传递到井下2.4. 1竖井定向方法根据地下铁道测量的精度等级要求和现有测量仪器的情况，我们在实际工作 中利用现有的仪器和现有的条件制定了我们的测量方法，经过分析我们的线路长 度只有1. 2公里，用传统的联系测量方法就能满足我们的精度要求2. 4. 2竖井联系测量的要求a. 在进行联系测量前，须制定测量方案，根据地面控制测量，建立近井点平 面控制和高程控制，在井底车场稳固的地面埋设不小于三个永久导线点和水准 点，也可用永久导线点作为水准点b. 联系测量在同阶段、同时期应至少独立进行两次，在互差不超过限差时， 取加权或算术平均值其精度应符合规范要求c. 每次联系测量前，应对近井平面控制点和水准点进行检测，在证实点位没 有移动的情况下，才能进行联系测量。

d. 联系测量方案应根据仪器设备、技术水平及工程情况选定其基本原则是 在满足测量精度的条件下，最大限度的提高工效，优先选用新技术凡井深大于 40m时，应根据横向及高程贯通精度要求进行竖井联系测量技术设计2. 4. 3竖井联系测量坐标和方位角传递选用的方法：a. 坐标和方位角传递选用下列方法：当井筒不太深(100m以内)，井筒直 径较大时，可采用联系三角形测量法：当开挖面距竖井中心小于50m,可采用串 线法(方向线法)，超过50m以上，以光学投点配合陀螺仪定向方法为主；当 两井间已贯通，可米用两井定向法b. 高程的传递方法有：井深在40m以内，可以采用钢丝导入法或长钢尺导入 法；超过40m,宜采用光电测距法2.4.4联系测量图形强度要求：井上井下联系三角形应满足下列要求：a. 两悬吊钢丝间距不应小于5mb. 定向角a应小于3°c. a/c及a/ /c' d的比值应小于1.5倍d. 用J2级仪器在地面、地下按全圆测回法均观测4测回2.4.5竖井定向精度分析：经过竖井用联系三角形法将方向角传递到地下去时，地下导线起始方位角的 误差，可用下式表示：M„=( M0)s2+( Mo) b2+( M0)p2其中：(M°)s为边长测量所引起的计算角度的误差(M。

)”为角度观测误差的影响(MJp为用吊锤投点误差的影响地面与地下联系三角形的形状相似，则(学竺尽苛如果 ms=0. Siim, a =3° , a=4. 5m, b/a=l. 5m,贝U：(M°)s=±4.6〃(Mo)(j2= 2(m2 1 + —+ -^-在实际工作中可以认％地下方愉观测的误斧约等于地面上方观测误斧的一 倍半，即ml=l. 5m,若再取b/a=l. 5,则(m0) /=2X3. 25m2 (1+1. 5+2. 25) =30. 9m2(m0) b=5. 5m如地面测角中误斧规定为±4〃，于是方向中误斧为m=±3"故得(m0) B = ±16. 5/z当竖井深为80m,吊锤线的距离为5m时，其投点误差引起的方向误差大约 为(mo)P=±8//则地下导线起始方向角的误差为：mo=± J(加o)「+(%)/ +(他)”2=±74.62 +16.52 +82= ±19〃在进行竖井定向时，都要移动吊锤线，使方向的传递经过不同的三组联系三 角形，进行的定向称为一次定向三组联系三角形定向平均值的中误差为 ±19"/馆=±11"经过理论探讨和实践证实：客大区间的线路较短，用联系测量的方法传递方 位和高程可满足我盾构施工精度的需要，是一种较好的竖井定向方法，不仅提高 了定向精度和定向的可靠程度，而且大大减少了定向时由于误操作造成的返工， 提高了工作效率。

3、地下控制测量联系测量完成之后，我们得到经传递到地下起始边和高程，然后就是怎样布 设施工测量控制导线，以指导盾构机掘进3.1、布设地下导线的要求3. 1. 1地下导线随着盾构推进而不断延长，导线点也随着盾构掘进而向前进 行布设根据我们施工无数次的测量复测发现盾构施工隧道的特殊性，地下施工 控制导线精度将主要受到隧道里的折光的影响和不稳定的隧道管片环影响3. 1. 2为了消除和减弱折光差对横向贯通误差的影响，我们将施工测量控制 导线点埋设在隧道两侧并且交叉向前延伸达到消除或减弱折光差影响的目的见图3、图4)图3地下导线控制点平面布置示意图图4托盘控制点布置图3.1.3施工测量控制导线点位的稳定，直接影响到后续测量工作的精度由 于隧道的结构是由管片环组成，点位只能建立在管片环上，只要管片环不动点位 就相对稳定，我们通过对现场测量控制点多次复测发现，盾构机前参考点后100m 的管片环基本趋于稳定，所以施工测量控制导线点选在盾构机前参考点100m后 的管片环上是可靠的3. 1. 4经过我们对施工控制导线长期的测量发现在埋设和测量时应注意以下 几个方面：a、 导线点一定要埋设在稳固、标志完好的地点。

b、 直线段施工控制导线点的平均边长180m左右，特殊情况下，不应短于 100m,曲线段施工控制导线点的平均边长150m左右，并要交叉分布c、 施工控制导线测量宜采用II级全站仪施测，左、右角各测两测回，左右 角平均值之和与360较差应小于4〃，边长往返观测各两测回，往返观测平均 值较差应小于7nunod、 施工控制导线最远点点位横向中误差应控制在±25mm之内每次延伸导 线之前，应对已有的洞内导线前三个点进行检测如有变动应选择另外稳。