地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)法施工中的測(cè)量技術(shù)
2020-03-21 08:26:17   來(lái)源：焦作新礦機(jī)械

　　公司占地面積5萬(wàn)余平方米，建筑面積5500余平方米，擁有固定資產(chǎn)1680萬(wàn)元，員工68余人，中高級(jí)工程技術(shù)人員10余人，擔(dān)負(fù)著全部產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)指導(dǎo)。公司已通過(guò)ISO：9001-2008國(guó)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(qiáng)大的生產(chǎn)能力和先進(jìn)的檢測(cè)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(diǎn)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(diǎn)是對(duì)地面土壤環(huán)境影響小，機(jī)械化程度高，人力需求度低，施工過(guò)程中安全高效，施工進(jìn)度快且不受地上交通環(huán)境的影響。這些特點(diǎn)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(diǎn)也很明顯，主要受制于昂貴復(fù)雜的機(jī)械儀器，且對(duì)施工人員專業(yè)性知識(shí)要求高。為了保障施工的安全高效進(jìn)行，測(cè)量技術(shù)尤為重要。本文以盾構(gòu)法施工中四個(gè)主要工程階段測(cè)量入手著重介紹盾構(gòu)測(cè)量技術(shù)的主要方法。

1 主要工程階段測(cè)量

根據(jù)實(shí)際施工情況，將盾構(gòu)法施工測(cè)量主要分為四個(gè)階段：聯(lián)系測(cè)量、始發(fā)測(cè)量、推進(jìn)測(cè)量和貫通洞門測(cè)量。

1.1 聯(lián)系測(cè)量

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

（1）聯(lián)系三角形測(cè)量。平面聯(lián)系測(cè)量主要有聯(lián)系三角形法、投點(diǎn)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(kāi)始前，先埋設(shè)穩(wěn)定的控制點(diǎn)于基坑底部，然后在豎井內(nèi)懸吊2根直徑為0.3mm的高強(qiáng)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(jī)油）穩(wěn)定重錘。通過(guò)豎井絞車及導(dǎo)向滑輪懸掛2根高強(qiáng)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(diǎn)即圖1中的Z、A，則待求的地下導(dǎo)線點(diǎn)即是B、G。在布設(shè)三角形時(shí)應(yīng)當(dāng)注意以下要求：垂線邊長(zhǎng)a、d 越長(zhǎng)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(cè)量示意圖

在按照要求布置三角形后，依次測(cè)量 a、b、c、d、b′、c′的長(zhǎng)度以及 e、f、e′、f′的角度。 得到數(shù)據(jù)值后計(jì)算三角形方差 。 其公式為：sinj＝bsinf／a。 其中，a的計(jì)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(jì)算已知A點(diǎn)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(jìn)行計(jì)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(diǎn)坐標(biāo)公式為：XB＝ XA＋ccosZ1＋acosZ2＋c′cosZ3，YB＝Y(jié)A＋csinZ1＋asinZ2＋c′sinZ3。

（2）高程測(cè)量。懸垂鋼尺法、水準(zhǔn)測(cè)量法以及光電測(cè)距三角高程測(cè)量法都屬于傳遞高程的測(cè)量方法，在實(shí)際的工作當(dāng)中通常采用懸吊鋼尺的方法進(jìn)行高程傳遞。在始發(fā)井旁邊布設(shè)不少于2個(gè)近井水準(zhǔn)點(diǎn)，測(cè)量近井水準(zhǔn)點(diǎn)的高程線路附合到地面精密水準(zhǔn)點(diǎn)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(tái)水準(zhǔn)儀同時(shí)讀數(shù)，可得 HB＝HA＋a－（m－n）－b。 每次應(yīng)獨(dú)立觀測(cè)三測(cè)回，3測(cè)回變換儀器高，3次測(cè)得地上、地下水準(zhǔn)點(diǎn)的高差較差應(yīng)小于3mm。如井底已有高程點(diǎn)，應(yīng)進(jìn)行高程檢核。

1.2 始發(fā)測(cè)量

始發(fā)前聯(lián)系測(cè)量完成后，繼而進(jìn)行始發(fā)測(cè)量。其主要流程包括測(cè)量盾構(gòu)機(jī)安裝、測(cè)量定位盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)軌、測(cè)量盾構(gòu)機(jī)初始姿態(tài)。

（1）測(cè)量盾構(gòu)機(jī)安裝。盾構(gòu)機(jī)安裝主要包括兩個(gè)部分，即反力架和始發(fā)臺(tái)，兩者可以在盾構(gòu)機(jī)始發(fā)時(shí)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(tái)時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：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(tái)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(jì)軸線豎直趨勢(shì)偏差應(yīng)小于±2‰，水平趨勢(shì)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(diǎn)，不然會(huì)影響盾構(gòu)機(jī)的正常運(yùn)行，影響工作狀態(tài)甚至發(fā)生危險(xiǎn)。

（2）測(cè)量定位盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)軌。測(cè)量定位盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)軌注意點(diǎn)很多，主要注意事項(xiàng)有：保證原設(shè)計(jì)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(jiān)實(shí)平整的導(dǎo)軌基面。

（3）測(cè)量初始盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)。在測(cè)量初始盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)時(shí)重點(diǎn)測(cè)量盾構(gòu)機(jī)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(jī)姿態(tài)的控制質(zhì)量直接影響施工精度。若盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)得不到精確的及時(shí)的修正，輕則導(dǎo)致掘進(jìn)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(shí)的控制盾構(gòu)機(jī)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(jī)姿態(tài)測(cè)量有人工測(cè)量和自動(dòng)測(cè)量?jī)煞N。人工測(cè)量人力需求量大，測(cè)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(cè)量精度低，誤差大的問(wèn)題。且測(cè)量時(shí)間周期長(zhǎng)，無(wú)法做到及時(shí)更改修正姿態(tài)，造成工期的延誤。而自動(dòng)測(cè)量則可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的精確地?cái)?shù)據(jù)測(cè)量，測(cè)量精度高，誤差較小，全天候進(jìn)行測(cè)量，得到數(shù)據(jù)時(shí)效性高，速度快，及時(shí)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(lái)的應(yīng)用前景廣泛。

1.3 推進(jìn)測(cè)量

當(dāng)進(jìn)入掘進(jìn)過(guò)程中時(shí)，對(duì)盾構(gòu)機(jī)的測(cè)量要求更高，數(shù)據(jù)時(shí)效性和精準(zhǔn)性成為主要問(wèn)題。目前主流的推進(jìn)測(cè)量使用自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)測(cè)量精確度高，數(shù)據(jù)時(shí)效性強(qiáng)，可最大限度保證盾構(gòu)施工軸線準(zhǔn)確性。其主要測(cè)量盾構(gòu)機(jī)每環(huán)推進(jìn)的三維姿態(tài)及已成型的管片姿態(tài)。自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)大部分的調(diào)整要求，但是仍需對(duì)管片竣工進(jìn)行測(cè)量。管片竣工主要需要三種測(cè)量數(shù)據(jù)。

（1）平面測(cè)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(cè)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(diǎn)安裝全站儀，最后測(cè)量這環(huán)的中心三維坐標(biāo)，即可得到數(shù)據(jù)。

（2）高程測(cè)量數(shù)據(jù)。該測(cè)量需要得到管片底部和頂部的高程數(shù)據(jù)�？筛鶕�(jù)已得到的數(shù)據(jù)以及測(cè)尺反光鏡片到隧道底部或中心的相對(duì)尺寸來(lái)計(jì)算得出管片底部和頂部的高程數(shù)據(jù)。

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

經(jīng)過(guò)上述操作，可得到實(shí)際工程中的測(cè)量數(shù)據(jù)，用這些數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，即可計(jì)算出成型管片和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的誤差和偏移量，從而對(duì)盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)進(jìn)行精確的實(shí)時(shí)的調(diào)整，保證掘進(jìn)精度。

1.4 洞門測(cè)量

貫通施工階段是整個(gè)工程階段的后期，為保證盾構(gòu)機(jī)準(zhǔn)確出洞，在貫通前需要進(jìn)行接收井洞門測(cè)量。為此我們需要精確測(cè)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(cè)量是工程后階段最重要的測(cè)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(cè)量中的誤差。例如，使用對(duì)中標(biāo)志，采取多次試驗(yàn)，根據(jù)每次試驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果加權(quán)平均，避免誤差過(guò)大的情況。并注意根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，合理采取措施，靈活應(yīng)用測(cè)量方法。在實(shí)踐中，探求減少誤差的合理方法。同時(shí)，定向邊精度對(duì)于貫通測(cè)量精確度的影響極大，定向邊精度每提升一點(diǎn)，都可以極大得提高貫通測(cè)量精度。

2 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)于地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)法施工中的測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)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(duì)于機(jī)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(duì)測(cè)量的基礎(chǔ)專業(yè)知識(shí)掌握牢固，同時(shí)要求施工人員責(zé)任心強(qiáng)，對(duì)于測(cè)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(jiàn)的測(cè)量技術(shù)和注意要點(diǎn)進(jìn)行了研究，在實(shí)際的工程操作中，應(yīng)當(dāng)注意因地制宜，根據(jù)不同的實(shí)際情況采用最適合實(shí)際情況的操作，避免機(jī)械化的模仿操作。