盾构隧道测量方案.doc

5302标项目经理部盾构一工区 测量方案盾构施工地面监测方案1、概况 1.1、工程概况深圳地铁5号线土建2标盾构施工共包括三个区间，分别是：翻身站灵芝公园站、灵芝公园站大浪站、大浪站同乐站。翻身站灵芝公园站设计起止里程CK4+196.34CK5+461.66。其中左右线CK4+196.34CK4+410各213.66m为矿山法施工暗挖隧道；左线盾构区间CK4+410CK5+461.66，长1265.32m；右线盾构区间CK4+410CK5+461.66，长1252.68m; 灵芝公园站大浪站起点里程为CK5686.661，左线隧道设计终点里程为CK6+265.602，长578.941m；右线设计终点里程为CK6+109.605，长422.944m; 大浪站同乐站区间起点里程为CK6588.140，左线隧道设计终点里程为CK7+201.660，长613.520m；右线设计终点里程为CK7+241.200，长653.060m。1.2、施工总体方案投入两台海瑞克复合式土压平衡盾构机（配备保压泵碴装置），两台从同乐明挖区间盾构井站先左线、后右线下井始发，由北向南沿创业路掘进；至大浪站，过站；再从大浪站南端始发、掘进，进入灵芝公园站北端头井吊出转场。两台分别再从翻身站北端始发,通过矿山法隧道,由南向北掘进,至灵芝公园站南端头井吊处,退场。 为了确保盾构机从同乐大浪灵芝站和翻身灵芝站三个区间顺利准确的进行掘进施工，对翻身同乐站三区间的地面导线点联测控制导线测量，地面高程测量为盾构机掘进前施工奠定基础。2、编制依据地下铁道、轻轨交通工程测量规范GB50308-1999 广州地铁三号线工程施工测量管理细则工程测量规范（GB500026-93）城市测量规范 （CJJ8-99）铁路测量规范（TBJ101-85）3、仪器设备配置仪器/设备名称型号规格精度等级数量产地是否鉴定备注全站仪索佳SET22D2（2+2ppm）1台日本是配备反射棱镜精密水准仪苏光DSZ20.5mm/km1台苏州是铟钢尺徕卡NA20.4mm/km1台瑞士是铟钢尺计算机联想P41台北京测量平差软件1套广州电子手薄PC-E500S1台日本卡西欧计算器FX-4800P1台马来西亚弯管目镜索佳DE-21A1个日本空盒气压表DYM31台长春是钢卷尺5米6个哈尔滨是反射镜片100片4、施工测量组织机构整个区间施工中，项目经理部设测量主管一名，负责具体的施工测量工作管理及安排；专职测量工程师二名，负责现场施工测量放样及内业资料的整理；专职测量工三名。整个测量工作实行“测量工对测量工程师负责、测量工程师对测量主管负责、测量主管对项目总工程师负责”的层层负责制。测量组织机构人员名单如下：姓 名职 务职 责谯 恒项目总工全面负责测量工作管理屈云鹏施工技术副部长负责具体的实施与测量管理何立峰测量主管负责现场施工测量及内业管理吕青凯测量工程师施工测量实施及管理徐天生测量工程师施工测量实施及内业处理高级测工施工测量实施及内业处理技术员施工测量实施及内业处理工程师施工测量实施及内业处理5、盾构测量技术方案盾构施工测量内容包括：地面控制测量、 联系测量、地下控制测量、掘进施工测量、贯通测量、竣工测量。5.1、地面控制测量翻身灵芝大浪同乐站前始发井全线平面高级控制点（GPS点）、精密导线点和精密高程控制点均由业主提供，对其进行了复测。根据施工方案和布置情况，分别进行翻身站、灵芝站、大浪站、同乐站前始发井的趋近导线加密测量，构成闭合导线控制网，用级全站仪测量，测角6测回，测边往返观测各四测回，每测回数据进行严密平差。其中各测量精度满足：每边测距中误差Ms6mm,测距相对中误差1/60000，测角中误差M2.5, 方位角闭合差M5，全长点位相对中误差1/35000，相临点点位中误差8mm。地面高程控制网点的布设满足既方便施工测量，又牢固稳定的条件，不受施工过程或其他外界条件的影响而导致沉降变化。水准网的测量（加密）均采用三等精密水准测量方法，各项精度指标均应符合三等精密水准测量的技术要求。各站闭合导线控制网如下图：精密水准测量符合表5.12的规定。 表5.12 每千米高差中数中误差（mm）路线长度（Km）水准仪的型号水准尺观测次数附合网线差与已知点联测附合或环线平地（mm）山地（mm）偶然中误差（mm）全中误差（mm）2424DS1铟钢尺往返各一次往返各一次8L2n注：L为往返测段、附合或环线的路线长度（以Km计），n为单程的测站数5.2、联系测量联系测量包括导线点入井和水准点入井测量。同乐站、大浪站、翻身站三站进行盾构始发,必须进行联系测量。1.利用车站附近的闭合导线网，以附合导线和附合路线形式分别向盾构始发井边延伸导线控制点和高程控制点。2.进行竖井定向测量和导入高程测量：定向原理:见图1,测量仪器是全站仪+反射片,在整个施工过程中,坐标传递4次。井上、井下联系三角形满足下列要求:两悬吊钢丝间距处不小于6m。 定向角应小于3。 a/c及a/c的比值小于1.5倍。 联系三角形边长测量,每次独立测量3测回,每测回往返3次读数,各测回较差在地上小于0.5mm,在地下小于1.0mm。地上与地下测量同一边的较差小于2mm。角度观测,用全圆测回法观测4测回,测角中误差在4之内。各测回测定的地下起始边方位角较差不大于20,方位角平均值中误差应在12之内。联系三角形一次定向独立进行3测回,每测回后,变动2个吊锤位置重新进行定向测量,共有3套不同的完整观测数据。FH8ql#/sJ- 中国地铁门户论坛,含有北京地铁,天津地铁,上海地铁,南京地铁,广州地铁,深圳地铁,香港地铁,台湾捷运讨论区,及地铁沿线生活和地铁周边收藏讨论高程联系测量：整个区间施工中,高程传递至少3次。传递高程的地下近井点不少于2个,并对地下高程点间的几何关系进行检核。测量近井水准点的高程线路应附合在地面相邻精密水准点上。采用在竖井内悬吊钢尺的方法进行高程传递时,地上和地下安置的2台水准仪应同时读数,每次独立观测3测回,每测回变动仪器高度,3测回得地上、地下水准点的高差较差应小于3mm,并在钢尺上悬吊与钢尺检定时相同质量的重锤。3测回测定的高差进行温度、尺长修正。传递高程测量(见图2) 5.3盾构隧道地下控制测量地下控制测量的目的是为盾构掘进提供控制导线点。盾构隧道施工控制测量最大特点是所有的控制导线点和控制水准点均处运动状态,所以盾构施工测量中导线的后延伸测量和水准点的复测显得尤为重要。本标段三区间采用双支导线的方法,以投入始发井内的导线点为起始边，用附合支导线和支水准路线向洞内延伸控制网点，双支导线每前进一段交叉一次。每一个新的施工控制点由2条路线传算坐标和高程点。当检核无误,最后取平均值作为新点的测点数据。线路平面示意图（以同乐站前始发井大浪站为例）如图3。 地下控制测量起算点采用直接从地面通过联系测量传递到井下的平面和高程控制点，地下平面起算点不少于3个，起算方位边不少于2条，起算高程点不少于2个。导线直线段约150m布设一个控制导线点,曲线段控制导线点(包括曲线要素上的控制点)布设间距不少于60m，控制点埋设在稳定的隧道管片上，位于隧道管片两侧便于观测位置。 按等导线的技术要求施测.每次延伸施工控制导线测量前,对已有的施工控制导线前3个点进行检测无误后再向前延伸。施工控制导线在区间隧道贯通前测量5次,其测量时间与接收竖井定向同步。当重合点重复测量的坐标值与原测量的坐标值较差小于10mm时,采用逐次的加权平均值作为施工控制导线延伸测量的起算值。 在掘进翻身站灵芝公园站区间时（区间长度1000m）,洞内延伸导线点应隔适当距离加测陀螺方位角加以校核。 施工控制导线满足下列技术要求：A采用2秒级全站仪施测，左、右角各测二测回，左、右角平均值之和与360较差应小于6秒；B 导线点横向中误差满足：m横m中*l/L（mm）。式中 m横导线点横向中误差； m中 贯通中误差； l 导线长度(m)； L贯通距离(m)。施工控制水准满足下列技术要求：1. 水准点宜按200m间距处置；2. 水准点利用导线点标石，或埋设墙上标志；5.4掘进施工测量掘进施工测量工作分为二个阶段：盾构机姿态测量和管片测量。541盾构机姿态测量：盾构机姿态测量包括盾构机始发测量，盾构机掘进测量。盾构机始发测量包括盾构机定位测量，反力架定位测量，盾构机姿态初始测量，SLS-T导向系统初始测量。5.4.1.1、盾构机始发托架定位测量。盾构机始发托架测量主要控制始发托架的中线与设计隧道中线偏差不能超限，始发托架的前后高程与设计高程不能超限，始发托架下面是否坚实平整等。它的位置主要是利用井下导线点分别在始发托架的前后两端放样出隧道中线上的中心点，利用这两个中心点来控制始发托架的平面位置如图4。利用地下水准点引测高程到两个中心点上，图4以此来控制始发托架的高程和坡度。考虑始发托架的变形量和地层的变化易发生在盾构机出洞后出现“磕头”现象，始发托架定位时顶面高程比设计值抬高2cm。5.4.1.2、反力架定位测量。反力架的定位主要依据洞口第一环（0环）管片的起始位置、盾构机的长度、洞门的宽度以及刀盘在始发前所能到达的最远的位置决定，它们长度之间的关系为：盾构井+洞门=管片总长反力架钢管片。故反力架定位测量必须首先清楚0环的位置和负环长度。反力架定位测量还包括反力架的高度、俯仰度、偏航及反力架基准环的定位测量等，反力架下面、基准环是否坚实、平整。反力架的稳定性直接影响到盾构机始发掘进是否能正常按照设计的方位进行，基准环直接影响到管片的质量。它的定位主要是利用井下导线点进行直接精确定位。5.4.1.3、盾构机姿态初始测量盾构机姿态初始测量包括测量水平偏航、俯仰度、扭转度。盾构机的水平偏航、俯仰度是用来判断盾构机在以后掘进过程中是否在隧道设计中线上前进，扭转度是用来判断盾构机是否在容许范围内发生扭转。盾构机姿态测量原理：盾构机作为一个近似圆柱的三维体，在开始隧道掘进后不能直接测量其刀盘的中心坐标的，只能用间接法来推算出其中心坐标。在盾构机壳体内适当位置上选择观测点就成为必要，这些点既要有利于观测，又有利于保护，并且相互间距离不能变化。在下图5中，O点是盾构机刀盘中心点，A点和B点是在盾构机图5盾构机姿态测量示意图前体与中体交接处，螺旋机根部下面的两个选点。C点和D点是螺旋机中段靠下侧的两个点，E点是盾构机中体前断面的中心坐标，A、B、C、D四点上都贴有测量反射镜片。由A、B、C、D、O四点所构成的两个四面体中，测量出每个角点的三维坐标（xi,yi,zi）后，把每个四面体的四个点之间的相对位置关系和6条边的长度Li计算出来，作为以后计算的初始值，在以后的掘进施工过程中，Li将是不变的常量（假设在隧道掘进过程中盾构机前体不会发生太大形变），通过测量A、B、C、D四点的三维坐标，用（xi,yi,zi）、Li就能计算出O点的三维坐标。用同样的原理，A、B、C、D、E四点也可以构成两个四面体，相应地E点的三维坐标也可以求得。具体介绍如下：在盾构机厂内组装调试时，可建立局部坐标系，用全站仪直接测出刀盘中心点0和A,B,C,D,E六点的三维坐标，分别计为0（xO,yO,zO）,A( xA,yA,zA ),B ( xB,yB,zB ),C ( xC,yC,zC ),D ( xD,yD,zD ),E ( xE,yE,zE )通过两空间点的距离计算公式：L（X1-X2）2+(Y1-Y2)2+(Z1-Z2)2可得0A, 0B, 0C, 0D的距离LA,LB,LC,LD;相应也可获得 EA, EB, EC, ED的距离。在掘进施工中，由于盾构刀盘中心的坐标不能进行测量，故通过所测的A( xA,yA,zA ),B ( xB,yB,zB ),C ( xC,yC,zC ),D ( xD,yD,zD )四点坐标和对应的边长列方程组间接计算刀盘0和盾构机中体前断面的中心坐标E点。 由E、O两点的三维坐标和盾构机的绞折角就能计算出盾构机刀盘中心的水平偏航、垂直偏航，由A、B、C、D四点的三维坐标就能确定盾构机的扭转角度，从而达到了检测盾构机的目的。5.4.1.4、SLS-T导向系统初始测量SLS-T导向系统初始测量包括：隧道设计中线坐标计算，TCA托架和后视托架的三维坐标的测量，VMT初始参数设置和掘进等工作。A、隧道设计中线坐标计算：将隧道的所有平面曲线要素和高程曲线要素输入VMT软件，VMT将会自动计算出每间隔1米里程的隧道中线的三维坐标。隧道中线坐标需经过其它办法多次复核无误后方可使用，故应首先由测量工程师对同乐翻身三区间的线路中心坐标进行计算,由技术负责人进行复核后再与VMT自动计算的三维坐标核对。为了方便线路中心坐标的计算和更明确直观的掌握盾构在掘进中的位置和轴线偏离情况，在区间隧道建立局部平面坐标系，以0环管片终点的中心作为坐标原点，以盾构隧道轴线作为X轴，盾构掘进方向为X轴正方向，以X轴顺时针旋转90度方向作为Y轴正方向，进行区间线路中线坐标计算，并与大地平面坐标系进行坐标转换、相互校核。局部坐标向大地坐标地转换公式为：XA=COS方XACOS(方+90)YA+X YA=SIN方XASIN(方+90)YA+Y大地坐标系向局部坐标系转换公式为: XA=COS(360-方)(XA-X)+COS(360-方+90)（YA-Y) YA=SIN(360-方)(XA-X)SIN(360-方+90)（YA-Y)大地坐标系转换为局部坐标系的优点： 1、简化线路中心坐标的计算过程。2、以盾构刀盘中心的坐标为例，如掘进区间全部为直线，通过盾构刀盘中心局部坐标的X值，可知道盾构的掘进长度，通过Y值可知道盾构的左、右偏离轴线多少。图6图中XOY表示大地坐标系，XOY表示新建局部坐标系；（X,Y）表示局部坐标系XOY原点在大地坐标系XOY中的坐标；(XA,YA)表示A点局部坐标系平面坐标，（XA,YA）表示A点大地坐标系平面坐标；方表示大地坐标系X轴的顺时针旋转角度。B、TCA托架和后需视托架的安置和三维坐标的测量：TCA（智能型全站仪）托架和后视托架安置在隧道顶上，然后TCA托架上安放激光全站仪，后视托架上安放后视棱镜。通过人工测量将TCA托架和后视托架的中心位置的三维坐标测量出来后，作为控制盾构机姿态的起始测量数据。测量示意图见图7，使用激光全站仪之前必须要对仪器的轴系进行几何关系的检核。图7C 、VMT初始参数设置： 将TCA的中心位置的三维坐标以及后视棱镜的坐标、方位角（单位以g计算）输入控制计算机“station”窗口文件里，TCA定向完成后，启动计算机上的“advance”，TCA将照准激光标靶并测量其坐标和方位。根据激光束在标靶上的测量点位置和激光标靶内的光栅，可以确定激光标靶水平位置和竖直位置，根据激光标靶的双轴测斜传感器可以确定激光标靶的俯仰角和滚动角，TCA可以测得其与激光靶的距离，以上资料随推进千斤顶和中折千斤顶的伸长值及盾尾与管片的净空值（盾尾间隙值）一起经掘进软件计算和整理，盾构机的位置就以数据和模拟图形的形式显示在控制室的电脑屏幕上。通过对盾构机当前位置与设计位置的综合比较，盾构机操作手可以采取相应措施尽快且平缓地逼近设计线路。5.4.2、盾构掘进中的导向测量盾构开挖隧道，利用设置在盾构上的激光导向系统进行导向。利用延伸双支导线提供的导线点，用全站仪测出激光全站仪置镜点的坐标；激光全站仪后视盾构台车后延伸的稳定导线点，完成定向，再测设盾构后的激光标靶，将测量数据反映到掘进软件中计算整理，从而反映盾构的掘进姿态，完成机关导向。隧道施工测量，采用地下施工控制导线点和施工控制水准点逐次重复测量成果的加权平均值作为起算数据，为盾构的激光导向系统提供控制网点。5.5、衬砌管片测量衬砌管片测量包括测量衬砌环的环中心偏差、环的椭圆度和环的姿态。测量方法采用“水平尺+棱镜”法，具体为：A、环片中心平面坐标确定。中心点的确定方法是将一根5米长的精制铝合金尺横在隧道环的两侧，借助尺上的水平气泡使标尺置于水平位置，这时标尺中央的标志就是环片的中央，如图5，再用全站仪瞄准其中心位置，从而测得坐标。B、环中心标高的确定。用一根5米长的塔尺，置于环片的上、下的中央（最大读数处）位置上，用水准仪的水平丝读取正、倒尺的读数，将读数相加便得到竖径，通过将各环的底部高程加上竖径的一半，算得各环的高程。这样根据环的设计坐标和设计高程，就可以推算出环的中心偏差、环的椭圆度和环的姿态。图8衬砌环片不少于35环测量一次，测量时每环都测量，并测定待测环的前端面。相邻衬砌环测量时重合测定23环片。环片平面和高程测量允许误差为15mm。盾构测量资料整理后，及时编制测量成果表，报送盾构操作人员。盾构掘进测量以SLS-T导向系统为主，辅以人工测量校核。利用盾构上所带的SLS-T自动激光隧道导向系统及图象靶来完成隧道内盾构机位置、形态及管片位置等隧道内的测量工作。并通过控制系统随时进行调整。SLS-T导向系统能够全天候的动态显示盾构机当前位置相对于隧道设计轴线的位置偏差，主司机可根据显示的偏差及时调整盾构机的掘进姿态，使得盾构机能够沿着正确的方向掘进。为了确保导向系统的准确性、确保盾构机能够沿着正确的方向开挖，每周进行2次人工测量复核。56、盾构机姿态测量误差要求安装盾构始发托架时，测设同一位置的始发托架方向、坡度和高程与设计较差应小于2mm。盾构拼装竣工后，进行盾构纵向轴线和径向轴线测量，主要测量内容包括刀口、机头与盾尾连接点中心、盾尾之间的长度测量；盾构外壳长度测量；盾构刀口、盾尾和支承环的直径测量。盾构机与线路中线的平面偏离、高程偏离、纵向坡度、横向旋转和切口里程的测量，各项测量误差应满足下表。盾构机姿态测量误差技术要求测 量 项 目测量误差平面偏离值（mm）5高程偏离值（mm）5纵向坡度（%）1横向旋转角（）3切口里程（mm）10测定盾构机实时姿态时，测量一个特征点和一个特征轴，选择其切口中心为特征点，纵轴为特征轴。利用隧道施工控制导线测定盾构纵向轴线的方位角，该方位角与盾构本身方位角的较差为方位角改正值，并以此修正盾构掘进方向。盾构机姿态测量中误差完全可以控制在10mm内，本设计方案取姿态测量中误差为10mm。6.贯通测量各区间盾构隧道在贯通前50m加强各项控制测量的频率,做盾构机进洞前的姿态检测,TCL托架坐标检测等。若测量结果不符合有关要求,及时调整自动导向系统参数,确保隧道标准贯通。测定贯通误差时在盾构接收井的贯通面设置贯通相遇点。贯通后,用两边始发井和接收井内导线控制网延伸