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地铁工程施工测量技术 1 前言 随着我国地铁 轻轨等交通事业的迅速发展 工程测量得到了长足的进步 工程测量是各项建筑工程设计 施工及设备安装的必要工序 城市地铁由于其在建筑物 构筑物稠密地区修建 精度要求较高 施工线路长 施工单位多 给工程测量增加了工作难度 因此我们必须熟练掌握施工测量技术以及每一个阶段测量所带来的测量误差值 2 施工控制测量 按照测量工作应遵循的 先整体后局部 先控制后碎部 的原则 本工程的施工测量首先要进行施工控制测量作业 来控制 指导后续工作的顺利进行 施工控制测量成果必须申报给监理及业主 经审批同意后 方可进行细部放样测量 竣工测量和其它测量等作业 施工控制测量的内容主要有 接桩与复测 地面控制测量 联系测量 3 1地面控制网测量1 1地面平面控制网复测城市地铁工程控制网地面平面控制网采用城市地铁坐标系统 分两级布设 首级GPS控制网和精密导线控制网 盾构施工前应进行地面控制网的全面复测 以便将可靠的平面基准引入地下 1 1 1GPS网介绍1 GPS网以城市二等三角点为基础 布设成闭合或附合路线 沿地铁线路布设GPS控制点 平均边长1km 原则上每个车站至少2个点 每个GPS点至少应与两个相邻GPS点直接通视 便于常规方法检测及使用 2 GPS网最弱点点位中误差不大于12 最弱边的相对中误差不大于1 80000 相邻点的相对点位中误差10 3 观测要求及数据处理均按相关GPS测量规范要求进行 4 3 1 2精密控制网测量 1 导线控制点位布设要求精密导线点应沿线所经过的实际地形选定 以GPS网为基础布设成附合导线 闭合导线或结点网 导线点点位可充分利用城市已埋设的永久标志 或按城市导线标志埋设 点位可选在楼房上 位于车站地区的导线点必须选在施工范围之外 稳定可靠 而且应能与附近的GPS点通视 具体点位要求如下 点位附近不宜有散热体 测站应尽量避开高压电线等强电磁场的干扰 相邻点间的视线距离障碍物的距离以不受旁折光影响为原则 相邻边长不宜相差过大 个别边长不宜短于100米 相邻导线点间高差不宜大于25 特殊情况下也不宜大于30 每个导线点应保证两个以上的后视方向 点位选择应能控制地铁线路和盾构始发 接受的车站位置 导线点埋设应避开施工可能影响的范围 导线点应方便使用 利于长期保存 在盾构始发 接受的车站工作井附近 最好将点位布设成为强制归心标的形式 5 2 导线网测量要求1 外业按四等网精度施测 可采用2 级仪器 水平角方向观测6测回 测角精度不低于2 5 往返观测距离 并加入气象 仪器加 乘常数改正 天顶距观测一测回 2 当精密导线点上只有两个方向时 宜按左 右角观测 左 右角平均值之和与360 的较差应小于4 3 水平角观测遇到长 短边需要调焦时 应采用盘左长边调焦 盘右长边不调焦 盘右短边调焦 盘左短边不调焦的观测顺序进行观测 4 在附合精密导线两端的GPS点上观测时 应联测两个高级方向 若只能观测一个高级方向 应该适当增加测回数 5 精密导线测量的主要技术要求应符合表2中的规定 6 3 观测成果处理1 附合导线或导线环的角度闭合差 不应大于下式计算的值 W 2m n式中 m 测角中误差 n 附合导线或导线环的角度个数 2 导线网方位角闭合差计算的测角中误差应按下式计算 M f f n N 式中 f 附合导线或闭合导线环的方位角闭合差 n 计算f时的角度个数 N 附合导线或闭合导线环的个数 7 3 精密导线测距边的边长投影改正归化到地下铁道交通工程线路测区平均高程面上的测距边长度 应按下式计算 D D0 1 Hp Hm Ra 式中 D0 测距两端点的平均高程面上的水平距离 m Ra 参考椭球体在测距边方向上法截弧的曲率半径 可取6371000m Hp 测区的平均高程 m Hm 测距边两端点的平均高程 m 4 平差精密导线应采用严密方法平差 并分析点位误差椭圆及相对点位误差椭圆 为下一步区间测量设计提供基础数据 8 1 2高程控制网复测城市地铁工程水准网是附合在城市二等水准网基础上的精密水准 1 2 1水准点的选点布设1 精密水准网应沿工程线路布设成附合路线 闭合路线或结点网 车站附近应设置2个以上水准点 2 精密水准点应选在离施工场地变形区外稳固的地方 墙上水准点应选在永久性建筑物上 水准点点位应便于寻找 保存和引测 1 2 2高程控制网的观测 1 精密水准测量的观测方法如下 往测 奇数站上为 后 前 前 后偶数站上为 前 后 后 前返测 奇数站上为 前 后 后 前偶数站上为后 前 前 后 9 2 每一测段的往测与返测 宜分别在上午 下午进行 也可以在夜间观测 由往测转向返测时 两根标尺必须互换位置 3 精密水准测量观测的视线长度 视距差 视线高不应超过表2的规定 表3精密水准测量观测的视线长度 视距差 视线高的要求 m 10 4 精密水准测量测站观测限差不得超过表3规定 表4精密水准测量的测站观测限差 mm 5 精密水准测量的主要技术要求应符合表4规定 表5精密水准测量的主要技术要求 11 6 两次观测高差超限时应重测 当重测成果与原测成果比较 其较差均不超过限值时 应该取三次成果的平均数 1 2 3观测成果处理每千米水准测量的高差偶然中误差应按照下式计算 M L 4N 式中 M 高差偶然中误差 L 水准测量的测段长度 Km 水准路线测段往返高差不符值 N 往返测的水准路线的测段数 12 2 平差处理 水准网的数据处理应采用严密平差 以深埋水准点作为已知点 采用强制附合平差 并应计算每千米高差偶然中误差 最弱点高程中误差 2联系测量2 1概述联系测量是将地面坐标系统引测传递到地下 主要工作包括地面趋近导线测量 趋近水准测量 通过竖井 通道的定向测量和传递高程测量 地下趋近导线测量 地下趋近水准测量 13 平面定向常用方法 1 铅垂仪 陀螺仪联合定向 2 联系三角形几何定向 目前广泛运用于城市地铁测量 3 导线定向测量 4 钻孔投点定向 适用矿山法隧道 高程传递常用方法 1 悬吊钢尺 钢丝 法 2 水准测量 3 光电测距精密三角高程测量在日常施工控制中 我们主要采用联系三角形几何定向和两井定向 14 2 2联系三角形几何定向联系三角形定向测量亦称一井定向测量 一井定向测量是在一个竖井中悬挂两根 0 5mm钢丝 钢丝下部配重为10Kg并置于废机油之中稳定 在地面近井点与钢丝组成三角形 并测定近井点与钢丝的距离和角度 从而算得两钢丝的坐标以及它们之间的方位角 在井下 同样井下近井点也与钢丝构成三角形 并测定井下近井点与钢丝的距离和角度 由于钢丝处在自由悬挂状态 可以认定钢丝的坐标和方位角与地面一致 通过计算便可获得地下导线起算点的坐标和方位角 这样就把地上与地下导线联系起来了 一井定向示意图如下 15 16 2 2 1三角形图形条件要求1 连接三角形最有利的形状是锐角 不大于1 的直伸三角形 在实际测量中一定要达到这个要求 2 传向角 的误差 随 角的误差增大而增大 随边长比值b a的减小而减小 因此在联系测量的时候 应尽量使连接点A靠近钢丝 b a 1 5 并精确的测量角度 3 两根钢丝的距离a越大 则连接角度 的误差就越小 两根钢丝的间距不得小于5m 在施工测量中 我们都保证了钢丝间距至少达到8m以上 4 在直伸三角形中 测距误差对定向精度的影响很小 M ma b a5 每次应该悬吊3根钢丝组成两个联系三角形 便于起到校核作用 17 6 联系三角形定向地下起算边起始方位角应独立进行3次 方位角平均数值中误差应在 8 之内 7 传向角度计算 sin sin b a b a 当 均小于1 的时候 2 3两井定向两井定向是在两施工竖井中分别悬挂一根钢丝 与一井定向相比 由于两根钢丝间的距离大大增加了 因而减少了投点误差引起的方向中误差 有利于提高地下导线的精度 这是两井定向的主要优点 两井定向中两根钢丝处缺少两个连接角 这样的地下导线是没有起算方位角的 所以两井定向的实质就是测量无定向导线 它是一种特殊的附合导线 18 两井定向时 是利用地面近井点才用导线测量方法直接测定两根钢丝的平面坐标值 在地下隧道中 将已经布设好的地下导线与竖井中的钢丝的联测 即可以将地面坐标系中的坐标和方位传递到地下 经计算求出地下导线各点的坐标与导线边的方位角 两井定向示意图如下 19 4 3 1两井定向在城市地铁施工中的主要布置形式 第一种布置形式 第二种布置形式 20 1 第一种布置形式就是在车站底板 侧墙 预埋导线组成两组或更多的无定向导线 对于施工干扰不大情况下 布置这种形式还是不错的 但导线点的边长都不长 除非车站主体已经竣工 才能拉大导线边长 2 第二种布置形式就比较灵活 不需要在车站内埋导线点 将地下起算边直接设置在洞内管片上 它增大了无定向导线的精度 因为中间的插点D3可以同时观测钢丝G1和G2 在测量地下导线时候 采取自由设置测站 不需要对中具体点位 整平就可以了 首先置镜车站底板上任意一点D3 后视D1 然后前视三个方向D2 G1 G2 观测6个测回 距离单向观测两个测回 3 置镜D2 后视G2 前视D1 G1 这一步骤是起复核检查作用 4 D1 D2就是区间隧道的地下起算边 在实际施工测量中 我们一般悬吊3根钢丝 组成两组无定向导线 最后在D1 D2进行方位角闭合差比较 根据实际测量情况显示 地下起算边的方位角闭差从没有超过2 第二种导线布置形式是施工中采用的最多的一种方式 它不仅定向精度高 而且完全可以不受现场施工干扰的影响 21 5 内业计算 采用软件平差和手工平差同步进行 在手工平差中 传向角度的计算不到单独采用正余玄组合公式进行 这样可以将所有的实测数据都利用上 避免了单独采用正玄或余玄公式的不足之处 2 4高程联系测量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 传递高程测量见下图 22 23 6盾构测量6 1始发前准备工作6 1 1洞门钢环复测量 反力架及始发基座放样1 洞门钢环复测量是基座及反力架放样的依据 在施工现场我们主要采用分别在钢环的上部 中部 下部分别测量6个点位 然后计算出钢环实测中心坐标和设计钢环坐标进行比较 可以推算出当前钢环的横向偏差 利用水准仪实测钢环的底部 顶部高程并和设计高程相比较 这样钢环在空间的真实位置就被确定下来 2 根据钢环的实际偏移位置 结合设计中心线 就可以放样出盾构始发基坐中心线 主要有切线发 玄线发 中分发三种 在曲线上始发多采用中分法进行放样 24 25 3 反力架不仅起到后背墙的作用而且也起到导向的作用 所以反力架的端面是和始发基座的轴线是垂直的 反力架的里程是由 1环的里程决定的 必须先计算出隧道两端的井接头长度 然后计算所需要的负环管片数量 才能计算出反力架的里程 26 27 6 1 3自动测量数据运行 调试1 管片坐标输入完毕后 检查平面 高程线形是否连续 2 启动盾构测量系统进行调试 3 输入测站点坐标 4 后视点复位 全站仪自动搜索到后视控制点后 进行度盘归零 然后测量距离 和人工测量结果相比较 5 参考点测量 后视点复位无误后 进行参考点坐标测量即盾构姿态测量 然后和人工测量结果做比较 6 自动测量系统和人工测量结果比较无误后 方能进行盾构机试掘进 28 6 2盾构掘进过程测量6 2 1地下平面控制测量1 地铁隧道地下控制导线是一条支导线 随着盾构机的推进而延伸 地下控制网是指导盾构掘进的依据 应根据地下导线的长度 线型和贯通误差要求进行测量设计 并经常复测 2 当区间长度超过1000m时 地下导线可分成两级布设 即施工导线和基本导线 对于长区间 大于1500m 为提高地下导线的测量精度和增加可靠性 应考虑在掘进到区间0 7倍处加测陀螺方位边 为提高精度与加强检核 地下导线常布设为4 6边的双闭合导线环 29 3 控制点点位布设 地下导线点点位可设在隧道管片的顶部和侧边 要求不受车辆和施工的影响 保证点位的稳定性 用于盾构机自动导向系统测量的导线点通常建立在管片的侧面仪器台上和右上侧内外架式的吊篮上 仪器采用强制归心 如下图 为了提高地下导线点的精度 应尽量减少支导线点 拉长两导线点的距离 并尽可能布设近乎直伸的导线 30 洞内导线布置图 31 4 测量方法 前后视点均采用强制对中对点 采用 标称精度2 2 2ppm 全站仪观测6个测回 左 右角各三测回 左 右角平均值之和与360 的差 4 导线边长对向观测各2测回 为了减少仪器的偏心误差 采取每三测回变换180 方向重新对中整平进行测量 以提高测角精度 5 控制导线复测 施工控制导线点应定期检测 保证控制网的精度和点位的稳定性 隧道掘进150m 隧道全长的二分之一时 隧道全长的四分之三时 和接近贯通面150m时必须分别进行一次包括联系测量在内的全面检测 6 导线数据处理 导线资料处理应用软件进行严密平差处理 32 6 2 2地下高程控制测量1 地下水准测量精度要求 地下水准测量用II等水准测量方法和仪器施测 往返高差不符合值 8 L L以公里计算 的精度 2 水准点布设 因环境条件狭小 运输车辆干扰大 洞内水准点每200米布设一个点 曲线段可适当增加一些 3 水准复测 开挖至隧道全长的1 3处时 2 3处时 贯通前50 100m时 按II等水准精度要求进行复测 确认成果正确或采用新成果 保障高程贯通精度 33 6 2 3管片测量1 椭圆度测设 首先根据施工导线放出隧道中线 并附上中线标高 然后用激光断面仪测出其实际内净空并与设计断面作比较 通过后处理软件能比较准确的计算出施工后的管片形状 2 管片中心简易测量法如图下图 在水平尺中点A处安置一基座并测出其三维坐标 然后根据管片半径和水平尺的长度计算出A点到圆心O点的距离就求出了圆心O的实测三维坐标 根据实测坐标与设计坐标作比较就可知道管片在横向 竖向发生的位移情况 34 如图 35 3 管片里程测量 盾构隧道井接头长度要求一般在400 800mm 始发反力架的里程根据 1环里程来反算 所以始发洞口井接头长度是完全能保证的 而隧道管片的排版是很理想化的 在掘进过程中由于盾构姿态的调整 管片加贴纠偏楔子 导致管片实际里程大于设计里程 为了保证盾构进洞时有足够的井接头长度 一般每150环就要进行一次管片实际里程测量 根据管片实际里程情况调整好管片与盾构机的姿态及盾构机自身的姿态 减少纠偏楔子的数量 36 7贯通测量地铁盾构隧道地下导线使盾构准确地沿着设计轴线开挖推进 并进入接收井的预留门洞 区间隧道的贯通测量是在已建成的两个车站的隧道预留洞之间进行的测量 施工时 盾构是从一个车站的预留洞推进 按设计的线路方向和纵坡 再从一个车站的预留洞中推出 这时盾构中心和预留洞中心的偏差值 就是贯通误差 包括测量误差和施工误差 37 7 1贯通误差测定测量贯通误差时 从始发端将地下导线引测到接收井的地下控制点上 平面坐标差就是测量贯通误差 投影到贯通面上的分量为横向贯通误差 高程差为竖向贯通误差 7 2贯通误差调整隧道贯通后 地下导线附合到了接收井地下控制点上 支水准也变成了附合水准 当闭合差不超过限差规定时 进行平差计算 按附合导线平差后的坐标值调整线路中线 38 隧道贯通后平面和高程导线平差的新成果作为净空测量 调整中线 测设铺轨基标及进行变形监测的起始数据 如果贯通误差超限 说明导线测量存在有粗差或累计误差很大 则要再从地表联测导线 在洞内从一个车站联测到另一个车站 找出问题 合格后再进行平差处理 并作为放样中线的依据 此时洞内存在调线问题 一般是保证车站中线不动 然后在洞内进行中线调整 一般不改变曲线半径 而调整曲线偏角和缓和曲线的长度等 39 8区间盾构测量质量控制要点8 1施工过程中控制测量成果的检查和检测1 为了确保隧道正确贯通和满足设计的净空限界 必须建立严格的检查和复核制度 2 检测均应按照规定的同等级精度作业要求进行 及时提出成果报告 3 测量频率 地表控制网一般3个月进行一次复测 联系测量及洞内导线一般在一个区间要进行5次测量 4 检测坐标互差 12 检测地表高程互差应 3 地下高程互差应 5 检测地下导线起始边方位角的互差应 8 40 8 3人工测量检核自动导向系统对于盾构机安装的自动导向系统 应注意人工测量检核并及时校正 1 管片测量后 根据该环管片的位移并考虑其盾尾间隙值 可以推算出推进该环时的盾尾姿态并和自动系统显示的姿态作比较 通过数环的比较则可以比较自动系统与人工测量之间的误差 一般较差在15mm以内 2 在盾构机始发时 在其千斤顶支撑环左右两侧贴反射片 并测量出反射片与盾首 盾尾的相互关系 推进过程中 人工测量出反射片的坐标 根据其与盾构机的相互关系可推算出盾首 尾坐标 然后与自动系统所测坐标作比较 找出两者之间的误差 也可以人工直接测量参考点的坐标来进行比较 3 还可以通过推进千斤顶行程差来检查自动系统测量数据的正确性 41 成都地铁工程施工测量管理细则摘要 在任何贯通面上 暗 明挖隧道和高架横向贯通中误差为 50mm 高程贯通中误差为 25mm 施工单位必须有行之有效的多级复核制度 所承揽工程的控制测量均须经施工单位上级部门精测队复核 一 施工单位必须建立健全自己内部的 行之有效的多级复核制度 以保证测量成果的准确 二 施工单位在进行测量放样时 应注意与相邻工程的衔接 后施工的工点必须与其相邻先行施工的工程进行联测 以保证相对位置的准确衔接 施工单位在本工程中的所有测量作业 起算点必须使用经第三方测量单位检测合格的点位 42 土建施工中 由业主设定的重要关键测量环节须经监理 第三方测量单位检测合格后 才能进行下一步的施工 盾构法区间须经监理 第三方测量单位复核的测量环节 一 地面加密控制网测量 二 始发井或吊出井 含中间风井 成型洞门钢环 三 始发前包括联系测量在内的基线及地下水准 盾构在车站始发的 始发基线边必须及时与车站底板测量控制点进行联测 盾体姿态经第三方测量单位检测后方能始发 四 盾构掘进至盾尾距离始发面