浅谈地铁盾构法隧道施工测量技术

1、浅谈地铁盾构法隧道施工测量技术摘要：本文结合珠江三角洲城际城际快速轨道交通广州至佛山段【桂城南桂路虫雷岗公园盾构区间】土建工程盾构法隧道施工测量的实践，介绍地铁盾构法隧道施工中的控制测量、联系测量、ROBOTEC自动测量系统、盾构姿态人工检测、管环片测量等，其中ROBOTEC自动测量系统的应用和维护经验是本文的重点。关键词：盾构；隧道；测量； ROBOTEC自动测量系统；贯通引言 在城市轨道快速发展的今天，特别是在盾构法隧道机内台车狭小的空间里，既要满足施工过程中材料的运输，又要经常性对盾构姿态进行人工测量。人工测量占用时间和空间，故无法满足快速.准确的施工要求，为解决这一问题我们引用了ROB

2、OTEC自动测量系统，将其架设在台车的左上方对盾构姿态随时进行自动测量，节约了时间，这一方法有效提高施工速度和增加了经济效益 1.控制测量 1.1 地面平面控制测量 针对于平面测量在地铁领域的应用，主要是分为两级布局控制网，即GPS控制网以及精密导线控制网。据以往隧道施工测量经验和本次隧道贯通误差的规定，根据工程测量规范中的有关规定，采用高精度全站仪以测角.测距精密导线网作为隧道地面平面控制测量方法，测量导线按三等导线精度要求进行。 地面控制导线网尽量利用业主提供的控制点，适当加设少量导线点，基本上按照线路走向布设，采用附和导线多测回测量的方式，提高测量精度，增加复核条件，增加各开挖洞口的控制

3、桩个数和观测检查方向，以及将施工测量的精度结果与业主的测量成果进行比较。 1.2 地面高程控制测量 地面高程控制网是在城市二等水准点下布设的精密水准网，常规水准测量按城市二等水准精度指标要求，根据业主所给的所有水准基点，布设附和导线，进行高程计算和平差，复核各个水准点的高程。与平面控制网进行联测，测定各个平面控制点的高程。 隧道进出洞口设置2个以上水准点，按闭合路线测量并进行严密平差。精密水准点选在离施工场地变形区外稳固的地方，墙上水准点选在永久性建筑物上。水准点点位应便于寻找.保存和引测。精密水准点间距平均300m。 1.3 联系测量 1.3.1 地面趋进导线测量 利用业主及监理批准的测量成

4、果书，以离盾构井最近的导线点为基点，引测13个导线点至每个端头井附近，布设成三角形，形成闭合导线网。近井点应与GPS点或精密导线点通视，并应使定向具有最有利的图形。除近井点设置固定标志外，其它地面趋近导线点均设置临时标志。地面趋近导线全长不宜超过350m，平均边长60m，最短边长应大于30m。采用精密导线精度测量，进行严密平差，并近井点的点位中误差控制在10mm以内。 1.3.2 定向测量 虫雷岗公园始发定向采用两井定向法，两井定向方法的操作步骤如下：在盾构明挖段两端悬吊两根0.5mm钢丝，底部挂15Kg重垂球，并在与井上井下的站点能够通视的地方贴上反射片，两钢丝距离不小于30m，并尽可能拉大

5、，近井点.井下控制点与钢丝距离不小于5m，由于井身较长，为增加井下基线边的传递精度，选定了90米的始发基线边。待钢丝稳定后，在井上下同步观测钢丝，每次联系三角形定向均独立进行三次，取三次的平均值作为一次定向成果。定向联系测量的仪器用LEICA TCA1201高精度全站仪。 1.3.3 高程传递测量 高程传递测量包括地面水准测量和地下水准测量。利用业主及监理批准的水准网，以离端头井最近的水准点为基点，将水准点引测至端头井附近，测量等级达到国家二级。每个端头井附近至少布设两个埋设稳定的测点，以便相互校核。 采用悬吊钢尺的方法进行高程传递测量。用鉴定后的钢尺，挂重锤10kg用两台水准仪在井上下同步观

6、测，将高程传至井下固定点。每次独立观测三个测回，每测回变动仪器高度，三个测回测得地上.地下水准点的高差较差应小于3mm，三个测回测定的高差应进行温度.尺长改正。在盾构始发前.掘进150m.掘进300400m和距贯通面200m时分别进行一次高程传递测量，取三次测量成果的加权平均值。 2.地下控制导线测量 地下导线一般采用分级布设的方法布设施工导线和施工控制导线，为了保证点位的稳定和避免观测时受施工环境的影响，施工导线点布设在管片侧面的仪器台上，仪器采用强制归心，测量人员可在走道板上观测并与仪器台完全分离，从而确保仪器的稳定性；施工控制导线点布设在隧道底部，便于移交给下一道工序使用。本标段采用主副

7、导线（施工控制导线和施工导线）的方法，作业精度按测角中误差为2”，量边相对中误差为1/80000，左右角各观测4个测回，左右角平均值之和与360的较差控制在4内，边长往返观测各两测回，其平均值较差控制在3mm之内。当主副导线前进一段距离时交叉一次，每次增加新点时，都对第三个控制点进行检核，确保在10mm以内，沿盾构井掘进的线路，直线段约60m布设一个施工导线点，控制桩点约250m布设一个，曲线段以最大的通视距离布设一个控制桩点，同时不大于250m。 3.盾构掘进的施工测量 盾构机的施工测量包括始发架.反力架.始发定位.盾构机姿态测量和管片测量。利用测量控制点测设出线路中线点和安装时所需要的测量

8、控制点，测设值与设计值较差应小于3mm。安装盾构导轨时，测设同一位置的导轨方向.坡度和高程，测设值与设计值较差应小于2mm。 盾构机出厂前，在中体平面上布设一定数量的参考点，可以测出这些点的坐标，以3个点为一组，计算出这个平面中心坐标，取这些组参考点计算出来的坐标的平均值，然后根据这些点和刀盘中心的几何关系，可计算出盾构机刀盘中心坐标.盾构机的里程.盾构机与隧道设计中心线的关系.盾构机的滚动.仰角.偏角等。 管片测量包括测量管片环的环中心偏差.环的椭圆度和环的姿态。管片块每次测量不少于35环，每环都应测定待测环的前端面。相邻管片环测量时应重合测定23环环片，环片平面和高程测量允许误差为15mm

9、。 环状管片中心平面位置和标高的测量采用简便的“水平标杆法”。具体步骤为：将一根4.025m长的精制铝合金尺横在隧道环两侧，并用水准气泡调其水平，再用全站仪和水准仪瞄准其中心位置，可测量出其坐标和高程，所得高程加上1.8m即为环状管片中心高程。 4.盾构掘进自动测量系统 盾构掘进测量管理系统是日本enzan公司研究生产的一种名为ROBOTEC高精度盾构掘进测量系统，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状态，使得盾构机能够沿着正确的方向掘进。 盾构掘进自动测量系统的组成有Trimble(5603)全站仪及全站仪控制箱.后视棱镜

10、及后视控制箱.测量主控箱.中央控制室计算机.机内棱镜组(3个)及棱镜控制箱。 ROBOTEC自动测量系统的应用 在系统操作之前必须先利用地下控制导线点测得主机站点以及后视站点的坐标，并将主机，后视棱镜，机内棱镜组等通过固用数据线与测量控制箱连接，再到中央控制室计算机进行控制操作。 4.1 线型的录入 首先将设计图纸的隧道线路参数准确地摘录下来，再利用数学计算公式在EXCEL软件里编制计算程序将线路以每1m一个的设计三维坐标计算出来，将其复制进中央控制室计算机的指定目录里面。 4.2 机内棱镜的设定 在系统自带的软件里输入始发前盾构机前后圆中心点.机内固定棱镜组的三维坐标，它将自动计算出三个棱镜

11、点位与前后圆中心点的空间几何距离参数，再将这些参数输入测点设置里面进行原始关系的确认保存。 4.3 计算机内测量系统的操作 隧道内的测量设备接通电源之后，首先在计算机内对主机进行开机操作，再在测量系统操作界面单独操作里将测得的坐标值输入相对应位置，点击登录。登录成功后点击后视点复位，跟着进行后视点确认，全站仪将会自动搜索后视点，待正常终了这后即可点击ROBOTEC测量进行盾构姿态的测量。当盾构机掘进到超出测量距离时，应对测量设备进行前移的工作，在测得新设点位的坐标后对测量系统作同样的操作。 4.4 ROBOTEC自动测量系统的常见问题以及解决方法 4.4.1 自动水平补偿异常 出现这一异常表示

12、全站仪的水平气泡不居中，必须重新整平，偏差在一小格以内，如果是瞬间性的人为碰撞造成异常的则根据单独操作里进行自动水平补偿ON来确认，它将自动进行补偿。 4.4.2 后视点误差大 即在后视点确认过程中出现误差大的异常，正常情况必须小于10mm,，如果出现红色警示时，有可能发生了后视点或者全站仪的移动，此时须人工重新测量后视点.全站仪点位。之后进行修改，直到红色警示消失。 (1) 电源开关不可 要确认通信线缆及接线盒是否松动导致接触不良.检查线路是否破坏性断开或是发生断电情况。 (2) 后视点搜索不可及测距异常 检查后视棱镜是否遮挡或电源信号灯由于未通电不亮。 (3) 盾构机偏差显示突变 在掘进过

13、程中偶尔会发生偏差的不正常跳动，个人在工作中实践总结出主要是由于外力或电流的不稳定等情况导致机内倾斜计工作异常，传递了错误的滚动角的信息，以致反算的盾构机前后圆中心点坐标有误，产生偏差突变的情况，此时待无外界干扰的情况下，对测量系统进行重新复位和后视点重确认，正常之后再时行测量。 5.贯通测量 当盾构法隧道贯通之后，须从始发基线边开始重新对洞内导线进行复测，外业利用TCA-1202测边.测角六测回，各测回较差小于4秒，距离往返测平均值较差小于3mm，然后取其角度和距离的平均值计算成果。 平面贯通测量：在贯通面布设一临时点，利用井下基线边，经各导线点，测出一组临时坐标。然后利用南桂路站基坑底控制点再测出一组临时坐标。两组临时点坐标差值，在隧道线路中线方向的投影长度即为纵向贯通误差，在垂直于中线方向的投影长度即为横向贯通误差，区间实测横向贯通误差为28mm。 高程贯通测量：在贯通面布设一临时点，利用始发基线点高程联测成果布设支导线水准路线，测出临时点高程；然后利用南桂路站底板高程控制点布设支导线水准路线，再测出临时点高程。两组高程的差值即为高程贯通误差，区间实测高程贯通误差为7mm。 6