盾构法地铁隧道施工中的测量技术

摘 要：盾构法虽然工序复杂、施工精度及技术含量都很高,但其同样是一种先进、且对地面交通不造成影响的隧道施工方法.在地铁建设中,盾构法无疑是最好的选择.测量是盾构施工中盾构机掘进的眼睛,为了让地铁隧道全线按精度（横向贯通精度不超过±50mm,竖向贯通精度不超过±25mm）要求贯通.必须研究每一步的测量方法和测量工作所带来的误差.

关 键 词：盾构隧道；控制测量；联系测量；贯通测量

0引言

地铁区间隧道距离长、前方设备多,隧道内通视条件差,这就给测量工作带来了一定的困难.因此采用合理有效的测量手段是盾构施工安全、优质、高效进行的重要保障[1].盾构法地铁隧道施工中影响贯通精度主要来自以下几个测量环节：地面控制测量、竖井联系测量、地下控制测量、盾构掘进过程中的施工测量、贯通测量.为了保证隧道的贯通精度,本文将主要从以上几个环节来讨论盾构法地铁隧道施工中的测量技术.

1地面控制测量

地面控制测量是洞内控制测量的基础,提高地面控制测量成果的可靠性和精确性,是提高城市地铁工程贯通精度的前提,考虑到洞内施工条件恶劣,折光等因素影响,必须尽可能提高洞外控制点测量精度,将条件较好的的洞外控制点测量部位的余量让给困难的洞内测量部位,使隧道的总影响值不超过规定限值（或全面提高全隧道的贯通精度）[2].由地面测量误差所引起的横向贯通中误差的允许值m可用下面式子表达：

等于等于（-总的横向贯通中误差）

足见地面控制测量误差将是总的横向贯通中误差的0.58倍,绝不可忽视[3]

1.1平面控制测量

控制网实施应遵循技术先进、经济合理、质量可靠和安全适用的原则[3].地面控制网的布设,可采用三角网、导线网和测边网等方案.采用导线布设可参考如下建议：将导线横跨隧道区间段,适当加设少量导线点,附合在区间两端的两个高级点上,为了减少导线距离测

量产生的误差对隧道横向贯通的影响,应尽可能将导线沿着隧道的中线布设.这样导线点数可减少,大大减少测角误差对横向贯通的影响.地面控制导线测量误差所引起的终点横向坐标误差公式为：

+

（―测角的各导线点至贯通面的垂直距离的平方和,―测角中误差,

―各导线边在贯通面上投影长度的平方和,―最弱边相对中误差）

因此,采用导线测量布网其估算横向误差公式具有直观、精确的特点.可见导线终点的变动对横向贯通误差影响显著.

1.2高程控制测量

接收业主所给的所有水准基点并且复核无误后,布设加密水准点,精密水准点选在施工场地变形区以外的稳固、便于寻找和保存和方便引测的地方,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.隧道区间段包括跨河隧道时,还须做跨河水准精密测量来有效地控制隧道高程贯通误差[4]

2竖井联系测量

对于盾构法隧道工程,联系测量是通过施工竖井将方位、坐标及高程从地面上的控制点传递到地下平面及地下水准控制点,从而确定地下控制测量的起算点[5].竖井定向的误差对隧道贯通有一定影响,其中坐标传递的误差将使地下导线的各点产生同一数值的位移,其对贯通的影响是一个常数；方向传递的误差,将使地下导线各边方向角转动一个误差值,它对贯通的影响将随着导线长度的增加而增大.

2.1定向精度的提高

如采用竖井联系三角形定向,地下导线起始方向角的误差可用下式表示：

（ms-边长丈量误差引起的计算角度误差,mβ-角度观测误差,mQ-吊锤投点误差）

其中mQ采用一定方法加以改进可视为不计,图为竖井定向示意图.虚线为方位角推算路线.

竖井定向示意图

（为某一整数）

当地面与地下联系三角形的形状相似时：

；

一般认为地下方向观测误差为地面方向观测误差的1.5倍,即m1等于1.5m.

进行竖井定向时,一般进行三次定向工作,然后取其平均值,这样,定向的中误差约为,足见定向精度提高了倍.

2.2高程传递测量

高程传递测量以离端头井最近的水准点为基点.在进行高程传递之前,必须对地面上的起始水准点进行校核,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.高程传递测量采用悬吊钢尺的方法进行.为了进行检核,应由地面2～3个水准点将高程传递到地下的两个水准点,地下水准点高程值互差不应超过2mm.

3地下控制测量

3.1地下导线测量

隧道施工过程中所进行的地下导线测量最好采用双支导线的形式向前传递,在双支导线的前面连接起来,构成附合导线的形式,以便平定测量精度.洞内施工控制导线一般采用在管片最大跨度附近安装牵制对中托架,测量起来方便且提高对中精度,同时减小对洞内运输的影响.导线点应满足必要的精度与一定的密度,为了减少两者在布设时的矛盾,通常采用分级布设的方法布设施工导线和施工控制导线,由于刚成型隧道内管片浮动比较厉害,有必要加强对洞内导线点的经常复测.

3.2地下水准测量

在隧道贯通之前,地下水准路线均为支水准路线,因而需采用往返观测和多次观测的方法进行检核；隧道施工中,地下水准线路随盾构掘进而增长.为检查地下水准点的稳定性,应定对水准点进行复测,将所测得的高差成果进行分析比较.根据分析的结果,若水准标志无变,则取所有高差的平均值作为高差成果,若出现水准标志变动,则取最近一次测量成果.

4盾构施工掘进测量

在盾构机推进施工过程中,必须随时掌握盾构机和管片的姿态,才能正确地控制盾构机沿着设计路线掘进.现场测量直接得到的是盾构机轴线上两点和管片中心的三维坐标,他们必须与隧道设计轴线（DTA）比较,才能得出实际偏差值.管片姿态测量包括管片中心的平面、高程偏离值和管片前沿里程等[5].为防止管环位移超限,我们首先是提高控制测量的精度,其次是提高导向系统的精度,最后就是通过每天的管环测量,实测出管环的位移趋势,采取措施尽量减小位移量.

5贯通测量

贯通精度设定：

地铁盾构区间隧道贯通误差主要来自以下几方面的测量工序：地面控制测量误差、联系测量误差、地下导线测量误差.对各阶段平面测量误差限值分配采用不等精度分配原则,并检测设各项误差影响相互独立,取值如下：,

则有mm

于是可得等于50/3.75等于13.3mm,从而可以求得各道工序的测量中误差,即地面控制测量中误差为等于13.3mm,联系测量中误差为等于26.6mm,地下导线测量中误差为39.9mm.

同理,对各阶段高程测量误差限值也采用不等精度分配,取值如下：

等于10mm,等于10mm,等于20mm,代入上式可得等于24.5mm<25mm.

6结论与建议

地面控制测量是地下控制测量的基础,很好地进行地面控制测量是盾构法隧道施工测量工作中的重中之重.前期接受业主移交的少量控制点后,核实所给点位坐标并根据工程现场情况,合理的布置好现场控制点网（包括平面控制网和高程控制网）,引进近井点,然后竖井联系测量将地面下的控制点与地面上的控制点的坐标系统一.