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摘要：地铁盾构区间施工测量的主要目的是按设计正确贯通。从控制测 量、 联系测量和盾 构机施工测量 3 个主要方面介绍地铁盾构区间施工各环节的主要测量工作, 并以盾构机施工测量为重点, 详细介绍盾构机施工测 量的各项技术 方法。在介绍各项观测技术的同时, 还将探讨提高各项施工测量精度的方法和措施。对其他地铁盾构区间施工测量工作有一定的借鉴作用。
关键词: 地铁; 盾构; 区间施工测量
中图分类号： U231 文献标识码： A
盾构施工技术以其安全高效、 可穿越复杂底层的特点, 在地铁、 大型引水工程及城市市政建设中被广泛采用。与传统地铁施工方法 ( 如明挖法、 盖挖法、浅埋暗挖法等 ) 相比, 盾构法的优点是安全、 速度快,不影响地面交通, 不受气候条件影响和适用于各种不同地层状况, 是加速发展城市地铁的有效手段。盾构施工采用的工艺不同于传统施工方法, 因此其测量手段与传统测量手段既紧密联系又有很多不同。盾构法施工中所采用的有效合理的测量措施, 是确保工程施工安全、 高效的重要保障。
一 联系测量
1 . 高程传递
高程传递是采用钢尺导入法, 将地面水准点高程传递到地下的水准点[ 6 -7]。高程传递应独立进行3次, 并与竖井定向同步, 互差应满足限差要求。钢尺导入法 是传 统的竖 井传递 高程 方法 ( 如图 ) 。
将钢尺悬挂在支架 上, 在 尺的零端 挂一重锤并垂于井下, 其重量应为检定时的拉力。地面高程按二等水准测量技术 要求传递到近井 水准点 A, 在地上和地下安置两台水准仪同时读数, 即地上、 地下水准仪分别读取 A 点水准尺读数 a 和钢尺读数 m 及 B 点水准尺读数 b 和钢尺读数 n ( 独立观测 3 测回, 每测回变动仪器高度 ) , 3 个测回的高差应小于 3 mm 。观测时应量取地上地下的温度, 测定的高差应进行温度改正和尺长改正。
高程传递示意图按式 ( 1 ) 计算 B 的高程, 即为盾构始发及掘进的高程控制的依据HB= HA+ a - [ ( m - n ) + $ l+ $t ] - b ( 1 )式中, $t 为钢尺温度改正数, 即 $t = A t 平 - t 0 l ( t 平是地上、 地下的平均温度, t 0 是钢尺检定时的温度,l= m - n $l 为钢 尺尺长改正数 ) ; A为 钢尺膨胀 系数, 取 0 . 000 012 5b C 。
2 . 竖井定向
竖井定向是为了统一地上、 地下平面直角坐标系统。隧道贯通前的联系测量工作不应少于 3 次,宜在隧道掘进到 100 m 、 300 m 以及距贯通面 100 ~200 m 时, 分别进行一次测量, 目的是确定地下起始点和起始边在地面坐标系统 中的平面坐标和 方位角。在隧道内须建立支导线, 起始边的方位角误差对隧道各导线点的影响随各 点与起始点的距 离成正比增大。两井定向法通过增 大两根钢丝的 距离来减小钢丝的 投向 误差, 并提 高起始 边的 方位角
精度。两井定向工作包括投点和连接测量两部分(如图） 车站建成后, 分别 在车站两端竖井处各投挂一根钢丝, 采用单荷 重投影法, 在每根钢丝上下两 端适当位置上 粘贴棱镜片, 分别 为 A、 B 和A c 、 B c 。在车站附近的加密导线点上架设全站仪, 测出两根钢丝到导线点的角度和距离, 从而计算出 A、B 的坐标。注意 投点时先在钢 丝上挂以 较轻的荷重, 徐徐将其下入井中, 然后在井底换上作业重锤,放入盛有 机油或 阻尼液 的桶 内, 但不能 与桶 壁接触。在车站底板适当位置上设置两个比较稳固、 采用强制对中装置的观测台, 分别为 1 、 2 。井下连接的任务是测设导线 A c ) 12) B c , 目的是测定井下两个导线点 1 、 2 的坐标和所构成边的方位角, 此两点即为盾构始发及掘进的 平面控制的依 据。地面上测角和测距以及地下的导线测量均按 精密导线测量的技术要求执行。
二 盾构机施工测量
1 . 盾构机姿态测量原理
盾构机是一个近似圆柱的维体, 在开始隧道掘进后不能直接测量其刀盘的中心坐标, 只能间接推算。在盾构机壳体内选择观测点的位置非常重要, 要求既要利于观测, 又要利于保護, 且空间关系稳定。
2 . 盾构机始发测量
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等。
1) 盾构机导轨定位测量。主要控制导轨的中线与设计隧道中线偏差不能超限、 导轨的前后高程与设计高程不能超限、 导轨下面是否坚实平整等。
2) 反力架定位测量。包括反力架的高度、 俯仰度、 偏航等, 以及反力架下面是否坚实、 平整。反力架的稳定性直接影响到盾构 机始发掘进是否 能正常按照设计方位进行。
3) 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。
3 . 盾构机姿态人工复测
在盾构施工过程中, 为了保证导向系统的正确性和可靠性, 在盾 构机掘进一定 长度或时间之后,应通过洞内的独立导线独立检测盾构机的姿态, 即进行盾构姿态的人工检测。
1) 盾构机参考点测量。盾构机组装时生产厂家已在盾体上布置了盾构姿态测量参考点, 并精确测定了各参考点 的三维坐标, 盾体前参考点及 后参考点实际上 是虚拟的, 并不存在。在进行盾构姿态人工 检测时可直接 利用这些相关数据, 测站位置选在盾构机第一节台车的连接桥上, 此处通视 条件非常理想, 便于架设 全站仪, 只要在连接桥上的中部焊上一个全站仪的连接螺栓就可以了。测量 时应根据现场条 件尽量使所选参考点 之间的 连线距 离大 一些, 以保 证计 算精度, 最好保证左、 中、 右各测 量一两个点, 这样可以提高测量计算的精度。
2 ) 盾构姿态计算。先把已知参考点的相对坐标 ( 至少 3 个点 ) 输入至 CAD 文件中, 再把每次所测相同编号 参 考点 的 三维 绝 对坐 标 输入 到 同 一个CAD 文件, 利用 C AD 里面的 / 对齐 0 命令, 通过测量垂线在水平和垂直方向上的偏离值来 求解盾构机
前后点的姿态。
4 . 盾构掘进测量
盾构开挖隧 道是利用设置 在盾构上的激 光导向系统进行导向 的。隧道施工 测量则是采用 地下施工控制导线点和施工水准 控制点逐次重复 测量成果的加权平均值作为起算数据。盾构法掘进隧道施工测量包括盾构井 ( 室 ) 测量、 盾构拼装测量、 盾构姿态测量和衬砌环片测量。采用联 系测 量 方法 将 测量 控 制点 传 递到 盾 构 井( 室 ) 中, 并利用测量控制点测设出线路中线点和盾构安装时所需要的测量控制点, 测设值与设计值较差应小于 3 mm。安装盾构导轨时, 测设同一位置的导轨方向、 坡度和高程与设计较差应小于 2 mm。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各项测量误差限差应满足表 1 的要求。
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。
5 . 衬砌环片测量
衬砌环片测量采用横尺法, 测出衬砌环的水平偏差和 垂直 偏差 ( 如 图 8 所 示 )。管 环 的内 径 为2 . 7 m, 采用铝合金制作一水平尺, 水平尺长可根据实际情况进行调整。在水平尺正中央贴一反射片,根据管环、 水平尺、 反射贴片的几何尺寸, 就可以计算出管环 中 心与 水 平尺 上 反射 片 中心 的 实 际高差。测量时, 先把水平尺精确整平, 再用全站仪测量出水平尺上反射贴片中心的三维坐标, 就可以推算出管环中心的三维坐标。每次管环测量时, 应重叠五环已经稳定的管环, 以消除测错的可能。
结束语：
本文介绍了盾构 区间施工测量方案和实际测 量工作, 从 控制测量、 联系测量和盾构机施工测量 3 个主要方面介绍了地铁盾构区间施工各环节的主要测量工作, 并以盾构机施工测量为重点, 详细介绍了盾构机施工测量的各项技术方法。
参考文献：
[ 1 ] 王暖堂. 盾构隧道施工 中的测量 技术研究 [ J ] . 铁道建筑, 20 02 ( 12 ) : 1 -5 .
[ 2 ] 潘国荣, 王穗辉. 地 铁盾 构施 工中 的若 干测 量手 段及方法 [ J] . 测绘通报, 2001 ( 1) : 23 - 2 5 .
[ 3 ] 肖智勇, 傅继阳. 地 铁区 间隧 道盾 构法 施工 中的 测量技术 [ J] . 暨 南 大学 学 报: 自 然 科学 版, 20 05 , 26 ( 3 ) :
3 31 -336 .
[ 4] 吕宏权. 浅析 地铁 盾 构隧 道的 施 工测 量 [ J] . 隧 道建设, 20 05 , 25 ( 5 ) : 65 -67 , 75 .
关键词: 地铁; 盾构; 区间施工测量
中图分类号： U231 文献标识码： A
盾构施工技术以其安全高效、 可穿越复杂底层的特点, 在地铁、 大型引水工程及城市市政建设中被广泛采用。与传统地铁施工方法 ( 如明挖法、 盖挖法、浅埋暗挖法等 ) 相比, 盾构法的优点是安全、 速度快,不影响地面交通, 不受气候条件影响和适用于各种不同地层状况, 是加速发展城市地铁的有效手段。盾构施工采用的工艺不同于传统施工方法, 因此其测量手段与传统测量手段既紧密联系又有很多不同。盾构法施工中所采用的有效合理的测量措施, 是确保工程施工安全、 高效的重要保障。
一 联系测量
1 . 高程传递
高程传递是采用钢尺导入法, 将地面水准点高程传递到地下的水准点[ 6 -7]。高程传递应独立进行3次, 并与竖井定向同步, 互差应满足限差要求。钢尺导入法 是传 统的竖 井传递 高程 方法 ( 如图 ) 。
将钢尺悬挂在支架 上, 在 尺的零端 挂一重锤并垂于井下, 其重量应为检定时的拉力。地面高程按二等水准测量技术 要求传递到近井 水准点 A, 在地上和地下安置两台水准仪同时读数, 即地上、 地下水准仪分别读取 A 点水准尺读数 a 和钢尺读数 m 及 B 点水准尺读数 b 和钢尺读数 n ( 独立观测 3 测回, 每测回变动仪器高度 ) , 3 个测回的高差应小于 3 mm 。观测时应量取地上地下的温度, 测定的高差应进行温度改正和尺长改正。
高程传递示意图按式 ( 1 ) 计算 B 的高程, 即为盾构始发及掘进的高程控制的依据HB= HA+ a - [ ( m - n ) + $ l+ $t ] - b ( 1 )式中, $t 为钢尺温度改正数, 即 $t = A t 平 - t 0 l ( t 平是地上、 地下的平均温度, t 0 是钢尺检定时的温度,l= m - n $l 为钢 尺尺长改正数 ) ; A为 钢尺膨胀 系数, 取 0 . 000 012 5b C 。
2 . 竖井定向
竖井定向是为了统一地上、 地下平面直角坐标系统。隧道贯通前的联系测量工作不应少于 3 次,宜在隧道掘进到 100 m 、 300 m 以及距贯通面 100 ~200 m 时, 分别进行一次测量, 目的是确定地下起始点和起始边在地面坐标系统 中的平面坐标和 方位角。在隧道内须建立支导线, 起始边的方位角误差对隧道各导线点的影响随各 点与起始点的距 离成正比增大。两井定向法通过增 大两根钢丝的 距离来减小钢丝的 投向 误差, 并提 高起始 边的 方位角
精度。两井定向工作包括投点和连接测量两部分(如图） 车站建成后, 分别 在车站两端竖井处各投挂一根钢丝, 采用单荷 重投影法, 在每根钢丝上下两 端适当位置上 粘贴棱镜片, 分别 为 A、 B 和A c 、 B c 。在车站附近的加密导线点上架设全站仪, 测出两根钢丝到导线点的角度和距离, 从而计算出 A、B 的坐标。注意 投点时先在钢 丝上挂以 较轻的荷重, 徐徐将其下入井中, 然后在井底换上作业重锤,放入盛有 机油或 阻尼液 的桶 内, 但不能 与桶 壁接触。在车站底板适当位置上设置两个比较稳固、 采用强制对中装置的观测台, 分别为 1 、 2 。井下连接的任务是测设导线 A c ) 12) B c , 目的是测定井下两个导线点 1 、 2 的坐标和所构成边的方位角, 此两点即为盾构始发及掘进的 平面控制的依 据。地面上测角和测距以及地下的导线测量均按 精密导线测量的技术要求执行。
二 盾构机施工测量
1 . 盾构机姿态测量原理
盾构机是一个近似圆柱的维体, 在开始隧道掘进后不能直接测量其刀盘的中心坐标, 只能间接推算。在盾构机壳体内选择观测点的位置非常重要, 要求既要利于观测, 又要利于保護, 且空间关系稳定。
2 . 盾构机始发测量
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等。
1) 盾构机导轨定位测量。主要控制导轨的中线与设计隧道中线偏差不能超限、 导轨的前后高程与设计高程不能超限、 导轨下面是否坚实平整等。
2) 反力架定位测量。包括反力架的高度、 俯仰度、 偏航等, 以及反力架下面是否坚实、 平整。反力架的稳定性直接影响到盾构 机始发掘进是否 能正常按照设计方位进行。
3) 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。
3 . 盾构机姿态人工复测
在盾构施工过程中, 为了保证导向系统的正确性和可靠性, 在盾 构机掘进一定 长度或时间之后,应通过洞内的独立导线独立检测盾构机的姿态, 即进行盾构姿态的人工检测。
1) 盾构机参考点测量。盾构机组装时生产厂家已在盾体上布置了盾构姿态测量参考点, 并精确测定了各参考点 的三维坐标, 盾体前参考点及 后参考点实际上 是虚拟的, 并不存在。在进行盾构姿态人工 检测时可直接 利用这些相关数据, 测站位置选在盾构机第一节台车的连接桥上, 此处通视 条件非常理想, 便于架设 全站仪, 只要在连接桥上的中部焊上一个全站仪的连接螺栓就可以了。测量 时应根据现场条 件尽量使所选参考点 之间的 连线距 离大 一些, 以保 证计 算精度, 最好保证左、 中、 右各测 量一两个点, 这样可以提高测量计算的精度。
2 ) 盾构姿态计算。先把已知参考点的相对坐标 ( 至少 3 个点 ) 输入至 CAD 文件中, 再把每次所测相同编号 参 考点 的 三维 绝 对坐 标 输入 到 同 一个CAD 文件, 利用 C AD 里面的 / 对齐 0 命令, 通过测量垂线在水平和垂直方向上的偏离值来 求解盾构机
前后点的姿态。
4 . 盾构掘进测量
盾构开挖隧 道是利用设置 在盾构上的激 光导向系统进行导向 的。隧道施工 测量则是采用 地下施工控制导线点和施工水准 控制点逐次重复 测量成果的加权平均值作为起算数据。盾构法掘进隧道施工测量包括盾构井 ( 室 ) 测量、 盾构拼装测量、 盾构姿态测量和衬砌环片测量。采用联 系测 量 方法 将 测量 控 制点 传 递到 盾 构 井( 室 ) 中, 并利用测量控制点测设出线路中线点和盾构安装时所需要的测量控制点, 测设值与设计值较差应小于 3 mm。安装盾构导轨时, 测设同一位置的导轨方向、 坡度和高程与设计较差应小于 2 mm。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各项测量误差限差应满足表 1 的要求。
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。
5 . 衬砌环片测量
衬砌环片测量采用横尺法, 测出衬砌环的水平偏差和 垂直 偏差 ( 如 图 8 所 示 )。管 环 的内 径 为2 . 7 m, 采用铝合金制作一水平尺, 水平尺长可根据实际情况进行调整。在水平尺正中央贴一反射片,根据管环、 水平尺、 反射贴片的几何尺寸, 就可以计算出管环 中 心与 水 平尺 上 反射 片 中心 的 实 际高差。测量时, 先把水平尺精确整平, 再用全站仪测量出水平尺上反射贴片中心的三维坐标, 就可以推算出管环中心的三维坐标。每次管环测量时, 应重叠五环已经稳定的管环, 以消除测错的可能。
结束语：
本文介绍了盾构 区间施工测量方案和实际测 量工作, 从 控制测量、 联系测量和盾构机施工测量 3 个主要方面介绍了地铁盾构区间施工各环节的主要测量工作, 并以盾构机施工测量为重点, 详细介绍了盾构机施工测量的各项技术方法。
参考文献：
[ 1 ] 王暖堂. 盾构隧道施工 中的测量 技术研究 [ J ] . 铁道建筑, 20 02 ( 12 ) : 1 -5 .
[ 2 ] 潘国荣, 王穗辉. 地 铁盾 构施 工中 的若 干测 量手 段及方法 [ J] . 测绘通报, 2001 ( 1) : 23 - 2 5 .
[ 3 ] 肖智勇, 傅继阳. 地 铁区 间隧 道盾 构法 施工 中的 测量技术 [ J] . 暨 南 大学 学 报: 自 然 科学 版, 20 05 , 26 ( 3 ) :
3 31 -336 .
[ 4] 吕宏权. 浅析 地铁 盾 构隧 道的 施 工测 量 [ J] . 隧 道建设, 20 05 , 25 ( 5 ) : 65 -67 , 75 .