隧道测量总结

[转帖]隧道测量总结上中隧道工程南线隧道经过几个月紧锣密鼓的施工已经顺利穿越黄浦江，正朝着接收井挺进。为了能使隧道顺利贯通还有许多障碍及难关，如穿越多层民房、地下管线及准确进洞都是对我们考验。测量工作的重要性是不可忽视的。从工程开始的围挡，地面基础设施的施工，盾构的出洞进洞，直至工程的竣工验收都有着测量工作人员的汗水结晶，更是智慧与科学的体现。隧道测量的误差主要由地面控制、联系测量、地下控制及盾构仪的精度四方面构成。为了减少误差确保贯通，我们做了大量的工作。现对前期测量工作进行回顾总结，以更好地做好下一步工作。一控制测量隧道施工在公路、铁路施工中都是一个重点。对于长隧道或曲线隧道，确保盾构推进能沿着设计轴线推进及全线贯通，主要取决于控制测量、联系测量和地下控制测量。1．地面控制测量地面控制测量误差对地下横向贯通误差的影响较为复杂，主要控制其测量终点横向点位误差即终点的横向位移。这是盾构机能否顺利进洞的关键因素之一。终点的横向点误差是由测角误差和边长误差的共同影响所产生。开工前由业主提供地面控制网。我们严格按照要求对控制点进行3个月一次的复测，保证其点位的稳定。平面控制我们选用了Leica的TCR1201进行观测，此仪器为一秒级，其相对精度均符合规范。在盾构推进前项经部还委托有专业资质的第三方采用二等GPS测量，对平面控制点进行复测以确保精度。高程控制我们也按规范进行联测，选用Leica的NA2水准仪加平行玻璃板，使精度达到0.1毫米。同样在盾构推进前项经部还委托有专业资质的第三方采用二等水准及跨河水准测量，对高程控制点进行复测以确保精度来有效地控制隧道高程贯通误差。2．联系测量在隧道施工中为了保证隧道正确贯通，就必须将地面控制网中的坐标、方向及高程，经由竖井传递到地下。这个传递工作称为竖井联系测量，是联系测量中常用地一种。坐标与方向地传递又称为定向测量，通过定向测量，使地下平面控制网与地面上有统一地坐标系统。而高程传递则使地下高程系统获得与地面统一地起算数据。提高测量精度及分析测量误差通常我们可采用附和或闭合路线来完成这项工作。定向工作可分为几何和物理方法。但隧道测量是工程测量中很特殊的一个部分，由于受条件的限制无法按常规的方法。我们公司在高级工程师（教授级）的主持下，经过无数次的深化，确立了运用几何法进行定向测量（联系三角形测量）的方法将地面控制点传递到地下。实践证明，几何法定向成本低、收敛快、可靠性强、不受施工影响，施工企业在经济上容易承受。根据几何学原理通常情况下在竖井内投放两根钢丝与井上测站沿轴线布置成狭长三角形，钢丝下挂重锤，使其构成铅垂。建立竖直面，在该面上两垂线间任意两点连线的方位角均相等，同一垂线上任意点的坐标也都相等。测量是一份责任心相当重的工作，每个测量人员对自己都是严格要求，考虑问题相当的严密谨慎，顾由唐工倡议由原有悬挂两根钢丝的基础上增加一根。使之组成两个联系三角形，以提高精度又能校核成果。对于三跟钢丝的布置也有相当的讲究两根钢丝与仪器的夹角不能超过2度，这样在平差过程中可以减少计算角的误差。定向悬挂高强度的钢丝（0.3mm），并吊以重锤拉直钢丝，由于定向测量有4－5个方向、9个测回且需井上井下同时进行，将地面和地下连成一个整体，形成一个系统。难度较高，故重锤需置于油桶中，是其更为稳定不易晃动同时又可减轻钢丝的压力。根据现有设备及隧道长度及施工要求，我们我们已经将传统定向中用钢尺人工量边改为全站仪无棱镜测距。使每条边的精度达到0.1mm,大大高于限差≤2mm的规范要求。同时我们准备每条隧道施工期间安排三次定向测量。定向测量由总公司唐震华高级工程师把关，并有多名技师现场参与，现已完成了二次。结果比较满意。各方面的误差均小于规范要求。高程控制点我们采用高程传递的方法将地面控制点传递至地下，这也就是所说的高程导入法。在进行高程传递前，必须对地面上的起始水准点的高程进行核对。在井上井下设置两架水准仪，钢尺悬挂在固定支架上，下端悬挂重量为10kg的重锤。由地面上的水准仪在起始水准点的水准尺上读书a,钢尺的读数为β1。井下水准仪的钢尺读数为β2，而井下水准点的读数为b。井下水准点的高程HB可用一下公式计算：HB=HA+a-[(β1-β2)+△t+△l]－b式中：△t为钢尺的温度改正△l为尺长改正HA为井上水准点的高程在经过3次同样的高程传递后，才可以确定井下水准点是否稳定，有没有受到竖井和隧道自身沉降的影响。同时不同仪器所求得的井下水准点高程不同，一般高程的不符值不应超过2mm.3．地下控制地下控制测量包括导线及高程测量。地下导线测量的目的是以必要的精度，按照与地面控制测量统一的坐标系统。建立足以确保盾构顺利进洞的井下控制系统，为盾够姿态的测定提供依据。由于隧道内没有足够的空间无法随意布设导线，只能以支导线形式向前延伸。然而支导线精度较差，势必造成较大的误差，所以我们采用工作量较大的双导线测量，以提高精度，是保证隧道的贯通的较佳方法。导线点通常设在隧道衬砌的上弦位置，其位置相对稳定不易受到外来因素的影响。但是由于上中路隧道目前是世界第一大直径隧道，考虑到安全及施工问题，我们将导线点设在腰部，仅保留靠近井口的两个观测台。用以定向后的数据比较。井下导线复测不少于三次。测角、测距选用的仪器为一秒级的全站仪，用全圆法测角、用往返正倒镜测距，测回数不少于4次。地下水准测量的目的同样也是为了建立一个与地面统一的高程系统，作为隧道施工中路面铺设、中板放样之用，当然主要目的也是为了隧道贯通做好保障。高程测量均为支水准线路，因而需要用往返观测及多次观测进行检核。由于坡度较大使测站增加，故工作量比较大。为确保盾构测量使用数据的准确，我们几乎每二天要测一次水准。大直径隧道增加了空间，但也给我们测量增加了难度，习惯的测量位置都在隧道顶部，自动测量系统又限制我们只能在车架上完成一系列测量工作，导线及高程都需要在车架的行架上进行空中接力。我们使用LeicaNA2水准仪，采用悬挂钢尺的方法将控制点高程连接至仪器台面上，保证了盾构高程沿着设计轴线掘进。二．盾构仪安装所谓盾够仪就是盾够测量的标志。盾够在掘进时，在土层中的姿态必须通过测量的方法来测定。不管是我们传统的人工测量还是先进的自动测量系统都需要在盾构机上作一个标记，使我们的仪器可以清楚的看到它。自动测量系统的标志安装在盾构中心的上方，其标志有一个棱镜及一个光靶组成，稍后在自动测量系统中将结合其他功能做详细的介绍。虽然我们所用是当今世界最大的，设备最为齐全的TBM。有利必有弊，对于我们测量可以利用的空间并不宽敞。理论上说盾构仪的前靶后靶的距离应尽量的拉长，这样就提高了反算到切口和盾尾的精度。同时前靶后靶的位置尽量应该靠近盾构的中心，这样收到盾构旋转的影响较小。进行盾构机内标志的安装，对盾构起始姿态的测量十分重要。贯通测量影响精度的误差一部分来自于标志安装是否正确。所以在掘进前测量的头等大事就是正确地测好盾构机的起始姿态。当盾构机主体结构完全焊接安装完成，静止在基座上时，通过垂吊麻线求出盾构切口及盾尾的外壳两端地象限点，实测其坐标。然后将切口两端象限点坐标与盾尾两端象限点坐标的平均线作为盾构机的平面中心线，同时求出盾构机的转角。然后实测切口与盾尾顶和底的高程求出盾构的高程中心线，以及盾构静止状态的坡度。在盾构机内选择合适的位置安装姿态测量标志，由于盾构机中心部位已被自动测量系统占据，因此我们只能安装在尽可能靠近中心线的位置，与此同时只能将后靶加长至千斤顶顶块的后部，使前后靶距离增加至两米。为了避免标志被破坏或变动，同时也可以进行校核，安装了三个标志，通常情况下使用两个，一个备用。接着按实测的静止盾构坡度及转角安装坡度板（如图）坡度板的垂线距离同样要求尽可能的放长，以消除坡度板的制作误差。同时我们打破常规，淘汰了原有通过环号累积来求得盾构里程的做法，在标志上安装棱镜（如图）通过实测坐标反算切口及盾尾的里程，同时通过这一里程更为准确的判断盾构的偏离值。但是，随着精度的提高，井下测量人员的素质也需要相应的提高。采用这种新的标志后，人工测量必须能够熟练操作全站仪，所以对测量人员又是一种挑战。三．盾构及管片姿态的测定在隧道施工过程中，测量人员的主要任务是随时确定盾构的掘进方向。虽然现在我们有自动测量系统，人工测量还是一种让人较为放心的方法，毕竟在我们隧道施工过程中得到了广泛和长久的使用，而且效果显著。人工测量还是每天担当着复合自动系统的重任。利用安放在控制台上的仪器测量盾构前后靶的坐标。特别要提的是控制台上所使用的是可以消除对中误差的强制对中盘，以前的强制对中盘是通过插入铜螺丝来固定，但是随着现在仪器摩擦制动运用的增多，铜螺丝与孔之间存在间隙，所以使用铜螺丝固定并不理想。因此我们采用了螺纹式的强制对中盘，将螺丝焊接在对中盘上，基本消除了对中误差。在得到切口盾尾坐标后，反算盾构的位置也就是求出里程。对于盾构平面来说通常都会经过直线－缓和曲线－圆曲线－缓和曲线－直线这一过程，因此里程的判断相当重要。直线段中计算偏离值公式：(aX＋bY＋c)÷√(a2+b2)缓和曲线段中计算偏离值公式：L3÷(6RL0)-L7÷(336R3LO3)圆曲线段中计算偏离值公式：R-√(△X2＋△Y2)由于隧道的坡度盾构的直径较大，在盾构的长度上需要用坡度加以改正，这在以前的地铁盾构中是可以忽略不计的，同样转角改正也是不可忽视的，盾构标志高出盾构中心将近六米，盾构每旋转一分就会有Xmm差值。坡度、转角及盾构总长的改正使盾构姿态测定能有较高的精度（小于5mm）。有了正确的里程后，用实际坐标与设计坐标进行比较就可以得出盾构得偏差值。在直线、缓和曲线、圆曲线得计算方法都有所不同。高程偏离的测定，是利用观测台的高程加上盾构转角改正后的标高归算前靶处盾构的中心高程。然后通过盾构实际坡度归算切口中心标高及盾尾中心标高，同样通过里程算出设计高程与实际高程比较得出差值即偏离值。管片中心偏值是实量管片成环后管片四周与盾壳的间隙加上根据测定的盾构姿态按几何尺寸与定分比数字公式导出推算管片拼装位置的偏离值。使用公式：（L-S）÷L×B+S÷L×A+X(Y)÷2L－盾构总长S－管片前沿至盾尾距离A－实测盾构切口偏离值B－实测盾构盾尾偏离值X－为管片与盾壳左右两侧的间隙之差Y－为管片与盾壳下上两侧的间隙之差在测定盾构偏离值时需要运动大量的计算，为了不影响施工进度，我们使用携带方便的CASICfx-4800,SHARPPC—E500计算机，运用Q-BASIC语言编写计算程序来完成，避免了人为的失误。五．自动测量系统南线隧道大型盾构机的测量原先完全采用法国PYXIS系统。如何使PYXIS系统在我们上中路隧道工程中顺利应用，上中项经部领导着实花了大力气。丁志诚经理更是运筹帷幄，得知香港落马州地铁盾构运用的也是PYXIS系统，早在工程的初期就已经派测量人员赴香港地铁工地学习。虽然落马州地铁盾构已经拆除，不能进行实地的勘察，但还是在香港测量工程师那里了解到许多关于PYXIS系统情况，并对盾构推进过程中的使用与维护有了较为清晰的概念。结合后期法国人的说明和讲解，使盾构推进前PYXIS系统的安装调试进行的非常顺利。经过一段时间的实际运行及一系列PYXIS的界面操作，我们觉得这套系统能与瑞士（VMT）、英国（ZED）相媲美，给我们耳目一新的感觉，其功能强大，所有测量数据的采集、计算和反馈及一些盾构的参数设定、管片拼装选型等都能简便的操作于界面上。针对这套测量系统方面，我们认为可以再增加适当的测量距离，频繁的转站会使系统不能发挥其最大功能，而我们的导线转站的累计误差也会相应增大。另一方面，激光器的选型应与全站仪配套，其功率要大型号的，尽量减少对其的调节使之增加使用寿命。总之，地下测量的工作项目较多，每天都在进行。盾构姿态测量更是受到领导重视。的确，盾构的姿态直接关系到隧道施工的进度和质量。所以盾构姿态测量我们淘汰了以前一贯使用的普通经纬仪，而使用全站仪测量，使盾构里程的精度大大提高，那么偏差值的准确性也更高了。可以及时准确地反映出盾构机的趋势。为了更详细地了