盾构施工测量技术.

盾构施工测量技术作者：张部令摘要：通过对盾构施工测量技术的研究，并结合客大盾构的具体情况，制定合理的测量方案，使地面控制测量和竖井联系测量达到最佳效果；初步选定盾构隧道内施工测量控制网布设形式、控制点埋设位置、控制点样式及埋设形式；结合盾构施工的特点，研究和分析盾构机本身导向系统的使用功能，工作原理及应用；结合盾构机特点研究一套对盾构机自动导向系统测量的准确性进行复核测量，以及对盾构机和管片进行定时姿态测量的方法。一、盾构隧道施工测量误差来源及分配二、盾构隧道施工地面控制测量的研究与应用三、地下控制测量四、洞内单导线的估算五、盾构姿态测量目录一、盾构隧道施工测量误差来源及分配为保证贯通测量有足够精度，我测量组针对盾构施工测量的特点进行误差分析，为以后的测量工作在精度控制上有所保证和提高。1、盾构隧道施工测量的误差来源结合盾构施工的特点，地铁隧道贯通测量误差主要来自于以下几个方面：a.地面控制测量；一、盾构隧道施工测量误差来源及分配b.竖井联系测量；c.激光站吊篮测量；d.地下延伸导线测量；e.盾构姿态测量。2、隧道贯通误差限值控制及各阶段对测量误差分配本工程的允许横向误差不超过±50mm，高程允许误差不超过±50mm，故其相应的中误差为±25mm。（1）平面测量的误差分配横向贯通误差来源主要由地面控制导线测量误差、近井点联系测量误差，地下延伸导线测量及盾构机本身姿态的定位测量误差等影响因素。其他因素影响较小可以忽略不计。假设各项误差相互独立，则有：mQ2=mq12+mq22+mq32+mq42式中：mq1：地面控制测量横向中误差；mq2：盾构施工竖井联系测量中误差；mq3：地下导线测量中误差；mq4：盾构姿态的定位测量中误差；mQ：隧道平面贯通的横向中误差。（1）平面测量的误差分配考虑到本工程的实际情况，以及所用测量方法和已建地铁测量工作的实际经验，各种误差对横向贯通精度的影响，采用不等精度分配原则，取值如下：mq1=nmq2=3nmq3=3nmq4=2n代入式中得：mQ=(mq12+mq22+mq32+mq42)1/2=4.8n根据设计要求，本工程允许横向贯通误差为±50mm，则其中误差mQ=±25mm。n=±25/4.8=±5.2mm从而可以求得每道工序的测量中误差：mq1=±5.2mmmq2=±15.6mmmq3=±15.6mmmq4=±10.4mm（2）高程测量误差分配高程测量的误差计算公式为：mH2=mh12+mh22+mh32+mh42式中：mh1：地面高程控制测量中误差；mh2：竖井传递高程的测量中误差；mh3：盾构机姿态高程测量中误差；mh4：由盾构进洞处到隧道贯通处地下水准测量中误差；mH：区间隧道高程贯通测量中误差。根据地铁测量的经验，高程测量误差采用不等精度分配取值如下：mh1=±14mmmh2=±10mmmh3=±10mmmh4=±14mm代入式中得mH=±24.3mm〈±25mm总结:按上述分配，进行平面和高程控制测量，只要把握每一环节的误差范围，都能满足本工程区间隧道的贯通测量的精度要求。二、盾构隧道施工地面控制测量的研究与应用平面控制网测量高程控制网测量地面控制测量1、地面平面控制网的布置盾构机从大塘北端头施工竖井出发在中间风井第一次小的贯通，在从中间风井出发最终在客村调头断面处贯通，盾构隧道掘进示意图如图1,我们根据业主给的二号线的GPS导线点和一级导线控制网，在我们分别在始发井、中间风井和客村竖井近井位置设置我们需要往井下传递的导线点，在始发竖井、中间风井和客村竖井附近各布设4个近井导线点，其中两个点作为坐标起算和起始方向，另两个点作检核方向。盾构施工导线平面控制网，起算于地铁2号线首级GPS控制网和一级导线控制网，采用规范规定的四等技术要求进行观测。盾构隧道掘进示意图YDK7+130.408894.958m898.592mZDK7+130.408YDK8+059YDK8+029YDK8+668.41507.975m(1537.975m)大塘站1508.958m(1538.958m)始发30mZDK8+025.366ZDK8+055.36630m通过通过始发到达到达中间风井及矿山法隧道614mZDK8+668.4609.383m说明：1、括号内的数字含矿山法隧道段长度；2、盾构隧道全长：3016.933m；含矿山法隧道区间全长3076.933m。3、施工竖井为平面尺寸24×6m，深有30m，中间有三道中隔墙，中隔墙深20m。客村折返段施工竖井台车调头主机调头到达解体吊出下井安装始发2、地面高程控制网的布设为了方便地下盾构隧道施工及地面的变形监测，在线路沿线布设一条二等加密水准线路，采取往返等距二等水准的施测方法观测，往返闭合差不大于8L1/2，（L为单程水准线路长度，以千米计）。3、地面控制测量实施根据现场情况，利用业主交给的GPS点和一级精密导线网经复测后，再延伸到每个竖井近井点。延伸的近井导线点必须要满足下一道测量工序的需要，选点的位置必须要保证在现场不被破坏和扰动。下图为地铁三号线大塘站地面控制网布设形式：图1大塘站地面控制网布设示意图图1大塘站地面控制网布设示意图423GPS22图2ⅢSJ13T4T6T3T1T5T2第Ⅰ出入口第Ⅳ出入口1、虚线为地下导线，实线为地面导线2、T2、T3、T4、T5为车站底第一层上的导线点，S1、S2、S3、S4为车站底第二层上的导线点ⅢSJ124、竖井联系测量竖井联系测量是隧道贯通中的一个重要环节，它主要是将地表的平面及高程，通过井筒传至地下导线点及水准点，使洞内、外形成统一的空间坐标系统，以便确定隧道中线的空间位置。因此，竖井联系测量的内容包括：a.投点：将井口点位投影至井底，以便传算坐标和方位；b.定向：将井上定向边的方位角按同一坐标系统传递井下的定向边，以便推算井下导线的起始坐标和方位；c.导高：将井上水准点的高程按同一高程系统传递到井下。（1）竖井定向方法根据地下铁道测量的精度等级要求和现有测量仪器的情况，我们在实际工作中利用现有的仪器和现有的条件制定了我们的测量方法，经过分析我们的线路长度只有1.2公里，用传统的联系测量方法就能满足我们的精度要求。（2）竖井联系测量的要求a.在进行联系测量前，须制定测量方案，根据地面控制测量，建立近井点平面控制和高程控制，在井底车场稳固的地面埋设不小于三个永久导线点和水准点，也可用永久导线点作为水准点。b.联系测量在同阶段、同时期应至少独立进行两次，在互差不超过限差时，取加权或算术平均值。其精度应符合规范要求。c.每次联系测量前，应对近井平面控制点和水准点进行检测，在证实点位没有移动的情况下，才能进行联系测量。d.联系测量方案应根据仪器设备、技术水平及工程情况选定。其基本原则是在满足测量精度的条件下，最大限度的提高工效，优先选用新技术。凡井深大于40m时，应根据横向及高程贯通精度要求进行竖井联系测量技术设计。3）竖井联系测量坐标和方位角传递选用的方法：（a.坐标和方位角传递选用下列方法：当井筒不太深（100m以内），井筒直径较大时，可采用联系三角形测量法：当开挖面距竖井中心小于50m，可采用串线法（方向线法），超过50m以上，以光学投点配合陀螺仪定向方法为主；当两井间已贯通，可采用两井定向法。3）竖井联系测量坐标和方位角传递选用的方法：b.高程的传递方法有：井深在40m以内，可以采用钢丝导入法或长钢尺导入法；超过40m，宜采用光电测距法。（4）联系测量步骤如下:①在竖井中悬挂两根吊锤线B、A，称为投点，吊锤重量和吊锤丝的直径随井深的不同而不同（例如在井深为100m时，吊锤重60kg，钢丝直径为0.7mm），为了使吊锤很快静止下来，一般将其放入盛有油类液体的容器中。等待钢丝静止下来后，在井上井下钢丝上贴反射棱镜片。（4）联系测量步骤如下:②在近井控制点C设置全站仪，后视另一控制点D，观测水平角∠DCB和∠DCA，即图中和，并用全站仪测量三角形的边长a、b和c。在地下架仪器于地下近井点C＇，类似观测和，并测量a＇、b＇和c＇。其中B＇和A＇分别为B、A的投影点，D＇为另一导线点。三角形ABC和三角形A＇B＇C＇称为联系三角形。井上井下联系三角形应满足下列要求：（4）联系测量步骤如下:a.两悬吊钢丝间距不应小于5m。b.定向角α应小于3°c.a/c及a＇/c＇d的比值应小于1.5倍。d.用J2级仪器在地面、地下按全圆测回法均观测4测回。（5）竖井定向精度分析：经过竖井用联系三角形法将方向角传递到地下去时，地下导线起始方位角的误差，可用下式表示：M0=((M0)S2+(M0)β2+(M0)P2)1/2其中：(M0)S为边长测量所引起的计算角度的误差(M0)β为角度观测误差的影响（5）竖井定向精度分析：(M0)P为用吊锤投点误差的影响地面与地下联系三角形的形状相似，则(M0)S=如果ms=0.8mm，α=3°，a=4.5m，b/a=1.5m，则：(M0)S=±4.6″2222baatgms（5）竖井定向精度分析：(M0)β2=在实际工作中可以认为地下方向观测的误差约等于地面上方观测误差的一倍半,即m1=1.5m，若再取b/a=1.5，则(m0)β2=2×3.25m2（1+1.5+2.25）=30.9m2(m0)β=5.5m如地面测角中误差规定为±4″，于是方向中误差为m=±3″2221212ababmm（5）竖井定向精度分析：故得(m0)β=±16.5″当竖井深为80m，吊锤线的距离为5m时，其投点误差引起的方向误差大约为(m0)p=±8″则地下导线起始方向角的误差为：mo=±=±=±19″在进行竖井定向时，都要移动吊锤线，使方向的传递经过不同的三组联系三角形，进行的定向称为一次定向。三组联系三角形定向平均值的中误差为11”。202020)()()(psmmm22285.166.4小总结：经过理论探讨和实践证实：地铁区间线路较短，而且中间有设置中间风井，用联系测量的方法传递方位和高程可满足我盾构施工贯通精度的需要，是一种较好的竖井定向方法，不仅提高了定向精度和定向的可靠程度，而且大大减少了定向时由于误操作造成的返工，提高了工作效率。三、地下控制测量1、联系测量完成之后，我们得到经传递到地下起始边和高程，然后就是怎样布设施工测量控制导线，以指导盾构机掘进。2、地下导线随着盾构推进而不断延长，导线点也随着盾构掘进而向前进行布设。根据我们施工无数次的测量复测发现盾构施工隧道的特殊性，地下施工控制导线精度将主要受到隧道里的折光的影响和不稳定的隧道管片环影响。三、地下控制测量3、为了消除和减弱折光差对横向贯通误差的影响，我们将施工测量控制导线点埋设在隧道两侧并且交叉向前延伸达到消除或减弱折光差影响的目的。图3托盘控制点布置图三、地下控制测量5、经过我们对施工控制导线长期的测量发现在埋设和测量时应注意以下几个方面：a、导线点一定要埋设在稳固、标志完好的地点。b、直线段施工控制导线点的平均边长180m左右，特殊情况下，不应短于100m，曲线段施工控制导线点的平均边长150m左右，并要交叉分布。三、地下控制测量c、施工控制导线测量宜采用II级全站仪施测，左、右角各测两测回，左右角平均值之和与360°较差应小于4″，边长往返观测各两测回，往返观测平均值较差应小于7mm。d、施工控制导线最远点点位横向中误差应控制在±25mm之内。每次延伸导线之前，应对已有的洞内导线前三个点进行检测。如有变动应选择另外稳定的洞内导线点进行洞内延伸导线测量。e、洞内施工控制导线应在盾构掘进300-400m重复测量一次，每次测量的方向角应小于7″，在取重合点两次角值的平均值作为本次的测量结果。四、洞内单导线的估算盾构法施z工洞内的测量空间较大，顾我们布设成等边直伸导线，我们都知道横向误差是制约盾构隧道贯通的主要