地铁盾构施工贯通测量

4 盾构姿态测量
4.1 盾构施工自动导向测量 （1）自动导向系统的作用与优势 盾构施工之前首先要将测量控制点从地面引到井 下地板上,检查好洞门的位臵,调试好盾构机始发 托架,确保盾构机始发前定位的准确性。盾构机掘 进过程中的姿态控制是盾构法施工中控制隧道精 度的关键，也是盾构施工操作水平的主要反映。 因此，测量人员需要实时为盾构机操作手提供盾 构机偏离隧道设计中线的数值及盾构机自身的仰 俯、旋转和偏航情况，作为纠编的依据，以确保 运动中的盾构机始终被控制在理想的偏差范围之 内。
高程传递示意图
小总结：
经过理论探讨和实践证实：地铁区间线路 较短，用联系测量的方法传递方位角和高 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。
3 地下控制测量
3.1导线控制测量
a. 可以显示盾构机的行进曲线（相对DTA）； 实时显示盾构机的位臵坐标和相对偏差；实时 显示盾构机的俯仰和旋转姿态，可实现远程控 制。 b.测量复核的频率低。 c.工作量相对小,施工过程中的导向测量需要 人员少。 d.施工控制方便，精度高。 e. 结合导向功能，实现在管片的拼装和管片 环测量方面的应用。
（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：当两井 间已贯通，可采用两井定向法。
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。 经确定，白湖亭站联系测量坐标定向采用 两井定向方法，高程传递采用长钢尺导入 法。
福州地铁八标盾构采用德国VMT公司生产的 SLS-T自动导向系统进行控制，该系统是目前 世界上在地铁盾构法施工领域最为先进的隧道 掘进机自动导向系统。加强了施工过程中的管 理水平和提高工程自动化控制程度，减轻了人 工测量的劳动强度，提高盾构施工的速度，其 主要目的就是为了确定各相关点的坐标，通过 系统在盾构机操作室的电脑上显示前后参考点 的水平和垂直偏离值、里程。使用该系统可以 满足盾构法施工测量的需要。 SLS-T目前作为国际最先进的盾构测量导向系 统，同人工逐环测量导向系统及陀螺加机械装 臵等方法相比较，主要有以下优点：
图1 大塘站地面控制网布设示意图
图 白湖亭站地面控制网布设示意图
2.4 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 的空间位臵。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，经过分析我们的区间线路最长长 度只有1083m，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。
盾构施工贯通测量
福州地铁08合同段项目部 2012年11月04日
目
录
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、盾构姿态测量 五、接收井门洞中心位置的确定 六、贯通测量实际偏差
1 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；
盾构隧道掘进示意图
2.2 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 1/2 观测，往返闭合差不大于8L ，（L为单程 水准线路长度，以千米计）。
2.3 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，选点的位臵必须要保证在现场不被破坏和 扰动。 下图为福州地铁1号线白湖亭站地面控制网布设形 式：
b.竖井联系测量； c.地下延伸导线测量； d.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 本工程的允许横向贯通测量中误差±50mm，高程 贯通测量中误差±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。
3、在条件允许的情况下，在车站底板上最好投四 个点，保证始发井两端附近都各有两个平面控制 点，且尽量保证每次联系测量投点时都投在这四 个点上，以便取多次联系测量的加权平均值做为 最终的始发控制点坐标。
（5）高程传递测量
联系高程测量主要内容是将地面的高程系统传入 井下的高程起算点上。用悬挂钢尺的办法，钢尺 需经检定合格，在地面上选好挂钢尺的固定位置 系好钢尺，在钢尺的下端挂上钢尺在检定时的标 准拉力的重物，井上和井下各安置一台水准仪同 时读取在钢尺上的读数。在进行高程传递的过程 中每测回均独立观测，测回间应变动仪器高度不 小于20cm，每次应观测三测回，三测回测得地上 和地下的高程之差不大于3mm。三测回测定的高 差应加入钢尺的温度和尺长改正，考虑到本标段 两个车站挖深均在20m左右，故自重伸长改正可 不考虑。
c、控制网按照城市轨道交通工程平面控制网的二 等网技术要求进行施测，角度测量6测回，边长对 向观测2测回，边长测距较差≤±4mm，测角中误 差≤±2.5″。 d、测量方法：前后视点均采用基座置棱镜对点， 用Leica TS02全站仪（标称精度：测角2″，测距 2+2ppm）观测6个测回，左、右角各三测回，左、 右角平均值之和与360°的差≤±4″，导线边长采 取对向观测各2测回。 e、内业资料处理用严密平差提高精度。
（4）平面联系测量步骤如下:
1、采用地面上的精密导线点，来测量近井点的 坐标，按精密导线同等精度来测量近井点坐标， 进行两井定向的测量。在车站两端头预留的始发 井口处各挂一根钢丝（在通视等条件允许的情况 下，可在两个预留井口各挂两根钢丝来加强传点 精度），同时测定地下起始边的方位角。近井点 应与精密导线点构闭合图形。 2、按联系三角形测量的技术要求进行测量，使 用LeicaTS02型全站仪（标称精度：测角2″、测 距2+2ppm）角度观测6个测回，距离测量在钢丝 上贴反射片测量4测回，每测回间较差不大于 2mm。每次定向应独立进行三次，推算出来的地 下起始边方位角的较差应≤±12″，方位角平均值 中误差≤±8″
（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：地下水准路线测量中误差； 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=±14mm mh2=±10mm mh3=±10mm mh4=±14mm 代入式中得mH=±24.3mm〈±25mm
在隧道掘进150m、隧道全长的300~400m时、接近贯通面 150~200 m时必须进行一次包括联系测量在内的地下导线 全面复测。 a、隧道洞内导线控制测量按城市轨道交通工程平面控制 网的二等网技术要求施测。测角中误差mβ=±2.5″，导线 角度观测6测回，边长往返观测各2个测回，边长往返平均 值较差≤±4mm，导线测角中误差≤±2.5″，测距角中误差 ±3mm。 b、使用莱卡 TS02全站仪（标称精度2″，2+2ppm）进行 施测，为了减少仪器的对中误差，导线点采用观测桩强制 对中；或在每两测回间采取变换棱镜120°方向对中置平 （即一个测站上六个测回共变换三次，刚好旋转360°）。
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。
2 盾构隧道施工地面控制测量的研究与应 用
地 面 控 制 测 量
平面控制网测量
高程控制网测量
2.1 地面平面控制网的布置
盾构机从白湖亭站南端头井出发在葫芦阵站北端 头井贯通，盾构隧道掘进示意图如图1,我们根据 业主给的福州地铁一号线的GPS导线点和一级导线 控制网，在我们分别在白湖亭站始发井和葫芦阵 站接收井近井位臵设臵我们需要往井下传递的导 线点，在始发竖井、接收竖井附近各布设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，起算于福州地铁1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。
3.2高程控制测量 隧道高程起算点为高程联系测量至车站结 构底板的水准点（起算水准点至少2个，便 于检校、复核），由于结构刚刚竣工正处 于沉降观测期间，所以水准点应定期检测， 在隧道掘进至150m和300~400m以及接近 贯通面150~200 m时必须进行包括高程联 系测量在内的全面复测。
பைடு நூலகம்
a、地下水准点的布设因环境条件狭小，运输车辆 干扰大，因此水准点的布设与导线点重合，导线 点的钢筋头打磨成半圆球形，便于水准标尺的设 立。 b、地下水准控制点用Leica NA2水准仪配套铟瓦 尺进行施测，按照城市轨道交通工程水准控制网 的二等水准网标准进行控制。 c、 洞内水准点每大概160m布设一个点，测量精 度指标要求：每千米全中误差≤±4mm/km，往返 观测高差的较差≤±8√L，L为往返测段的水准路 线长度。
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=n mq2=3n mq3=3n mq4=2n 代入式中得： 2+m 2+m 2+m 2)1/2=4.8n mQ=(mq1 q2 q3 q4 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=±5.2mm mq2=±15.6mm mq3=±15.6mm mq4=±10.4mm