盾构施工测量

盾构施工测量技术盾构法隧道施工是一项综合性的施工技术，它是将隧道的定向掘进、运输、衬砌、安装等各工种组合成一体的施工方法。

其埋设深度可以很深，不受地面建筑、天气和交通等的影响，机械化和自动化程度很高，是一种先进的土层隧道施工方法，广泛应用于城市地铁、越江隧道等的施工中。

盾构施工测量主要是控制盾构的位置和推进方向，目的是确保盾构按照设计轴线推进，管片拼装后型后满足隧道轴线误差控制要求。

利用洞内导线点测定盾构机的位置（当前空间位置和轴线方向），通过推进油缸施以不同的推力，调整盾构的位置和推进方向，使盾构机的掘进按照设计的线路方向推进。

盾构推进只是盾构施工技术的一部分，在整个施工过程中，施工测量还包括地面测量(地面控制测量﹑沉降观测和井位放样等)﹑联系测量(方位传递﹑坐标传递和高程传递等)以及地下施工测量(地下导线点的测设、洞门钢环的安装、始发台的定位、反力架的定位、盾构始发测量﹑盾构掘进过程中的测量、隧道沉降测量﹑联络通道的施工测量、盾构到达测量、贯通测量、断面测量以及竣工测量等)。

每一步的测量工作都十分重要，直接影响下一步的施工。

在各项工作中,最为重要的是地面控制测量﹑联系测量﹑地下控制测量和盾构施工测量。

这些工作决定着隧道能否达到设计要求，盾构机能否准确进入接受井并确保隧道准确贯通。

一、地面控制测量1、地面平面控制测量对于隧道工程，地面控制测量的主要任务是建立合适的测量控制系统，提供可靠的地面控制点，为联系测量和地下控制测量提供起算依据，同时也作为以后复核测量和竣工测量的起算数据。

地面测量控制网的点位和起算数据由建设单位负责提供，一般要求暗挖隧道的地面控制网精度不应低于国家四等三角网测量的技术指标及精度要求，同时要根据盾构隧道的贯通长度、联系测量和地下控制导线的精度等条件，估算地面控制网应达到的精度。

施测时，以现有平面GPS控制点为依据布置平面控制点，建立地面导线控制网。

2、地面高程控制测量以现有的二等水准点从工作井至接收井布设水准线路，用此精密水准点来控制隧道的施工高程。

在施工前、施工中和进洞前分三次复核水准路线。

二、联系测量为了保证地下工程的正确贯通，使得=地下控制与地面控制建立一定的几何联系，形成一个统一的坐标系统，必须将地面控制网中的坐标、方位角和高程通过联系测来那个传递下去。

对于盾构法隧道工程，联系测量是通过施工竖井将方位、坐标及高程由地面上的控制点传递至地下控制点以及地下水准点，从而确定地下控制测量的起算点。

1、平面坐标和方位角传递联系测量的方法主要有一井定向法、两井定向法、陀螺定向法等。

但在具体实施时，由于现场条件的限制，应用最多的是一井定向。

一井定向法实施方便，但容易受到投点误差、井口大小和竖井深度等因素的影响。

为了减小一井定向时垂线投影的误差，条件允许时可以采用两井定向。

两井定向能显著的提高无定向地下导线最后一条边的方向角的精度。

陀螺经纬仪定向速度快、操作简便，但在使用时其精度可能受到隧道施工环境中电磁波的影响，必须注意陀螺方位角与坐标方位角之间的差异。

T'一井定向示意图稳定液重锤钢丝绞车桶定位板支架滑轮支架定位板桶绞车重锤稳定液A钢丝滑轮两井定向示意图2、高程传递高程传递一般采用悬挂钢尺法，即将钢卷尺悬挂于竖井内，钢尺下面悬挂一定重量的重物，两台水准仪在井上和井下同步观测（如下图所示）。

导入时，改变仪器高或适当错动钢卷尺，共测量三次，测定的高差必须进行温度、尺长改正，三次高差较差小于3mm 时取其平均值作为洞内高程传递的依据。

高程传递示意图三、地下控制测量1、洞内平面控制测量由于隧道呈狭长形状，在加上盾构掘进和测量几乎同时进行，因此洞内平面控制只能采用支导线的形式。

因为支导线是随着隧道的开挖面而向前延伸的，为了保证横向贯通误差不超过限差，应减少导线转折角数，即导线边应越长越好，但为了利用导线点进行方向监控，变长又不能太长，所以，在布设地下导线时最好采用分级布设的方法布设两种导线：主导线和施工导线。

因为主控导线是选择一部分施工导线点布设而成的，因此只能在施工导线布设到一定程度时才能布设。

随着盾构的掘进，应首先布设施工导线，再用主控导线来检核施工导线。

两种导线应布设成跳点式导线（如下图）。

ABC…为主控导线 123456…为施工导线2、洞内高程控制测量以竖井传递的水准点为基准点，沿隧道直线段每150m左右布设一固定水准点，曲线段每100m左右布设一个水准点。

其闭合差≤±8√Lmm（L为全程长度，单位：km）。

地下控制水准测量在隧道贯通前独立进行三次，并与高程联系测量同步；重复测量的高程与原测高程之差≤5mm时，取其加权平均值做为下次水准控制测量的起算值。

地下施工测量一、洞门钢环的安装定位洞门钢环的安装包括始发洞门钢环和到达洞门钢环的安装，它是盾构机始发和到达的一个重要组成部分。

洞门钢环内圆设计半径为3.25米，外圆半径为3.40米，在内圆和外圆之间有螺栓孔，螺栓孔圆心与钢环圆心距离为3.31米，相邻螺栓孔间距0.174米，弧度为3度。

洞门钢环通常是整体安装，但根据施工工艺的不同，有时候会采用分块安装的形式。

1、对于整体钢环，在安装前需要把钢环放在地面上，用水准仪抄平钢板面，在不同的位置用钢卷尺检查洞门钢环的直径，保证直径没有大的偏差。

在吊装前需要对检查好的钢环进行加固，防止在吊装过程中出现大的变形。

安装时，测量人员只需控制住A、B（如图1-1）两点的高程和里程，同时保证C、D两点的里程就可以。

2、对于分两块安装的洞门钢环来说，通常是先安装下面的一块，下板块钢环的安装直接影响整个钢环的安装。

在安装时保证B、C、D（如图1-2）三点的高程和里程， B、C两点一定要在同一个高度上。

如果B、C两点高程有较大的出入，则洞门钢环的中心会出现偏移，直接影响盾构机进洞时的姿态。

下半部分固定好以后，就可以将下半部分直接放上去。

上半部分放上去以后，测量A、C′、D′（如图1-3）的里程和高程，若A点的高程低于设计高程，则在C′与C或者D′与D 之间加焊钢板，保证洞门钢环的净空。

DC AB图1-1 DC B图1-2 D'C'A图1-3 3、 对于从上往下分层安装洞门钢环并浇筑混凝土的情况来说，最关键的是第一层和最后一层的钢环。

第一层钢环安装时同样是要控制住A 、E 、F （如图1-4）三点的高程和里程，保证E 、F 两点在同一高度；第二层钢环可在第一层的基础上直接安装；第三层钢环安装时要用倒链将G、H两点的弦长拉长2公分（目的是为第四层钢环的安装预留空间），将钢环加固好后再浇铸混凝土；第四层钢环安装时可根据GH 和G ′H ′的实际弦长来调整，如L GH >L G ′H ′,则在两层钢环之间加焊一块钢条，如L GH <L G ′H ′，则需将G ′H ′向内拉紧，保证洞门钢环的净空要求。

D CA E FH GBH'G'图1-4 洞门钢环安装的总体原则是保证洞门的净空，就大不就小，为盾构机进洞和出洞提供足够的空间。

洞门钢环安装时，我们可以将线路的大地坐标转化为施工坐标，X 是里程，Y 是偏轴，Z 是高程。

洞门中心坐标为（X,Y,Z ）,钢环上任意点坐标为（X 2,Y 2,Z 2）,通过计算(Y,Z)和（Y 2,Z 2）的距离与半径相比较，就可以知道钢环的净空。

二、始发台的安装定位始发台既是盾构机进洞的平台，也是盾构机出洞的承接台。

盾构始发的时候定位尤其关键。

盾构始发分直线和曲线两种情况，直线始发比较简单，曲线始发相对复杂。

1、直线始发直线上始发台定位时，我们仍然可以将线路的大地坐标转化为施工坐标，X 是里程，Y是偏轴，Z是高程。

只需控制好ZQ、ZH(如图2-1)的里程和偏距，然后调整导轨Z1、Y1和Z2、Y2到设计标高，整个始发台的定位工作基本上完成。

通常情况下为了转动盾构机刀盘，检查刀盘，始发台前端和洞门钢环之间有0.8-1米的空间。

ZQZH Y2Y1 Z1Z2始发台前端里程LQ始发台后端里程LH图2-1始发台导轨的高程通过如下关系换算，以海瑞克S-261（如图2-2）为例：现场量取始发台导轨（中对中）之间的距离为 2.66米，盾构机刀盘直径 6.28米。

OA BC图2-2则盾构机前体圆心到始发台导轨的垂直距离为:OA=√（OB2-AB2）=2.8444m导轨中心B点标高=圆心标高-2.8444m2、曲线上始发曲线上始发通常有两种方式：切线始发和割线始发（如下图）。

最需要关注的是盾构机进洞时在始发台上没法调向（图2-3），如果曲线半径过小，盾构机进洞后姿态很容易超限。

盾构始发时既要保证进洞的姿态，同时还要给盾构机一个转弯的趋势，使得盾构机完全进洞后能平滑的沿着隧道线路中线前进，因此在始发台定位时就需要固定住始发台前端，把始发台后端往线路转弯的反方向偏移一定的距离（如图2-4），因此，曲线上始发时，始发台前中心点和线路中心重合，而始发台后的中心与线路中线不重合。

由于洞门钢环的位置已经确定，始发台前端的里程和中线点也就跟着确定下来，所以M点的坐标就是固定的。

我们假设盾构机离开始发台后到达隧道中线的设计位置Q，那么Q、M两点就决定一个方向，可以做为盾构机进洞的方向。

有始发台前端中线坐标、始发台的长度，始发台的方向，通过坐标正算，我们就得到始发台后端的中线坐标S。

可以看出，相对于始发台偏移前（用绿色表示），后端产生了一个偏移值SS’。

偏移值我们不予考虑，只需将始发台后端中心定位到S点即可。

曲线上始发台高程的定位可以参考直线上始发台高程定位的计算方法。

线路前进方向盾构机进洞前盾构机进洞后HM始发台隧道中线图2-3线路前进方向盾构机进洞后盾构机进洞前HSMQ始发台隧道中线S'图2-4始发台定位时需要注意的几个问题：1、根据始发的方式和盾构机的不同，始发台的尺寸也不相同，再加上始发台加工的精度，经过多次始发等因素，始发台有可能变形，因此定位前需要人工现场量取导轨中对中的尺寸；2、由于盾构机主机前体重量大，重心在前体，因此始发台前端就容易变形下沉，盾构进洞时容易发生“低头”现象，尤其是大坡度始发时，这种现象更为明显。

为了减缓出现“低头”现象，给盾构机一个向上抬头的趋势，始发台前端高程应当在设计高程上抬高2-3cm。

为了使盾构进洞时与洞门钢环的相对关系美观，我们也可以在做洞门的时候就将洞门圆心标高抬高2-3cm；3、始发台底部一定要垫密实，固定牢固，以免盾构机放上去之后始发台发生大的变形，造成盾构机放样姿态与实际姿态产生大的出入。

三、反力架的安装定位一般情况下，反力架的长度为6.6米，宽度为1.1米。

反力架的定位里程往往跟联络通道有关系，正常情况下，联络通道的中线里程正好在相邻两环管片的环缝上。