海底m超长距离混凝土顶管实用测量技术

奉贤1856m超长距离混凝土顶管实用测量技术

一、概况

奉贤县污南排Ф1600砼顶管工程位于奉贤县杭州弯畔，全长1856m，其中56m为陆上顶进，穿过海堤后1800m在海底下顶进。整个1856m顶进前1656m坡度为-0.9‰斜直线段，端部200m为平直线段，在平直线部分布置有14只垂直排放口，在顶进结束后再进行14只排放口的垂直顶升。

本工程顶管工作井外径尺寸为11.4m×8.6m底板至地面高度17.5m。陆上部分顶管覆土16m，海上部分覆土从15m～4.5m。

该工程特点，工期要求特别紧，在海边施工，地质条件复杂，本工程为超长距离顶进施工，顶进测量难度很高。

二、超长距离顶管施工测量的重要性

一般顶管工程中测量工作主要是通过定向测量在顶管工作井内布置一指示轴线(顶管设计中心线)，顶管每顶进一节，测量人员以此轴线为基准测出顶管工具管偏离设计轴线数值(平面偏差)，利用工作井内高程控制点测出工具管高程偏差，开出测量报表，顶管施工人员以此为依据进行必要的纠偏，以达到顶进轴线与设计轴线一致。

顶管施工中测量一直被认为是顶进施工的眼睛，确实测量在顶进施工中占有相当重要的地位，特别是超长距离顶进，首先是贯通测量，贯通测量是顶管能否贯通的一个先决条件，一个顶管工程如果不能顺利贯通，就谈不上是一个成功的工程。第二是顶进施工中轴线偏差测量，所谓的轴线偏差，即顶进工具管偏离设计轴线的偏差值，包括横向偏差(平面偏差)和纵向偏差(高程偏差)，由于本次顶进距离超长，为1856米，实际顶进轴线的好坏直接影响到顶进阻力大小、顶进轴线质量好坏及工具管管节的旋转，只有在测量正确测出每节管节顶进的轴线偏差，顶进施工人员才能进行正确的纠偏，纠正顶管工具管的前进姿态，才能使顶进沿着设计轴线前进，使顶进顺利进行。

三、超长距离顶管测量难度分析

1.首先是工作井内定向测量难度。

由于顶管工作井内净尺寸较小，为8.8⨯6m，而深度又较深达17m。往常顶管工作井内方位传递无法一次完成，而如果方位经多次传递至井下则无法保持定向的精度。另外，由于本次顶管顶程超长，定向精度的好坏将直接影响贯通误差精度及顶管轴线偏差，考虑到顶管贯通误差主要来自定向误差，如果定向误差m o达到30”，则定向产生的贯通误差：

mα=m o⨯s/p

mα=30⨯1856⨯1000/206265

=270mm

可见由于顶程超长，不考虑其它误差，单定向误差对顶管贯通精度影响非常大。

2.超长距离顶管轴线偏差测量难度。

难度一是顶进距离较长时，井下进行轴线偏差测量，误差随着顶程越来越大，这是因为指示轴线后视瞄正误差达0.2mm，顶程达1000米时，指示轴线长度7m，轴线偏差测量误差0.2⨯1000/7=28mm，如果每顶进一节管节轴线平面偏差在20～30mm之间摆动，顶管施工人员就无法进行正确的纠偏，从而使测量起不到正确的导向作用。另外，随着顶进距离不断增加，工具管内布置的测尺无法在井内一站看清，须在管节内直线接站观测，势必产生接站引起的误差，这都是需要解决的困难。

3.顶进时间与测量用时之间矛盾。

本次顶进采用螺旋机出土，土方经过泥水化后，通过泥水系统输送至地面，因此，每节管节的顶进都是连续的，顶进速度较快。整个顶程1856米，平均日顶进距离达18.5米，每节管节3米，平均每天要顶6节多管节，按常规轴线平面、高程偏差测量管内接站观测，此时顶进要停止，每次偏差测量时间按1小时计，则每天要费在测量上的时间就达6小时多，本来轴线偏差测量是为顶进服务的，而过多的占用顶进时间，显然对整个顶管工程的工期是不利的。

四、测量技术措施及方法

上面分析了超长距离顶管测量难度，概括起来一是测量精度较难保证，二是测量用时过多。下面针对这二个问题分析解决问题的技术措施及方法。

1.定向测量精度保证措施方法

由于该工程工作井尺寸较小且较深，对于该工程的定向测量，首先，采用瑞士进口的精度1/30000投点仪，把地面测量控制系统投至井下，测出洞门实际中心坐标，结合设计终点坐标，计算出顶进轴线方位及实际顶进距离，然后在井内精确放出顶进指示轴线，在工作井后靠位置布置好强制对中心的观测台，在出洞口上方布置好精确的后视目标。

为保证定向测量的精度，另利用二次联系三角定向法，对井内指示轴线进行复核，如图所示：

在井上观测角度ϕ、ω、α，量边a、b、c，在井下观测角度ω’、α’，量边a’、b’、c’，则顶进轴线方位通过解算联系三角形得：

αBD＝αPP’＋ϕ＋ω＋α＋β－β’+ω’＋180o

从式中看出方位传递是通过β角完成的，β利用正弦定律：

sinβ/sinα＝b/a求得，对β的精度进行分析，运用最小二乘法原则，可得：

mβ＝

±tg2β(1/b2+1/a2)×ms2×ρ2+(b2/a2×cos2β-tg2β)×m2α

从式中可以看出，要有效地提高方位传递的精度，必须做到：

1)尽量减小α的观测误差mα。

2)增大悬锤间距a的值，尽量减小b/a边长比值。

3)联系三角形形状采用狭长形状。

这样β的精度公式可简化为：

mβ＝mαb/a

实际施工中a为6米，b为4米，mα取±2″。

计算得mβ＝±1.3”通过投点测得洞门中心坐标与设计终点坐标算得指示轴线的方位为160o58’07.5”，而二次联系三角形定向测得指示轴线方位为160o58’01.3”和160o58’02.7”，几次测量方位误差最大6.2″。按式：

mα＝m o×s/ρ

＝6.2×1860×103/206265

＝56mm

基本满足贯通误差要求。

2.超长距离顶进井下轴线偏差测量误差分析及测量方法。

众所周知，由于顶管顶进过程中每一节管节都在往前移动，因此管内无法布置固定的测量控制点，对顶管工具管轴线偏差的测量只能利用井内布置的指示轴线来测定，这样也决定了超长距离顶管较大的轴线偏差测量误差不可避免，因此如果按指示轴线定向误差m o＝±5″计算，顶管至500米时，不考虑其它误差，单指示轴线方位误差引起的贯通误差按式：

mα＝m o×s/ρ得：