大型顶管定向控制测量方法研究

                      大型顶管定向控制测量方法研究

                   ,于旭阳

中国水电四局有限公司， 青海 西宁 810007

摘  要：近年来，随着非开挖施工技术的进步和工艺的创新，顶管法施工在工程上广泛应用，尤其是在大型引水工程上大口径长距离管道采用顶管法施工优势明显，在稳定土层和环境保护方面出类拔萃。为保证本工程的顶管顺利贯通，须发掘出一套好的大型顶管测量控制技术和方法来提高大型顶管的控制定向精度，并在一定意义上降低测量成本提高测量效率为工程质量提供保障服务。

关键词：大型顶管 定向控制  测量方法

一、引言

本工程顶管区间全长1.98公里，其中包括5个顶管区间共6座顶管井顶管区间，均为直线顶进，顶管单条线路最长为541米。本大型顶管施工测量存在测量空间有限、测量后视定向边短和电子经纬仪导向光在顶进距离较远时候出现散光弱光模糊现象等诸多因素影响下导致顶管纠偏困难，测量效率低的问题。

二、研究难点分析

通过轴线误差数据统计我们看出部分顶管轴线偏差超出规范，通过分析发现主要有以下三个因素造成的现状：

其一，通过对目前市场上大多数大型顶管机的调查研究，大多数的大型顶管机靶心距离刀盘位置基本上大于3米距离，那么带来的问题就是顶管纠偏难度非常之大。

其二，大部分顶管施工只在始发井测量平台上安装了一台电子经纬仪来指导顶管施工，有可能出现电子经纬仪因反力架震动发生偏差后人员不能及时发现问题并纠正，造成顶管机严重偏离设计轴线。

其三，在顶管施工中电子经纬仪导向光在顶进距离较远时候出现散光弱光模糊现象，造成电子经纬仪导向不精确，顶管顶进过程中操作员对导向光不易辨识，导致顶管机与设计轴线出现较大偏差，这也会带来较大的工程质量事故。

三、基本方法

3.1顶管棱镜测量装置的制作

釆用人工复核测量方法对顶管机靶心实施测量时，顶管机测量标志点要牢固设置在顶管中心高程位置，如果选择反射片作为坐标采集的话顶进距离超过150米的时候超过了反射片的有效距离，采用人工在靶心放置棱镜测量会导致每次放置棱镜不在同一个点上产生测量误差，因此有必要设计一套顶管后视定向测量装置来代替人工放置棱镜，减少人工安置棱镜，多次安装棱镜易出现误差的问题，提高了顶管轴线精度，达到精确贯通的目的。

固定棱镜装置图 3-1

采用激光靶型自动测量系统或棱镜型自动测量系统，本工程采用的自动测量系统为电子经纬仪导向光加激光靶测量，采用电子经纬仪发射的导向激光指导顶管机前进。采用自动导向系统测量方法进行初始姿态测量和实时姿态测量时，自动导向设备包括电子经纬仪和后方计算机系统，系统能够计算并以图形、数字方式实时显示顶管机当前姿态和历史姿态信息等；如果发现顶管机靶心偏离电子经纬导向光位置过大时后方系统会报警这时候会在人工干预下自动回正纠偏，并且系统须具有对自身各部件的运行状态进行监控和报警功能。

3.2.测量平台的制作：

顶管机的定向控制精度的高低一定程度上取决于测量平台的质量，好的测量平台完全能为顶管施工测量提供更高的测量服务，测量平台顶面结构，设计为活动开孔目的是为了能放样顶管中心轴线方便左右移动位置，方便将电子经纬仪架设在中心轴线上，避免出现中心误差。测量平台在设计的时候将电子经纬仪和全站仪架设全部设计在一个平台上面，两台仪器操作互不干涉，电子经纬仪和全站仪双向校核，可以随时对电子经纬仪进行校核，提高测量质量及测量作业效率。

顶管测量平台正视图3-2

3.3顶管测量平台电子经纬仪的安装

（1）安装电子经纬仪测量系统前，需先在顶管机机头正上方3-5米高度的位置的内衬墙放样顶管轴线点A，再在电子经纬仪观测墩上放样轴线点B，（因电子经纬仪的强制对重盘链接螺丝可以左右移动最终要将电子经纬仪架设在顶管轴线位置）然后再在顶管机后靠背墙放样轴线点C.其原理就是三点一线法。

电子经纬仪导向示意图 图3-3

然后根据设计图纸推算出始发井到接收井的坡度，用度数来表示坡度，利用反三角函数计算而得。

3.4管节圆心拟合测量

顶管管节拼装完成后要及时对管节进行测量，因为管节一般拼装完成后会在松软的泥土中出现自然沉降，及时对管节姿态测量以便提供管节中心偏差数据给有关施工队进行管节注浆纠偏回位，具体做法就是在管节同一断面测量三个点然后通过米度拟合其实际断面圆心坐标值，在通过实际圆心坐标反算其实际偏距和与设计高程的差值，这样就得到了此管节中心轴线实际偏差值。

3.5顶管施工测量控制网加密测量

（1）首先将加密水准点引伸至工作井附近（最少三个加密水准点）作为顶管始发高程控制的必要起算依据之一，其次在始发井及接收井分别选择三个相互通视的平面控制点进行加密。

3.6通过靶心推算刀盘实际偏差测量

1.参数计算

顶管始发前，需要组织技术人员认真对蓝图线路参数进行复核计算，必须严格执行三检制，确认线路参数没有任何问题时方可进行放样计算，人工顶管机中心轴线测量复核采用测量员App蓝牙连接全站仪实施测量或者采用单项导线测量后方可将采集的中心坐标数据回来后在借助电脑CAD软件进行二次复核，在效率和精度上具有很高的保证。

2.全站仪复测

（1）优先考虑采用还是单向导线的方法，具体方法就在激光靶中心位置安装强制对中小棱镜，采用6全站仪进行观测，测量水平角、天顶距，内业计算时加入气象改正、仪器加乘常数改正、投影面改正；算得激光靶实际坐标和高程后，在通过反算程序反算出其现在的偏距，通过里程坡比反算出其现在的设计高程，于设计值作比较，将轴线差值和高程差值告诉顶管机驾驶员进行及时纠偏，同时也可以对激光经纬仪导向光纠偏。

3.通过桩号偏差值推算顶管刀盘距离轴线偏差

因靶心轴线的偏差不能代表刀盘的实际偏差，所有我们有必要通过靶心的偏差人工来分析推算刀盘的偏差。

通过分析左右偏差即在靶心位置同断面处选择和轴线等距离等高程一样的两个点一般选择的这两个点高程和靶心高度相同，选择的两个点为顶管机靶心位置对称的电动机后壳两个点，作为标记，每次测靶心的时候顺便测量这两个点的桩号和高程，通过桩号差值来判断计算刀盘左右位置，机头高程差值的计算方法为：在靶心位置纵断面上选择同桩号偏离轴线等距的两个点，其中方法有CAD成图法和手工推算法，具体做法就是在测量靶心坐标的时候顺便测量A点和B点C点D点的坐标后及时通过网络传送后方处理，后方将点位坐标展入带有始发井和接收井的轴线CAD图上，通过图上直接量取刀盘中心到轴线的垂直距离即为刀盘偏离轴线的偏差，整个借助CAD图计算出结果过程不超过五分钟。

示意图 图3-4

四、结束语

通过对近井点和后视点的选择，测量平台的设计制作、顶管过程中纠偏方法及过程中管节的米度圆心拟合的运用，本顶管贯通精度目标为顶距400米贯通精度10毫米，通过不断的改进测量平台制作，在过程中不断的改进纠偏方法及不断的对测量方案进行研讨优化，本顶管工程与2023年3月顺利全部贯通，最终将贯通精度控制在6毫米以内，本综合方法解决了大型顶管在施工过程中定向及过程纠偏的难题，也在一定程度上总结了大型顶管在顶进过程中纠偏方法的应用，为以后的大型顶管施工测量中提供技术帮助。