关于隧道盾构法施工的测量技术

关于隧道盾构法施工的测量技术

陈虎

中交二公局铁路建设有限公司 陕西西安 710100

摘要：在当今社会，随着社会经济的发展，地铁发展的范围越来越广泛。但在地铁具体的发展过程中，对于隧道的建设成为人们关注的重点。其中，盾构法施工是隧道建设施工中常用的测量技术。本文则是根据隧道盾构法施工中的测量技术所进行的分析，希望能够更好地促进隧道的建设，进而促进我国地铁交通行业的发展。

关键词：隧道；盾构法施工；测量技术

在隧道建设的过程中，对盾构法施工技术的使用具有其他技术没有的优势。这主要是因为盾构法具有施工安全、速度快并且不影响地面交通、不受气候条件影响、适用范围广的特点，因此，盾构法近几年来在隧道施工中得到了广泛的应用。然而，对于地铁隧道而言，其区间隧道长度较长、前方设备较多，导致隧道内的通行条件较差。这在很大程度上给相关工作人员的工作带来了一定困难。面对这一现象，在对其进行测量时，相关工作人员需要采取合理的措施来进行测量，进而使得隧道建设能够具有准确的数据支撑。

一、隧道盾构法施工测量的特点

对于隧道盾构法施工测量的特点而言，相关工作人员也要进行充分了解，只有这样才能更好地对其进行使用，进而获得准确的测量数据。地铁区间隧道施工法施工的测量工作，主要有以下四个特点。具体如下所示。

第一，地铁隧道工程的施工量较大，因此，测量工作需要持续开展。另外，在测量工作进行开展的过程中，也要站在全局的角度进行思考，但也需要顾及局部部分，进而使得测量数据能够更加准确。

第二，测量部分项目较多，各测量体与线路之前有密切联系，因此，需要保证地上以及地下测量结果的准确性。除此之外，在具体的测量工作中，相关工作人员也要考虑到变形监测等内容，进而充分保证测量的准确性。

第三，由于隧道最常见的就是地铁中，而地铁通常情况下位于城市中。地铁周围现代建筑物数量较多，并且也会有大量的地下管线存在，因此，这导致测量工作存在一定难度。

第四，在通常情况下，隧道深埋比较浅，地铁隧道的上部分土层容易发生沉降现象，因此，这在一定程度上也会增加测量的难度。

二、盾构法施工过程测量技术

地铁区间隧道盾构法施工的测量工作也可以分为联系测量、始发测量、掘进测量、贯通测量等4个阶段。以下则是四个测量阶段的讲解。

（一）联系测量技术

这种测量方法主要是以地面控制为依据来进行测量的，联系测量平面测量主要有一井定向（联系三角形定向）、两井定向、陀螺仪联合定向、导线定向四中方式，其中陀螺仪只用在长大隧道，所以仪陀螺仪联合定向不常用；导线定向精度最好且最方便，但是用导线定向受始发井的长度和深度制约，一般也很少用；所以一般都采用一井定向（联系三角形定向）或两井定向，其中用两井定向受地面及洞内各种因素的制约要少，很方便，但是在同样的始发井长度和深度的情况下最好采用一井定向（联系三角形定向），这样有利于提高井下定向的精度。高程测量主要采用高程传递测量，需要独立进行三次，并且每次高差都是有一定高度的，不能超过这个高度，否则就会导致测量数值出现偏差。根据所选择的数值求取平均值，并将所得的结果作为地下水准测量基点标高。

（二）始发测量技术

盾构机始发阶段的测量工作也是很重要的，该阶段主要包括以下几个方面，分别是洞门安装测量、始发托架或刚套筒和反力架安装测量、盾构机初始姿态测量。

1.洞门安装测量

对于盾构隧道洞门安装测量而言，主要采用圆心拟合原理，确保钢环中心与隧道中心重合，其次钢环的椭圆度及高程位置，保证偏差在合理范围之内，减少盾构机进洞过程中撞坏钢环或要控制设计高程产生的局部栽头。

2.始发托架或钢套筒和反力架安装测量

始发托架或刚套筒主要是盾构机导轨定位测量，严格按照要求来控制导轨的中线，导轨的前后高程设计与设计值的误差也需要控制在合理范围之内，进而保证导轨下面平整；反力架安装测量主要平面定位、高程定位及倾斜度定位，反力架的平面位置根据负环的管片数和始发托架或钢套筒位置而定，反力架左、右立柱连接线必须与隧道中心线垂直，确保反力架钢环中心与实际盾体中心线垂直。

3.盾构机初始姿态测量

在盾构机上至少选择三个控制点，并且这三个控制点不在同一平面上，具体位置确定后，安装激光靶作为盾构机特征点。在整个测量的过程中，测量人员需要考虑测控点与盾构刀盘中心以及盾构机初始姿态的相对关系，在盾构机的位置确定之后，测量人员需在盾尾配装管片的区域以环形布设安装足够多特征点，并测定初始坐标作为后期盾构机人工姿态测量数据对比分析的参考依据。

（三）掘进测量技术

在盾构机进入正常掘进状态时，需要自动适配导向系统，进而帮助工作人员及时了解盾构机施工轴线的具体位置。在自动导向系统的支持下，可以有效掌握盾构施工轴线的具体位置，进而保证盾构机的工作能够顺利进行。当盾构机完成一环掘进工作时，相关工作人员需要注意对其进行测量。这样做的目的是能够保证盾构机的三维姿态。与此同时还需测量已安装管片的姿态。

1.管片姿态测量

在进行平面测量时，测量人员需要在水平尺中心位置粘贴反射片，并把水平尺固定在中间，这样能够将刮尺调整到水平位置。另外，相关工作人员也要把刮尺置于待测环的底部，利用水平尺进行调整后，进而使刮尺保持在水平位置上。在井下控制导线点上试配的全站仪，使用全站仪测量所在环，进而获得中心三维坐标的具体位置，这些步骤都完成之后，就完成了平面测量的工作；在进行高程测量时，相关工作人员需要确定测尺反光镜片以及隧道底部的相对尺寸，然后综合考虑所获得的数据。根据数据来进行计算，进而保证管片底部和顶部两个位置的具体高程。

2.移站测量

盾构机的掘进时的姿态控制是通过全站仪的实时测设激光靶的坐标，反算出盾构机盾首、盾尾的实际三维坐标，通过比较实测三维坐标与DTA三维坐标，从而得出盾构姿态参数。随着盾构机的往前推进，每隔规定的距离就必须进行激光站的移站，其测量原理是利用隧道布设的控制网测设盾构机激光仪与后视靶坐标，给机机体供测量数据。

在推进的过程中，随着盾构机的前进激光仪与后视靶位置跟随盾构机一直前移，可能会由于安装托架的管片出现沉降、位移或托架被碰动，使激光站点或后视靶的位置发生变化，从而激光仪测得错误的盾构机姿态信息。为了保证激光仪的准确定位，需定时对全站仪的状态检查，如果测得的后视靶的值超过了在编辑器中设定的限值时，需要对激光站进行人工检查。检查方法是利用洞内精密导线点对激光站点及后视靶点位置进行测量，重新确定两点的三维坐标。设站导线点尽量选择在管片侧壁上的强制对中导线点，这样建测站时能够一次建站测算出两个点位的坐标，避免误差的积累。当不满足上述建站条件时，从隧道内主控制导线点引测至后视靶托架上，在托架上建立测站，测定激光站点的三维坐标。

3.盾构机姿态测量

在盾构机掘进过程中的测量，盾构姿态测量是盾构法施工测量的核心，盾构姿态是否正确不仅会对测量结果以及管片的拼装质量造成影响，而且也会对设计轴线掘进造成影响。盾构机姿态测量包括测量盾构机的水平偏角以及垂直偏角等角，盾构机的偏角和俯仰角是用来判断盾构机在掘进的过程中是否能够顺利工作，相关工作人员可以根据扭转度来进行判断。测定盾构机姿态的目的主要是为了确定目标棱镜与盾构机的首尾之间关系，进而提供准确数据。

对于盾构姿态的测量方式主要有以下两种，一种是人工测量，还有一种是自动测量。由于施工进度、工期要求盾构机掘进过程中多数采用自动测量，按照区间长度定期、定点加设人工姿态测量。

自动测量系统是通过导向系统实现的，对盾构掘进施工实时测量，随时可以根据数据的变化调整姿态，这样能够确保数据的准确性与及时性，进而保证隧道掘进施工的顺利进行。该系统的使用原理是地面把测量指令传给地下装置部分，然后再传给自动化装置设备进行监测，最后把所得出的数据与初始数据进行对比，以便工作人员及时了解出现偏差的位置，及时进行调整

该系统在进行测量时，主要测量隧道设计中线坐标计算，测站托架和后视托架的三维坐标的测量，初始参数设置等工作。

1）隧道设计中线坐标计算

把隧道的设计轴线要素和高程要素计算之后，把所得出的数据输入到计算机中，该系统会直接算出相关数据，进而减少人力资源的浪费。

2）测量测站托架和后视托架的测量

在具体的工作中，系统也能够帮助测量相关数据。把全站仪放置在测站托架上，护士托架上放上后视棱镜，进而帮助工作人员及时了解情况。利用人工测量的方法检测出三维坐标测量数据，在此基础上测量初始数据。

3）测量系统初始参数设置

对于测量系统初始参数的设置也是必不可少的，工作人员需要严格按照要求来进行测量。相关工作人员需要把全站仪以及三棱镜放在文件中，然后计算机会自动对其进行监测，照准激光靶，对其进行测量，进而确保数据的正常运行。另外，对于盾构机的俯视角和滚动角而言，相关工作人员也需要进行重视，进而确保盾构机监测数据的准确性。

人工姿态测量，在盾构施工的过程中，为了保证导向系统的正确性和可靠性，在盾构机掘进一定的长度或时间之后，应通过洞内的独立导线独立的检测盾构机特征点数据，获取人工测量姿态，人工姿态与自动测量获取的姿态进行对比，即进行盾构姿态的人工检测，确保盾构机按照设计线路正常掘进。

4.贯通测量技术

盾构贯通测量主要包括横向、纵向、方位角及高程贯通误差测量。盾构区间贯通后，现场具体条件应及时对贯通面俩侧平面与高程进行贯通误差测量，贯通误差测量应包括盾构区间横向、纵向与方位角三部分，横向、纵向贯通误差，可根据贯通面俩侧控制点测设贯通面上同一临时点的坐标闭合差，并投影到线路和线路法线方向确定，也可以利用贯通面俩侧中线延伸线伸到贯通面上同一里程间距确定；方位角贯通误差可利用贯通面俩侧控制点测设与贯通面相邻的同一导线边的较差确定；区间高程贯通测量由贯通面俩侧地下高程控制点测量贯通面附近同一水准点的高程较差去定。

三、断面测量技术

在地铁盾构隧道施工完成要进行盾构隧道断面测量，由于盾构施工中自然沉降与管片拼接误差等，导致盾构椭圆度不好，隧道线性扭曲变形、高低错台。盾构隧道成品断面测量成果作为竣工验收的一分部，也为后期轨道、供电及装饰装修施工提供调线调坡与限界的依据。区间断面测量使用全站仪设站按照直线6米，曲线4.5米每个断面10个点采集数据。断面测量的要求如下：

1）以施工图的设计线路中心线为测量基准线。

2）测点距基准线的横距是指轨顶设计高程以上或以下规定高度位置由基准线至隧道内壁的距离。

3）顶部测点是设计线路中心线在隧道顶部内壁的投影点，底部测点是设计线路中心线在隧道底部内壁的投影点，均以高程表示。

结论：

在当今社会，随着社会经济的发展，地铁区间隧道的建设越来越受到人们的重视。在对该种方法进行使用时，盾构法是常用的方法。在施工中容易出现盾构姿态偏差，因此，相关工作人员需要采取合理的方式来进行测量，进而保证数据的准确性，提高施工质量。在实际测量工作中，需遵循因地制宜的原则，根据实际情况合理优化测量技术，以保证测量结果的准确性。

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