隧道盾构法施工中的测量技术

冯力

摘 要：地下工程盾构施工测量的主要目的是使盾构机能够沿设计轴线前进，确保盾构隧道准确贯通。盾构法施工中的测量工作主要分为三个部分：地上控制测量、地上与地下联系测量、盾构掘进控制测量。此外，为了确保隧道准确贯通，还应结合工程的实际情况，严格把控影响隧道精度的各个环节的测量技术，以提高隧道成型整体精度，从而达到隧道准确贯通的目的。

关键词：盾构测量；联系测量；控制测量；ROBOTEC自动测量系统

中图分类号： U455 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）28-75-2

0 引言

盾构施工中，测量方面的主要工作是在人工测量基础上进行自动化测量，保证盾构机沿设计轴线前进，偏差值满足设计要求。本文以北京地铁14号线15标东风北桥站至将台站区间10.22m大盾构施工为例， 对盾构施工测量技术作简要阐述。

北京地铁14号线15标东风北桥站至将台站盾构区间为单洞双线圆形区间隧道，区间线路从东风北桥站向北下穿东四环后到达将台站。盾构掘进测量以日本演算工房 ROBOTEC隧道自动导向系统为主， 辅以人工测量校核。

1 地上控制测量

首先对业主给定的平面控制点及高程控制点进行复核，坐标点采用附合导线形式，水准测量采用往返闭合水准线路，并对测量结果进行平差处理，作为平面控制点及高程控制点的施工控制网的依据。根据始发竖井的现场实际情况，分别在盾构井的东西侧加设了3个地面导线点以及3个水准点。为了避免对中误差对精度带来的影响，导线点全部采用了强制对中盘模式。

2 联系测量

联系测量精度对整个标段能否正确贯通起着决定性的作用。联系测量的主要目的是将地上的平面及高程系统传递到地下导线点和水准点上，形成统一的空间坐标系统。根据以往经验，本工程定向测量采用了全站仪一井定向法，高程传递测量采用钢尺导入法。本工程在整个施工过程中， 联系测量坐标传递3次。

2.1 导线传递

根据施工现场条件，本工程采用了一井定向方法，地面、地下近井导线测量观测技术要求等同精密导线。分别在隧道工作井两端各投挂一根钢丝，在每根钢丝上下两端适当位置上粘贴反射亮片，钢丝底部挂工作重锤并置入油桶内。先在地上测出两个亮片点的坐标，然后在工作井中再分别测设两条钢丝，反算出井下两个导线点的坐标，作为盾构始发及掘进的平面控制依据。

一井定向是在同一竖井内悬挂两根钢丝组成联系三角形，联系三角形测量采用拓普康全站仪测量，每次独立测量三测回，各测回较差不超过1mm。地上与地下测量的钢丝间距较差小于2mm。每次定向应独立进行三次，取三次平均值作为定向成果。联系三角形钢丝布置形状应满足下列要求：

①钢丝间的距离a应尽可能长；

②定向角？琢、′？琢尽可能小，一般应小于1°，呈直伸三角形；

③b/a及b′/a′的比值应尽可能小，一般应小于1.5。

2.2 水准传递

高程联系测量可用吊钢尺法。使用两台同精度水准仪分别置于竖井上下合适的位置，悬吊钢尺稳定后同时进行测量作业。导入标高每次独立进行3次，每次变化仪器高使高差大于100 mm，两次高差较差≤±2mm，取3次平均值为地下水准测量基点标高。

3 地下控制测量

隧道内控制测量分为平面及高程控制测量两部分。随着盾构机沿线路方向往纵深不断掘进，隧道内也需进行相应的平面及高程控制测量，以指导盾构机按设计线路方向正常掘进，以及对环片姿态、盾构机姿态进行检测，对导向系统控制点坐标进行调整。地下平面控制点及高程控制点均固定在隧道内稳定的管片上，管片上布设的点位采用钻孔埋设膨胀螺栓的方法，为保证测量精度，防止出现点位移动现象，每次延伸控制导线前，需对已有的导线控制点至少三个点进行联测检验。

①地下导线控制测量

在实际施工时，采用了双支导线，布设成附和导线方式。一是避免测量时的粗差，另一方面通过双支导线之间的相互校核，以提高地下控制导线的测量精度。隧道内平面控制测量是以平面联系测量基线边为基础的控制测量，盾构机每掘进150～200m后，加设一个平面测量控制点。相对中误差≤±1/35000，导线端点横向误差为：

②地下高程控制测量

将高程引至隧道内高程控制点上，随着盾构掘进水准路线也向前延伸。作为施工导线用的吊篮高程可由洞内控制水准点用水准测量方法引测。地下水准测量应在隧道贯通前独立进行3次， 并与地面向地下传递高程同步。

4 盾构掘进测量

4.1 盾构机姿态测量

盾构姿态测量是盾构法施工测量的核心，盾构姿态的正确与否，不但直接影响着管片的拼装质量而且是盾构是否沿设计轴线掘进的前提。盾构机姿态测量包括测量盾构机的水平偏角、垂直偏角、俯仰角、扭转角。盾构机的偏角、俯仰角是用来判断盾构机在掘进过程中是否在隧道设计中线上前进，扭转度是用来判断盾构机是否在容许范围内发生扭转。测定盾构机姿态的目的是确定目标棱镜与盾构机的盾首、盾尾之间的位置关系，为盾构机掘进提供基础数据。

4.2 Robotec自动测量系统

此系统是为了对隧道挖掘施工进行调整管理而开发的。其测量原理为：地面将测量指令传给地下装置部分，再传给自动化测量装置进行自动测量并计算，然后将反映盾构姿态的轴线数据与理论数值进行比较，自动计算出盾构水平及竖向偏差，并显示在计算机上。

Robotec导向系统测量包括：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

将隧道的设计轴线要素和高程要素计算后，输入计算机中，Robotec测量系统将会自动计算出隧道中线的三维坐标。

②Robotec测量测站托架和后视托架的测量

测站托架上安放全站仪，后视托架上安放后视棱镜。通过人工测量将测站托架和后视托架的中心位置的三维坐标测量出来后，作为控制盾构机姿态的起始测量数据。

③测量系统初始参数设置：将自动全站仪以及后视棱镜的三维坐标输入控制计算机文件里，照准激光标靶并测量其坐标和方位以确定激光标靶三维坐标，以及盾构机的俯仰角和滚动角，盾构机的位置就以数据和模拟图形的形式显示在控制室的电脑屏幕上。

此外，在盾构施工过程中，为了保证导向系统的正确性和可靠性，避免出现电脑理论计算与轴线实际计算出现脱节的情况，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进行盾构姿态的人工检测。为保证测量数据传达的及时性，在测量过程中使用跟踪测量的方法，及时测量出盾构机的三维坐标，与设计平面及竖向关系进行比较，确定改正值来指导盾构推进。

5 结论及建议

由于隧道工程建于地下，具有区间距离长，隧道内通视条件差等特点，而且往往受工程工期和施工环境的限制，这就要求测量工作一直保持在最高测量精度的状态。在施工中必须高度重视测量工作，不允许出现测量误差超出限差的情况。必须加强施工测量检核，经常复核洞内的导线点、水准点，随时掌握控制点的变形情况，随时发现点位变化，随时进行测量修正。严格遵守各项测量工作制度和工作程序，确保测量结果的准确性。

参 考 文 献

[1] 潘国荣，王穗辉.地铁盾构施工中的若干测量手段及方法[J].测绘通报，2001（1）：23-25.

[2] 肖智勇，傅继阳.地铁区间隧道盾构法施工中的测量技术[J].暨南大学学报，2005，26（3）：331-336.

[3] 王暖堂.盾构隧道施工中的测量技术研究[J].铁道建筑，2002（12）：1-5.

[4] 王超领，张永超.地铁盾构机掘进实时姿态定向测量的研究[J].隧道建设，2007，27（6）：33-35+38.

[5] 武汉测绘科技大学.测量学[M].北京：测绘出版社，l994.

[6] 李青岳.工程测量学[M].北京：测绘出版社，2008.

[7] 秦长利，于来法，马全明.GB 50308—2008，城市轨道交通工程测量规范[J].2008.

[8] 杨小明，颜树强.土木工程测量[M].中国建材工业出版社，2006.

[9] 张冰.地铁盾构施工[M].北京：人民交通出版社，2011：162.