北京新机场线长距离掘进贯通测量精度控制_朱水鹏.pdf

测 绘 通 报 年 第 期引文格式：朱水鹏 北京新机场线长距离掘进贯通测量精度控制 测绘通报，（）：北京新机场线长距离掘进贯通测量精度控制朱水鹏（北京市政建设集团有限责任公司第四工程处，北京）摘要：近几年，随着经济的飞速发展，城市轨道交通也加快了提速的步伐，各种型号的大直径盾构机相继投入到地铁隧道建设中。大直径盾构机相较于传统盾构机型而言，具有机体庞大、成型环片自重大、对地层的扰动性大等特点，对地下控制点的稳定性有较大影响。盾构法施工隧道一次成型，隧道内控制导线一般采用支导线或环形导线的形式，误差累积较大，尤其是长距离隧道对测量精度控制要求更高。因此，大直径盾构长距离隧道施工中，保证盾构精准贯通是对测量控制技术的新考验。本文以北京轨道交通新机场线一期工程北航站楼（不含）磁各庄（不含）盾构段区间实际施工为例，简要叙述了测量工作的控制流程和关注点，重点阐述、剖析联系测量精度控制和隧道内测量各个细节的精度把控等方面，为在大直径盾构机长距离施工中测量精度的提高提供参考。关键词：大直径盾构；长距离；控制测量；提高精度中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（，）：，（）（），：；目前，国内各大城市的地铁轨道交通正处于高速发展的时期，具有时速快、运力强、占地少、出行时间有保障等优点。盾构工法作为日渐成熟的隧道施工法，普遍应用于地铁隧道的建设中。轨道机车车型的加宽改型及特殊区域对于机车运行速度的提高，其实现需要提供更广阔的运行空间。因此，各种大直径的盾构设备应运而生。大直径盾构是相对于传统盾构而言的。北京市区目前在建的地铁隧道普遍使用.外径的盾构，北京新机场线盾构段设计的成型管片外径为.，内径为.。由于大盾构具有机体庞大、管片自重大、配套出土的轨道车载重大等特点，因此它对于地层的扰动性和成型管片的稳定性等均比传统盾构大，这些因素直接影响地下测量基点的稳定性。相比于市区地铁站区间较短的特点，新机场线收稿日期：作者简介：朱水鹏（），男，工程师，主要从事地下工程、城市轨道交通建设等领域的测量技术管理研究工作。：年 第 期 朱水鹏：北京新机场线长距离掘进贯通测量精度控制一期：草桥站大兴新城站（磁各庄站）大兴机场（北航站楼），区间距离相当大，各区间均是采用加竖井分段始发接收的施工方式。笔者所参与的本段盾构区间全长.。然而，地下隧道内控制点一般采用支导线模式，距离越长，累积误差越大。对于任何盾构测量施工，在保证成型隧道中线符合设计允许偏差的同时，盾构能精准贯通，是最基础的技术要求，也是最重要的施工目标和施工难点。本文以北京轨道交通新机场线一期工程北航站楼（不含）磁各庄（不含）盾构段实际施工为例，结合施工过程中遇到的重难点及采取的解决措施，分别进行论述。盾构测量前的准备工作.盾构段工程简介本区间段为：北航站楼（不含）磁各庄（不含）盾构段，为双洞双线设计。不同于单洞双线设计的紧凑，大型的隧道空间为地铁高速行驶提供了广阔的运行空间。盾构段沿东环路由南向北敷设，依次下穿南六环，侧穿广顺桥、数座房屋，下穿新凤河，最后到达磁各庄站站前明挖段盾构接收井。区间左右线均于南侧盾构井始发。以区间右线为例，右线隧道全长 .，（.）。平面布置上设置曲线为 （）、（）；纵断面布置上为双“”字坡，分别为下坡、.上坡，.下坡、.上坡。竖曲线半径为 。.测量内业的准备工作主要仪器包括索佳 全站仪、电子水准仪、光学水准仪、笔记本电脑、计算器等。内业方面，将设计隧道的轴线要素和高程要素计算加密后（点），输入盾构平台计算机中，测量系统将自动计算出隧道中线的三维坐标。该三维坐标需经过与图纸的认真复核，确保设计轴线的准确性。需要注意的是，直线段线路中心线与隧道结构中心线重合，而曲线段与缓和曲线段线路中心线需要根据设计要求的水平偏移量进行计算。.测量外业的准备工作.地面平面控制测量地面测量是地下测量的先决条件。盾构隧道正式施工前，首先要对业主单位交接的桩位进行检查与复测，发现问题要及时反馈。本标段采用附合测量的方法，对始发井与接收井两端的控制点和加密点进行复核测量，并与相邻标段使用的控制点进行联测，达到了规范要求。精密导线测量主要技术要求见表 和表。表 精密导线网测量技术要求控制网等级闭合环或附合导线平均长度 平均边长 每边测距中误差 测角中误差（）方位角闭合差（）全长相对闭合差相邻点的相对点位中误差 三等.注：为导线的角度个数。表 精密导线观测技术要求控制网等级水平角测回数边长测回数测距相对中误差三等级全站仪：级全站仪：往返测距各 测回.地面高程控制测量高程控制水准网为二等加密水准网，采用电子水准仪复核合格。主要技术要求见表。表 高程控制网（水准）测量技术要求每千米高差中数中误差 偶然中误差全中误差环线或附合水准线路最大长度 水准仪等级水准尺观测次数与已知点联测 附合或环线往返较差、附合或环线闭合差 因瓦尺或条码尺往返测各一次往返测各一次 注：为往返测段、附合或环线的路线长度（单位：）。测 绘 通 报 年 第 期.控制测量的优化为了确保盾构测量的准确性，本标段在地面控制点做了一些修改。由于地理位置因素，之前的始发井控制点靠近物流工业园区内，控制点受碾压等因素影响较大，故经过协商后在场区附近的高层建筑上增设一个控制点，在邻近南侧相邻标段处增设一个控制点。这样既增加了控制点的安全性，又与相邻标段的控制点直接通视，且可以直接俯视整个施工场区，与场区内的地面近井点一站衔接，形成最少站点的附合路线，即降低了平面导线的总长数，又降低了一定误差。联系测量.近井导线测量根据本标段的实际情况，选用两井定向方法。地面近井点 采用强制对中托盘固定在出土口的挡土墙上，近井点 采用铜芯道钉，固定在始发井附近。、点、控制点 互相通视，与地面控制点直接成网，形成直接有效的闭合回路。地下近井点、采用强制对中托盘分别安装在结构井墙南北两端。出土口及盾构井两端分别垂吊两根直径.的钢丝，下挂 的重锤，使其完全浸没于油桶中（此套垂吊装置已获国家实用新型专利）。两井定向如图 所示，现场施工如图 所示。地面地下的近井点均按照精密导线测量的技术要求进行。联系测量各点自成闭合环，并与地面控制网形成附合导线线路。应用至少两种方法进行计算复核，保证数据的真实可靠性。图 两井定向示意图 联系测量垂吊钢尺、近井点实况联系测量直接关系地面控制测量传递到地下控制测量的精准度。为减小误差，注意事项如下：强制对中托盘经过多年的使用优化，可以有效降低三脚架设站时的对中点位误差；风力小于 级；钢丝垂吊过程中需专人放线，防止出现打结现象；反射片要正对测站方向，保证测距的高精度，随意的方向测斜，至少会造成 的水平距离误差，直接影响导线精度。.近井水准测量地面近井点与地面水准控制网形成附合线路，符合二等水准技术标准；通过垂吊钢尺的方法把高程传递到地下近井水准点，并与地面近井点形成附合线路，同样按照二等水准的技术规范操作。线路走向与图 类似。.联系测量的次数本区间全长约.，在右 里程处（约隧道.）做钻孔定向。进行 次联系测量。盾构始发第一次，掘进至、各一次。地下控制测量.隧道内导线控制、在第一次联系测量后，作为地下隧道起始测量的基点。待盾构掘进至 时进行第二次联系测量，满足条件做 导线点。起始边水平距离为.，至 水平距离为.，相邻长短边比例不宜小于 。盾构环内径为.，空间较大，导线边长基本控制在。第 支导线呈“”形路线，第 支导线用作复核测量，各条导线边距增加约.倍，与第 支导线形成闭环。具体操作为：隧道内所有控制点均采用强制对中托盘，固定到结构壁上，圆盘的中心距离结构壁 ，在保证托盘稳固的同时，使仪器仍有足够转动空间，避免旁折光对测量精度的影响；起始基点采用直角型托盘，固定在结构柱、墙等位置；隧洞内托盘安置高度综合考虑左侧走道板的高度和右侧盾构回流管道安置的高度，置于比走道板高约.的位置，托盘折弯约，与盾构环壁弧度基本贴合。这样既便于测量人员操作仪器，又使导线平面基本在一个高度，降低俯仰角过大产生的测量误差。.隧道内高程控制高程联系测量以地下近井点、为基点，是为了在每一个导线控制点附近布设高程控 年 第 期 朱水鹏：北京新机场线长距离掘进贯通测量精度控制制点。控制点采用便携式电钻在隧道侧壁做垂直孔，利用直径 的膨胀螺栓固定牢靠，高度比设计轨面高出 。这样既方便竖立铟钢尺，也离出土车轨道有一定距离，降低出土车振动及掉落的泥浆等对控制点的影响。高程控制点中间加密做水准基点，便于盾构掘进测量向上传递高程。.控制点复测每次联系测量后，对支导线和水准点进行一次复测。用联系测量平差后的新值，对各控制点进行数据修正。为了提高测量精度，采用左右角测回法，各 个测回，左右角平均值之和与 较差小于，边长往返观测 测回，往返平均值较差小于。测角中误差为.，测距中误差为。前后两次复测在导线误差不超限的情况下，可取两次的夹角及距离的平均值进行坐标计算。这样可以有效地降低仪器自身误差和人员本身的操作手法和视觉误差，进而提高导线的精度。.钻孔定位测量盾构掘进中，如未设置盾构刀盘检修井位置，无法满足长距离隧道中途上下联测的条件，需要重新选址做钻孔。钻孔选址主要考虑两点：一是在隧道正上方长度为 为宜；二是结合隧道上方地形地貌的实际情况。地面情况由南到北依次是农村林地、城管执法站等建筑物群、黄马路、新凤河。最后定址在右 里程处（约隧道.）。钻孔选用人工沉井的方法，测量定位隧道中线坐标，到达管片顶端后，用水钻做 的圆孔。在满足垂吊钢丝的条件下，尽量减少对结构的破坏。此次联系测量，将地面控制点与地下控制点形成附合线路，平差后以 两条起始边为后续的控制边。以地面点（地面高程控制点）、（加密点）通过垂吊钢尺与隧道内控制点、形成附合水准线路。.隧道内影响测量精度的因素（）湿热的空气环境对仪器精度的影响。盾构施工中，虽然都配备齐全的通风设备，但随着掘进的深入，空气的流通会越来越差，加上中间没有刀盘检修井，在曲线处、低洼处容易形成水雾效应。在接近盾构设备百米范围内，湿度温度明显高于远的地方。解决措施：仪器提前安置，适应隧道内的环境，温度计实测外界温度，在仪器中进行调整；空载轨道运输车来回跑几趟，可以有效驱散水雾潮热，仪器平稳后迅速施测。（）重型出土轨道车对控制点的影响。配套的轨道运输车一次完成整环管片的输入和出土，重载时远大于普通轨道运输车。行进过程中，对于距离盾构台车设备较近的区域、上下坡的竖曲线段等都有一定的影响。解决措施：无论重载还是空载，必须等车辆通过后，仪器水平气泡稳定后，方可开始测量；选择控制点的位置时，尽量避免上述易受影响区域；加强复测。每一次往前延伸导线，用两条边起始往前，若出现点位误差明显的，继续增加起测边，选定稳定点进行。高程也是如此。盾构掘进中的测量.导向系统的基本组成盾构采用中铁装备公司自有的导向系统。主要组成部分：激光标靶（测量盾构的姿态角，包括滚动角、俯仰角、水平角）；索佳 全站仪（测量激光标靶的坐标位置）；带有导向系统软件的电子计算机（计算盾构的实际位置和掘进偏差）。测站及后视均采用了三角铁制作的吊篮，固定在隧道右上方管壁上。坐标与高程数据均由就近的隧道内控制点延伸得到。.测量系统初始参数设置首先将吊篮位置及后视棱镜的三维坐标输入全站仪，照准激光靶及盾构米字梁（安装激光靶的位置处）厂家设置好的 个具有零位坐标的标靶，反算出盾尾中心和铰接中心三维坐标；然后将此两项数据输入计算系统内，继续把吊篮、后视托盘坐标输入系统对应位置，登录测站点、后视点；最后开始操作，通过测量激光靶位反馈出的水平角、滚动角、俯仰角，系统计算出切口中心与盾尾中心的三维坐标，通过对比之前输入的设计线路对应桩号坐标，得出盾构实时的姿态偏差，如图 所示。图 导向系统测量主界面测 绘 通 报 年 第 期.迁站注意事项（）测站吊篮不宜与激光靶距离过近。距离盾构机体近的管片受推进的反作用力大，然而注浆尚未达到对地层的完全固定，管片发生微动的可能性很大。在大盾构施工中尤为明显。经过实践摸索，选择在距离盾尾管片约 环（）以后的位置，可以有效降低由管片不稳定性引起的点位波动。（）后视在台车尾部将要通过前完成迁站。由于吊