盾构法隧道测量控制技术的研究与应用_黄身渊.pdf

2023 年第 02 期总第 296 期福建建筑Fujian Architecture ConstructionNo 022023Vol296盾构法隧道测量控制技术的研究与应用黄身渊(福州市勘测院有限公司福建福州350108)摘要:盾构法隧道施工过程中，测量工作作为盾构机的“眼睛”，指导着盾构前进方向。在狭小空间、受环境影响的情况下，保证测量精度，确保盾构机顺利接收，成为测量工作的重中之重。通过分析盾构姿态关键环节的测量工作，反映盾构机在始发、掘进、接收中的位置、姿态，从而保证盾构顺利接收。关键词:盾构法隧道;盾构姿态;测量控制中图分类号:U45文献标识码:A文章编号:1004 6135(2023)02 0078 04esearch and application of shield tunneling survey technologyHUANG Shenyuan(FuZhou Investigation and Surveying Institute Co，Ltd，Fuzhou 350108)Abstract:In the construction process of shield tunneling，the survey work is used as the eye of shield tunneling machine to guide the di-rection of shield tunneling In a small space and under the influence of the environment，guaranteeing the measurement accuracy and ensu-ring the smooth reception of the shield machine has become the top priority of the measurement work This paper introduces the measure-ment work of the key links of the shield attitude，and reflects the position and attitude of the shield machine in the starting，driving and re-ceiving，so as to ensure the smooth receiving of the shieldKeywords:Shield tunneling;Shield attitude;Measurement control作者简介:黄身渊(1979 02)，男，工程师。E-mail:114586499 qq com收稿日期:2022 06 300引言随着城市的发展，地铁建设迅速展开。盾构法隧道施工因安全、迅速、占用地面交通少、自动化程度高等优点，得到广泛应用。该工法施工过程中，如何高效、准确定位盾构机掘进位置、姿态，成为测量工作的重中之重。随着测量技术的发展，盾构施工中的测量工艺也不断提高。本文结合某盾构隧道施工实例，分析测量盾构姿态关键环节的各项工作。1盾构始发前的测量1 1始发姿态模拟盾构机进入土体的初始阶段，由于受洞门钢环、加固体等因素的影响，盾构姿态不易调整。为保证初始阶段成型隧道轴线与设计值有效吻合，需提前模拟盾构机始发姿态。可通过逐里程段，分别对盾构机水平姿态、垂直姿态进行分析，采用图示模拟的方法完成。里程段的长度可逐米进行，并在极限值处增加模拟点位。一般在直线段、无(小)坡度处，始发盾构机采用正位始发;在曲线处始发，尤其是小半径曲线处始发。根据模拟情况，确认始发采用切线始发还是割线始发，提前设置预偏转角或者盾尾预偏移量1，有效控制隧道中心超限的风险。同时，模拟的成果应输入盾构导向系统，确保盾构机按预设路线掘进。1 2盾构钢环的定位在主体结构施工阶段，一般需提前预埋盾构钢环。由于施工存在误差，所以，实际盾构钢环里程与设计值可能存在里程差。在放样前，需提前测量地连墙面的实际里程，再以线路平面图、线路纵断面图、主体结构总平面图等为依据，计算出实际钢环中心，进行放样。初步安装完成后，可采用极坐标法，对钢环中心放样点位以及钢环内径点进行数据采集，比较钢环实测中心与设计中心点位较差、实测钢环半径与设计半径较差，符合要求后，可进行固定浇筑。主体结2023 年 02 期 总第 296 期黄身渊盾构法隧道测量控制技术的研究与应用79构完成后或盾构施工前，应再次复核盾构钢环坐标，确认盾构机始发位置是否需要调整。1 3始发托架、反力架的定位根据模拟的盾构机始发姿态，结合设计图纸、盾构机尺寸，推算出始发托架的安装位置，始发托架横截面示意图如图1 所示。始发托架导轨中心偏距即 L/2，标高为 H1=H0 h，其中 h=(2(L/2)2)，H0为隧道中心高程，为盾构机外半径，L 为始发托架导轨中心间距。实际工作中，盾构机初始掘进由托架进入土体的过程中，存在发生“磕头”现象的可能性。为应对这种情况，适当调节托架前后端高度。一般前端抬高 1 cm 3 cm，通过提前“抬头”的方式稳定盾构姿态。始发托架的主要安装精度指标为:高程偏差控制在 5 mm，左右偏差控制在 10 mm2。图 1始发托架示意图1 4盾构机始发姿态检核盾构机组装完成后，需要测定或者矫正盾构机的零位姿态数据。现场测量盾构机盾首、盾中、盾尾姿态，一般采用盾壳分中法。即在盾体外部左右等高处量取两点距离，取其中点，即为盾构机中线投影位置。同时，确认修正盾体内部特征点，与盾构机姿态的转换关系3。盾构机始发姿态的检核，一方面应确保导向系统显示的姿态与实际的盾构机姿态保持一致;另一方面建立的盾构机特征点与盾构姿态转换参数，可以保障在特殊情况下导向系统的检核、恢复。2掘进过程中的测量掘进过程中的测量工作，包括联系测量、地下控制网测量、盾构姿态测量和管片姿态测量等。联系测量和地下控制网的测设已有较多研究，一般平面联系测量方法，包括导线直传、一井定向、两井定向、组合定向4，地下导线宜采用双导线形式，这里不再赘述。掘进过程中，盾构机姿态的测量基本已完成自动化。始发零位姿态校核完成后，测量人员后续只需完成搬站定向工作。盾构掘进过程中，除需测量盾构机姿态，还需进行管片姿态测量。管片姿态测量可以采用水平杠尺法、左右等高法5。随着移动端软件的发展，现在已可以直接采集同断面的管片圆周坐标，进行圆心拟合，得到成型隧道中心坐标。后者采集的点位较多，得到的精度更高。但由于盾构机后配套台车较长，刚脱出盾尾的管片不易直接采集。实际测量中，可以采用两者相结合的方式，完成管片姿态的采集。成型管片姿态成果，可以作为盾构姿态的一种校检手段。在掘进过程中，管片姿态的测量需定期重复测量，根据管片的变化情况，总结经验，提前调整盾构姿态，尽量抵消管片脱出盾尾后引起的变化。3贯通测量隧道贯通后，需进行隧道贯通误差检测。根据隧道两端测至贯通面上同一点位的坐标闭合差、高程闭合差确定。贯通误差的大小，可以反映施工过程中地上、地下控制网测量的质量。4盾构测量重难点盾构施工过程中，测量工作尤其需要注意以下三个方面:(1)始发、接收过程中，需提前模拟盾构姿态，避免受加固体影响，无法调整盾构姿态，引起隧道中心线与设计值偏差过大，影响限界，即始发、接收姿态模拟。(2)盾构掘进过程中，已经拼装管片稳定需要一个过程。已经测量完成的洞内控制点受施工影响，可能会发生位移，相应的控制点需定期进行复核和稳定性分析，保证测量基准线的准确性;通过对管片姿态的测量和监测，分析盾构机姿态与管片测量成果的一致性，确保盾构姿态的准确;分析定期复测的管片数据变化，预测管片从拼装完成至初步稳定的变化量，提前调整盾构姿态，确保成型管片位置的准确性。(3)地上控制点传递至洞内精度的损失不可避免。尤其联系测量部分，精度损失较大。为保证联系测量传递的方位角精度，可采用适当拉长地上地下近井点至钢丝的距离，增加地下控制点的边长等方式，减少精度损失，地下导线宜采用强制对中装置，增加网型强度的方式保证精度。80福建建筑2023 年5工程实例5.1工程概况福州地铁 5 号线一期工程中，建新 凤山区间右线里程范围为 YK23967.765 YK25081.914，短链2.267 m，长度约1.1 km，采用盾构法施工。施工过程中，使用高精度全站仪 TS16 和天宝 DINI03 电子水准仪进行控制网的测设，利用车站两端头井悬挂钢丝，进行两井定向将地面坐标传至地下，高程采用悬挂钢尺法传递。联系测量传递的控制点，作为地下控制网的起算数据。5.2洞门钢环该洞门钢环处于线路直线处，无偏移量，设计半径为 3.35 m。根据实测坐标，反算地连墙内侧里程，确定放样圆心坐标。钢环初步固定后，现场采集钢环内侧坐标，受限于施工环境采集共 9 个点位，点位分布如图 2 所示。点位基本包含上下左右 4 个方位，其余现场有通视条件的点位均采集记录。图 2钢环点位分布图使用以上数据，采用“测量员 APP”进行圆心拟合，拟合结果如表 1 所示。表 1圆心拟合点名X/mY/mZ/m圆度FSY01*051 4030*054 8991334500 0018FSY02*051 6147*055 7370339080 0024FSY03*050 7067*052 3044829610 0035FSY04*051 7113*056 1451987610 0033FSY05*052 0143*057 3361916010 0011FSY06*052 2893*058 3868664710 0040FSY07*052 1731*057 9343839590 0017FSY08*050 6184*051 9625609180 0022FSY09*050 6341*052 0204754050 0043拟合圆心*051 4517*055 148866860推算半径33488半径较差0 0012横向偏差0 0115竖向偏差0 015可以看出，钢环整体圆度良好，圆心与设计值偏差较小，符合要求。5 3始发托架始发托架两导轨中心前端宽度3.20 m，后端宽度3.235 m，盾构机前端半径3.225 m，后端半径 3.215 m，始发平曲线为直线，竖曲线为 2上坡。车站主体结构端墙浇筑完成后，重新对洞门钢环复核，与设计位置基本吻合。盾构机平面按线路设计位置，竖向上抬2 cm 进行托架定位。复核结果如表 2 表 3，符合要求。表 2始发托架平面位置偏差点号实测坐标X/mY/m设计值/m实际测量值/m较差/mmZT1*0420759*0592139161751 61571 8ZT2*0413428*05606411 6175161750ZT3*0500616*05383331 6000160858 5ZT4*0508940*0569267160001 59475 3表 3始发托架高程偏差点号H/m设计高程/m较差/mmZT1948359479639ZT2948389479543ZT3948779483146ZT49485194830215 4管片姿态隧道掘进过程中，采用水平杠尺法、左右等高法相结合的方式，进行管片姿态采集，采集的 1 360 环成型管片姿态如图 3 所示，可以看出区间管片姿态整体良好，始发前 60 80 环附近竖向偏差超过 50 mm，后续成型管片姿态得到较好控制。图 3管片姿态2023 年 02 期 总第 296 期黄身渊盾构法隧道测量控制技术的研究与应用815 5贯通误差隧道贯通后，立即从隧道两端分别采用支导线、支水准路线的方式对贯通面上的同一点位进行测量，得到贯通点的两套坐标如表 4 所示。可以看出，横向贯通误差为 6 2 mm，高程贯通误差为 3 1 mm，均符合规范要求，且数据较小，反映了施工过程整体中，地上、地下控制测量成果均具有较好的精度。表 4贯通误差成果点名观测方向三维坐标X/mY/mH/m纵向贯通误差/m横向贯通误差/m高程贯