袁丁 耿芳闖 文運(yùn)強(qiáng)

摘要：盾構(gòu)法與傳統(tǒng)隧道施工（明挖法、礦山法）方法相比較，具有地面作業(yè)少、對(duì)周圍環(huán)境影響小、自動(dòng)化程度高、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，隨著長(zhǎng)距離、大直徑、大埋深、復(fù)雜斷面盾構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展、成熟，盾構(gòu)施工方法越來越受到重視和青睞，已成為地鐵隧道的主要施工方法。針對(duì)盾構(gòu)隧道的地下掘進(jìn)測(cè)量部分提出有益方法，并進(jìn)行了相關(guān)分析，以期對(duì)從事相關(guān)工作的開展有所裨益。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)隧道?隧道施工?盾構(gòu)施工技術(shù)?控制測(cè)量

Discussion?on?Control?Measurement?Technology?for?the?Shield?Tunneling?Construction?of?a?Tunnel

YUAN?Ding1??GENG?Fangchuang1??WEN?Yunqiang2

（1?China?Railway?14th?Bureau?Group?Co.，?Ltd.，?Jinan，?Shandong?Province，?250101?China;?2?Chengdu?Weixing?Dunke?Engineering?Technology?Service?Co.，?Ltd.，?Chengdu，?Sichuan?Province，?610042?China）

Abstract：?Compared?with?traditional?tunnel?construction?methods?（cut?and?cover?tunneling?method，?mining?method），?the?shield?tunneling?method?has?advantages?such?as?fewer?ground?operations，?lower?impacts?on?the?surrounding?environment，?the?higher?automation?level?and?faster?construction?speed.?With?the?development?and?maturity?of?shield?tunneling?construction?technology?for?long-distance，?large-diameter，?large-dept?and?complex?cross-sections，?the?shield?tunneling?construction?method?is?increasingly?valued?and?favored，?and?it?has?become?the?main?construction?method?of?subway?tunnels.?This?article?proposes?a?beneficial?method?for?the?underground?excavation?measurement?part?of?shielded?tunnels?and?conducts?relevant?analysis，?in?order?to?be?beneficial?to?the?development?of?related?work.

Key?Words：?Shield?tunnel;?Tunnel?construction;?Shield?tunneling?construction?technology;?Control?survey

隨著盾構(gòu)技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用，施工的自動(dòng)化、系統(tǒng)化程度也有了極大提高。如何在更復(fù)雜多樣的環(huán)境下及時(shí)準(zhǔn)確地提供導(dǎo)向信息，保證盾構(gòu)隧道的精確貫通；針對(duì)新的施工工藝和要求，如何解決隧道貫通誤差和盾構(gòu)導(dǎo)向及姿態(tài)調(diào)整等問題，近年來涌現(xiàn)出不少新的思路和方法[1]。主要有地面控制測(cè)量、豎井聯(lián)系測(cè)量、地下導(dǎo)線測(cè)量、盾構(gòu)導(dǎo)向及姿態(tài)控制測(cè)量等。隧道的貫通測(cè)量和盾構(gòu)機(jī)的精確定向及姿態(tài)調(diào)整是盾構(gòu)隧道施工測(cè)量的主要內(nèi)容，如何對(duì)現(xiàn)有的施工方法進(jìn)行優(yōu)化，更好地滿足實(shí)際工程的需要以及如何能快速、直觀地反映監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)施工進(jìn)行指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)隧道開挖過程中的自動(dòng)化控制是當(dāng)前研究過程中的重要任務(wù)[2]。

盾構(gòu)施工控制測(cè)量最大特點(diǎn)是所有的控制導(dǎo)線點(diǎn)和控制水準(zhǔn)點(diǎn)均處運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以盾構(gòu)施工測(cè)量中導(dǎo)線的后延伸測(cè)量和水準(zhǔn)點(diǎn)的復(fù)測(cè)顯得尤為重要。

1?盾構(gòu)機(jī)始發(fā)測(cè)量

盾構(gòu)機(jī)始發(fā)測(cè)量主要包括盾構(gòu)井（室）測(cè)量、盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)軌定位測(cè)量、反力架定位測(cè)量、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)初始測(cè)量、DDJ導(dǎo)向系統(tǒng)初始測(cè)量、盾構(gòu)拼裝測(cè)量、盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)測(cè)量、襯砌環(huán)片測(cè)量和DDJ導(dǎo)向系統(tǒng)測(cè)量等，如圖1所示。

下面重點(diǎn)介紹盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)軌定位測(cè)量、盾構(gòu)拼裝測(cè)量、盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)測(cè)量、襯砌環(huán)片測(cè)量和DDJ導(dǎo)向系統(tǒng)測(cè)量。

1.1?盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)軌定位測(cè)量

盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)軌測(cè)量主要控制導(dǎo)軌的中線與設(shè)計(jì)隧道中線偏差不能超限，導(dǎo)軌的前后高程與設(shè)計(jì)高程不能超限，導(dǎo)軌下面是否堅(jiān)實(shí)平整等，如圖2所示。

1.2?盾構(gòu)拼裝測(cè)量

安裝盾構(gòu)導(dǎo)軌時(shí)，測(cè)設(shè)同一位置的導(dǎo)軌方向、坡度和高程與設(shè)計(jì)較差應(yīng)小于2mm[3]。盾構(gòu)拼裝竣工后，進(jìn)行盾構(gòu)縱向軸線和徑向軸線測(cè)量，主要測(cè)量?jī)?nèi)容包括刀口、機(jī)頭與盾尾連接點(diǎn)中心、盾尾之間的長(zhǎng)度測(cè)量；盾構(gòu)外殼長(zhǎng)度測(cè)量；盾構(gòu)刀口、盾尾和支承環(huán)的直徑測(cè)量。盾構(gòu)機(jī)與線路中線的平面偏離、高程偏離、縱向坡度、橫向旋轉(zhuǎn)和切口里程的測(cè)量，各項(xiàng)測(cè)量誤差應(yīng)滿足盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)測(cè)量誤差技術(shù)要求，如表1所示。

1.3?盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)測(cè)量

在盾構(gòu)施工過程中，橫向貫通誤差是影響設(shè)計(jì)質(zhì)量的主要因素。測(cè)定盾構(gòu)機(jī)實(shí)時(shí)姿態(tài)時(shí)，測(cè)量一個(gè)特征點(diǎn)和一個(gè)特征軸，選擇其切口中心為特征點(diǎn)，縱軸為特征軸[4]。利用隧道施工控制導(dǎo)線測(cè)定盾構(gòu)縱向軸線的方位角，該方位角與盾構(gòu)本身方位角的較差為方位角改正值，并以此修正盾構(gòu)掘進(jìn)方向。

1.4?襯砌環(huán)片測(cè)量

襯砌環(huán)片測(cè)量包括測(cè)量襯砌環(huán)的環(huán)中心偏差、環(huán)的橢圓度和環(huán)的姿態(tài)。襯砌環(huán)片不少于3～5環(huán)測(cè)量一次（每環(huán)為1.5m），測(cè)量時(shí)每環(huán)都測(cè)量，并測(cè)定待測(cè)環(huán)的前端面。相鄰襯砌環(huán)測(cè)量時(shí)重合測(cè)定2～3環(huán)片。環(huán)片平面和高程測(cè)量允許誤差為±15?mm。盾構(gòu)測(cè)量資料整理后，及時(shí)報(bào)送盾構(gòu)操作人員。

1.5?DDJ導(dǎo)向系統(tǒng)測(cè)量

盾構(gòu)掘進(jìn)以DDJ導(dǎo)向系統(tǒng)為主，輔以人工測(cè)量校核，利用盾構(gòu)上所帶的DDJ自動(dòng)激光隧道導(dǎo)向系統(tǒng)及圖象靶來完成隧道內(nèi)盾構(gòu)機(jī)位置、形態(tài)及管片位置等隧道內(nèi)的測(cè)量工作[5]。DDJ導(dǎo)向系統(tǒng)能夠全天候的動(dòng)態(tài)顯示盾構(gòu)機(jī)當(dāng)前位置相對(duì)于隧道設(shè)計(jì)軸線的位置偏差，主司機(jī)可根據(jù)顯示的偏差及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)姿態(tài)，使得盾構(gòu)機(jī)能夠沿著正確的方向掘進(jìn)。為了確保導(dǎo)向系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、確保盾構(gòu)機(jī)能夠沿著正確的方向開挖，每周進(jìn)行2次人工測(cè)量復(fù)核。

2?地下導(dǎo)線測(cè)量

在盾構(gòu)施工過程中，必須對(duì)隧道內(nèi)導(dǎo)線進(jìn)行控制測(cè)量，以便對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)方向不斷地進(jìn)行檢核和校正，保證盾構(gòu)隧道按設(shè)計(jì)精度貫通[6]。由于隧道空間狹小和盾構(gòu)施工制約，隧道控制點(diǎn)只能按支導(dǎo)線布設(shè)而且邊長(zhǎng)較短，所以導(dǎo)線精度較低，當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)一段較長(zhǎng)距離后，才能布置主控導(dǎo)線。主控導(dǎo)線是用來指導(dǎo)盾構(gòu)的掘進(jìn)方向，必須以較高的精度施測(cè)。

成都地鐵資陽(yáng)線采用雙支導(dǎo)線的方法，雙支導(dǎo)線每前進(jìn)一段交叉一次。每一個(gè)新的施工控制點(diǎn)由兩條路線傳算坐標(biāo)。當(dāng)檢核無誤，最后取平均值作為新點(diǎn)的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。地下導(dǎo)線測(cè)設(shè)要求如下。

（1）導(dǎo)線直線段約150?m布設(shè)一個(gè)控制導(dǎo)線點(diǎn)，曲線段控制導(dǎo)線點(diǎn)（包括曲線要素上的控制點(diǎn)）布設(shè)間距不少于60?m。

（2）按四等導(dǎo)線的技術(shù)要求施測(cè)。每次延伸施工控制導(dǎo)線測(cè)量前，對(duì)已有的施工控制導(dǎo)線前三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)無誤后再向前延伸。

3?隧道中心坐標(biāo)測(cè)定方法

隧道中心坐標(biāo)的測(cè)量方法，其難度并不很高，但較復(fù)雜。如圖3所示，隧道瓦形環(huán)襯砌洞壁，環(huán)中心在洞壁上沒有明顯標(biāo)志，所以測(cè)量方法通常是測(cè)定一個(gè)圓周上若干點(diǎn)的坐標(biāo)，然后按最小二乘擬合的方法計(jì)算環(huán)的橢圓度和環(huán)中心坐標(biāo)。觀測(cè)時(shí)，儀器是安置在地下導(dǎo)線點(diǎn)上，以特制的棱鏡安放在洞壁圓周各點(diǎn)上，每點(diǎn)測(cè)定三維坐標(biāo)。擬合計(jì)算是按一般的閉合曲線方程進(jìn)行的。參照在成都地鐵資陽(yáng)線的做法，經(jīng)過實(shí)際使用，其效果很好（與采用上面方法結(jié)果的差異均在±10?mm以內(nèi)）。具體如下。

3.1?環(huán)片中心平面位置確定

中心點(diǎn)的確定方法是將一根長(zhǎng)5?m的精制鋁合金尺橫在隧道環(huán)兩側(cè)，并借助以水準(zhǔn)器使標(biāo)桿置于水平位置，這時(shí)標(biāo)桿中央的標(biāo)志就是環(huán)片的中央，再用全站儀瞄準(zhǔn)其中心位置，從而測(cè)得坐標(biāo)。

3.2?環(huán)片中心標(biāo)高確定

用一根長(zhǎng)5?m的塔尺，置于環(huán)片的上、下的中央（最大讀數(shù)處）位置上，用水準(zhǔn)尺的水平絲讀取上、下尺的讀數(shù)，將讀數(shù)相加便得到豎徑。通過將各環(huán)的底部高程加上豎徑一半，算得各環(huán)的高程，如表2所示。

4?盾構(gòu)施工對(duì)周圍環(huán)境的監(jiān)測(cè)

盾構(gòu)施工的主要目的就是盡可能在不擾動(dòng)圍巖的前提下完成施工，最大限度減少對(duì)地面建筑物及地基內(nèi)埋設(shè)物的影響。但是，盾構(gòu)隧道施工中的姿態(tài)控制及導(dǎo)向測(cè)量除了與隧道貫通有直接影響外，還與隧道設(shè)計(jì)、施工的質(zhì)量要求以及圍巖的擾動(dòng)、地層的沉降有關(guān)。為保證施工安全和質(zhì)量、減少對(duì)周圍環(huán)境影響必須對(duì)隧道地面進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)。

4.1?測(cè)點(diǎn)埋設(shè)

車站沿基坑縱向每隔15～20?m布置一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，豎井橫通道縱向每隔15～20?m布置一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，隧道左右線縱向共設(shè)置5個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，橫斷面方向在隧道中心及兩側(cè)每隔2～5?m布設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)，在隧道埋深較淺的不良地質(zhì)段，適當(dāng)增加測(cè)點(diǎn)。

4.2?監(jiān)測(cè)方法

采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量，先將監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成閉合路線，然后附合在已知的基準(zhǔn)點(diǎn)上。如果監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)進(jìn)行處理。

5?結(jié)語(yǔ)

本文以解決盾構(gòu)隧道施工中盾構(gòu)施工控制測(cè)量的方法為具體研究對(duì)象，結(jié)合某盾構(gòu)隧道施工實(shí)踐，探討了盾構(gòu)隧道掘進(jìn)測(cè)量，并由此得出了一些對(duì)同類工程有一定借鑒意義的結(jié)論。

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