长区间盾构法施工地铁隧道的测量控制方法

收稿日期 : 2007201217 作者简介 :汪玉勤 ( 1968—) ,男 , 1992年毕业于同济大学测量学专业 , 高级工程师 ,在读硕士研究生。 长区间盾构法施工地铁隧道的测量控制方法 汪玉勤 (中铁四局集团有限公司工程管理中心 , 安徽合肥 　230023) Survey Control for Construction of Subway Tunnels with Shielding M ethod in Long Sections W ang Yuqin 　　摘 　要 　结合上海地铁 9号线的工程实践 ,根据盾构法掘进施工长区间地铁隧道的施工特点和贯 通精度要求 ,以及采用的 GPS测量、精密导线测量等方法 ,按照工程测量误差不等精度分配原则 ,对贯 通误差进行合理的配赋 ,有效保证了长区间地铁隧道的准确贯通 ,从而验证了所采用测量控制方法的正 确性和可靠性。 关键词 　盾构掘进 　地铁测量 　贯通误差 1　工程简介 上海市轨道交通 9号线一期工程 R406标 (七宝 站 —外环路站 )区间盾构隧道设计为双线单圆隧道 , 采用两台日本三菱土压平衡式盾构 ,自外环路站同时 向七宝站掘进。区间盾构隧 道 上 行 线 实 际 长 1 6561289 m,有 2条右偏曲线和 3条左偏曲线 ;线路最 大纵坡为 24133‰、最小纵坡为 2‰,竖曲线共计 4条。 区间下行线长 1 6641209 m,有 2条右偏曲线和 4条左 偏曲线 ;线路最大纵坡为 24133‰、最小纵坡为 2‰,有 竖曲线 5条。最大平面曲线半径为 1 1991960 m,最小 平面曲线半径为 3991930 m。 2　贯通误差限差要求 盾构法施工的地铁隧道 ,盾构进、出口洞门都是提 前施工完毕 ,因此 ,测量控制的目的 ,一是要确保盾构 顺利进洞 ,二是满足地铁隧道贯通的限差要求。为确 保盾构顺利进洞 ,施工中一般将进口洞门尺寸略比设 计断面半径增大 50 mm,盾构顺利进洞的安全系数较 大。故测量控制主要考虑隧道贯通的限差。《地下铁 道和轻轨交通工程测量规范 》要求贯通误差限差为中 误差的 2倍 :即横向为 ±100 mm ,高程为 ±50 mm。 3　工程特点和测量难点 盾构法施工隧道的特点是盾构推进和管片衬砌的速 度快 ,而本标段地铁隧道上、下行区间的长度均超过 1 600 m,相当于长度为 3 200 m双口掘进隧道的贯通长度 ,比 一般地铁隧道增加了贯通的难度。工程测量难点主要 在于隧道贯通的距离较长 ,是一般地铁的两倍左右。不 但要求测量的速度要紧跟 ,而且测量精度要求高。 4　测量内容和误差配赋 411　主要测量内容 盾构地铁隧道施工方法是 :两端用竖井与地面沟 通 ,盾构在出洞口竖井拼装后开始单向掘进 ,到另一端 竖井口进洞 ,完成隧道掘进。测量工作是盾构法施工的 重要组成部分 ,可为工程施工提供准确的定位信息 ,实 时监控量测隧道相关变化量及周围构筑物、管线等的影 响变化 ,为工程施工提供必要的测量数据 ;根据测量数 据适当调整作业进度和 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 方法 ,确保工程顺利进行 , 确保施工安全。本工程项目主要包含以下测量内容 : (1)施工首级测量控制网的检测 ; (2)施工平面控制网的加密测量 ; (3)施工高程控制网的加密测量 ; (4)联系测量 ,包括趋近测量、竖井定向测量、高 程传递测量 ; (5)地下施工控制测量 ; (6)盾构施工测量 ; 1长区间盾构法施工地铁隧道的测量控制方法 :汪玉勤 (7)隧道贯通测量 ; (8)竣工测量 ,包含隧道轴线检测、隧道静空断面 测量。 412　贯通误差的配赋 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 施工测量的主要工作是标定和检查施工中线 ,测 设坡度和放样建筑物。测量是施工的导向 ,是确保工 程质量的前提和基础。地铁隧道属地下工程施工 ,施 工测量的施测环境和条件复杂。受城市施工条件的限 制 ,洞口的趋近导线测量一般只能以短边控制长距离 ; 洞内的导线点及吊篮点经常受管片的沉降、旋转 ,以及 电瓶车振动等因素的影响而移动 ;测量条件差 ,受到天 气、洞内光线 (主要是大气折光、旁折光、大气密度、光 线强弱 )的影响。要求的贯通精度又相当高 ,故必须 对贯通误差进行系统分析和合理的配赋 ,并预计最弱 点误差值 ,以利于在实际测量中减少和削弱关键误差 的影响 ,保证盾构轴线控制的精度。 隧道贯通误差一般指横向、纵向和高程三个方面 的误差。由于纵向贯通误差只对线路长度略有改变 , 对贯通的意义不大 ,实际工作中不考虑其影响 ;由于地 面高程控制测量采用介于二等和三等水准之间的精密 水准测量 ,高程贯通误差的来源主要在高程联系测量 中 ,故高程贯通误差容易控制 ;实际工作中重点关注横 向贯通误差的影响。 (1)影响横向贯通的误差来源 隧道贯通的误差来源有以下几个方面 :地面控制 测量误差、趋近导线测量误差、竖井联系测量误差、盾 构进出洞门中心坐标测量误差、地下导线测量误差、盾 构姿态的定位误差。 (2)横向贯通误差的配赋分析 根据本工程盾构法施工和掘进区间较长的特点 ,为 了提高贯通精度 ,设计出一套比较简洁高效的测量方 法。首先 ,地面平面控制测量采用 GPS测量方法 ,地面 高程控制测量采用精密水准测量方法 ;其次 ,考虑到竖 井联系测量环节的测量误差较大 ,在竖井内设置了强制 归心导线点 ,将趋近导线和竖井联系测量统一采用精密 导线测量方法 ,从而有效地规避了竖井联系测量环节误 差较大的风险。地下导线测量也采用精密导线测量的 方法 ,全部地下导线点均采用强制归心标志。 根据以上测量控制设计 ,在进行横向贯通误差配赋 时 ,主要按照地面 GPS控制测量、联系 (包括趋近 )精密 导线测量、地下精密导线测量三部分不等精度来考虑。 设三部分测量误差影响互相独立 ,则由误差传播 定律得 m 2 Q = m 2 q1 + m 2 q2 + m 2 q3 式中 　m q1 ———地面控制测量误差对横向贯通的影响 ; m q2 ———联系 (包括趋近 )测量误差对横向贯通 的影响 ; m q3 ———地下导线测量误差对横向贯通的影响。 地面 GPS控制测量条件好、精度高 ,误差分配可 小一些 ,参照规范的要求 ,取 m q1 = ±10 mm;联系 (包 括趋近 )精密导线测量中有超短边影响 (最短边边长 预计 30 m左右 ) ,对贯通误差的影响定为最大 ,取 m q2 = ±30 mm;地下导线测量条件差 ,其对横向贯通误差 的影响定为中等 ,取 m q3 = ±25 mm。将它们代入 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 m 2 Q =m 2 q1 +m 2 q2 +m 2 q3 得 : mQ = ±4411 mm < ±50 mm。 结果表明 ,误差分配满足规范要求。 5　主要测量方法及其精度控制 纵观盾构机从出洞到进洞的整个掘进过程 ,最易 出现问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的地方主要体现在下面几个关键阶段 ,采取 了不同的测量方法满足其精度要求。 盾构出洞前端头井地上、地下导线点的联系测量 : 受场地限制 ,导线点的布设较难 ,在测量中会受到诸如 短边、光线差、折角数多以及俯仰角偏大等因素的影 响。为此 ,通过不同测量方法或路径 ,增加测回数 ,加 大复测频率等方式减小误差。 盾构掘进阶段的测量 :由于刚掘进完的隧道易受 衬砌本身自重、注浆效果及周围环境的影响而不断发 生偏移 ,并且不易被察觉 ,从而设在隧道壁边及顶部的 导线点位置也发生了变化。引测导线点时 ,必须对前 三导线点进行检核 ,并在隧道掘进至 50 m、100～150 m 及隧道 2 /3时 ,均需进行全线定向复测。 距盾构贯通 150～200 m左右的测量 :这是最后的 关键阶段 ,此时的测量准确与否关系到盾构机能否顺 利进洞 ,也是确保盾构机在盾构姿态偏差不大情况下 , 能够采取调整措施的最后机会。为此 ,首先要求掘进 速度减缓 ,并在此之前就开始全线复测。复测采取两 种不同仪器独立测量 ,测量结果报上级机构复测 ,然后 报监理复测 ,最终取多次结果的最可靠值 ,指导盾构机 的后续推进。 本工程的精密导线网布设如图 1所示。 511　首级测量控制网的检测限差及其复测 施工首级控制网是隧道贯通的依据。受施工、地基 沉降及其他外界因素等影响 ,有些点可能发生变化。为 满足盾构施工的需要 ,对业主提供的 4个首级 GPS高级 控制点 (GPS32321、GPS32331、GPS3241、GPS325 ) , 4个 精密 水 准 点 ( BM 2065 (深 标 )、BM 2064、BM 20631、 2 铁　道　勘　察 2007年第 2期 图 1　施工控制导线布设 　 BM20621)进行周期性复测 ,检测限差如表 1所示。 表 1　首级控制网的检测限差 相邻点夹角检测限查 相邻点边长检测 相邻高程控制点检测 5″ ≤1 /90 000 ≤±8 L mm 　　 ( 1)平面控制测量复测精度要求 :最弱点的点位 中误差 ≤±12 mm ,相邻点的相对点位中误差 ≤ ±10 mm,最弱边的相对中误差 ≤1 /90 000。 (2)高程控制测量复测精度要求 :按二等水准精 度要求施测 ,每公里水准测量的偶然中误差 ≤ ±1 mm,全中误差 ≤±12 mm。 512　趋近 (联系 )测量 在施工首级控制网检测无误后 ,依据检测的控制点 进行施工控制网加密 ,在加密精密导线的基础上进行联 系测量。施工控制网的加密分平面和高程两方面内容。 (1)平面控制网加密趋近测量 通常地面精密导线的密度及数量都不能满足施工 测量的要求 ,应根据现场的实际情况 ,进一步加密施工 控制网 ,以满足施工放样、竖井联系测量、隧道贯通测 量的需要。 平面控制网采用 Ⅱ级全站仪进行测量 ,测角 8测 回 (左、右角各 4测回 ,左、右角平均值之和与 360°的 较差应小于 4″) ,测边往返观测各 4测回 ,用严密平差 进行数据处理 ,点位中误差小于 ±10 mm。地面趋近 导线应附合在精密导线点上。近井点与 GPS点或精 密导线点通视 ,并应使定向具有最有利的图形。 精密导线测量的主要技术要求如表 2所示。 表 2　精密导线测量主要技术要求 平均 边长 /m 导线总 长度 / km 每边测距 中误差 /mm 测距相 对中误 差 测角中 误差 / (″) 测 回 数 角度闭 合差 / (″) 全长相 对闭合 差 相邻点点 位中误差 /mm 350 3～5 ±6 1 /60 000 ±215 6 5 N 1 /35 000 ±8 　　备注 : N 为导线的角度个数。 (2)施工高程控制网加密趋近测量 根据实际情况 ,将高程控制点引入施工现场 ,并沿 线路走向加密高程控制点。水准基点 (高程控制点 ) 必须布设在沉降影响区域外且保证稳定。 水准测量采用精密水准测量方法和要求进行 施测。 测段间往返观测。视线长度不大于 60 m,前后视 距差不大于 1 m,累计前后视距差不大于 3 m,严格按 照规范规定操作。 精密水准测量的主要技术要求如表 3所示。 表 3　精密水准测量主要技术要求 每千米高差中 数中误差 /mm 偶然中 误差 全中 误差 ±2 ±4 附和水 准线路 平均长 度 / km 水 准 仪 等 级 水 准 尺 2～4 DS1 因瓦尺 观测次数 往返较差、附和或环闭合差 /mm 与已知 点联测 附和或 环 线 平坦地 山地 往返各 一次 往返各 一次 ±8 L ± N 　　备注 : L为往返测段、附和或环线的路线长度 (以 km计 ) , N 为单程 的测站数。 本次水准测量使用的仪器为经检定合格的蔡司 D IN I12电子水准仪及配套因瓦条码尺 ,标称精度为 013 mm /km。 (3)联系测量 联系测量是连接地上与地下的一项重要工作。为 提高地下控制测量精度 ,保证隧道准确贯通 ,应根据工 程施工进度进行多次复测 ,复测次数应随贯通距离增 加而增加。本工程中采取了在隧道掘进 100～150 m、 隧道 1 /3、旁通道、隧道的 2 /3、距贯通面 50～100 m 处 ,分别进行一次定向和导入高程的测量工作。根据 实测情况 ,可相应加大测量频率。 竖井定向测量 :从地面向地下 ,采用导线测量的方 法进行定向 ,其垂直角以小于 20°进行控制。方向传 递精度 ≤±2″,坐标传递精度 ≤±2 mm,采用目前较先 进的徕卡 702全站仪进行测设。 高程传递测量 :通过竖井 ,采用长钢卷尺导入法把 高程传递至井下 ,向地下传递高程的次数 ,与坐标传递 同步进行。经竖井传递高程采用悬吊钢尺 (经检定 后 ) ,井上和井下两台水准仪同时观测读数 ,每次错动 钢尺 3～5 cm,施测 3次 ;高差较差不大于 3 mm时 ,取 平均值使用。 地下施工水准测量可采用 S3水准仪和 5 m塔尺 进行往返观测 ,其闭合差应在 ±20 L mm (L 以 km 计 )之内。 513　地下施工控制导线测量 本区间线路较长 (大于 1 000 m ) ,地下导线分两级 布设 ,即施工导线 (平均边长 30～50 m)和地下控制导 线 (平均边长 120 m以上 ) ,隧道内控制导线点设置见图 2。受现场条件的限制 ,洞口的导线测量会有短边情况 (下转第 7页 ) 3长区间盾构法施工地铁隧道的测量控制方法 :汪玉勤 道端点实施前方交会 ;根据公式 (6) ,轨道 1端点的点位 中误差约 ±0112 mm,轨道 2端点的点位中误差约 ± 0103 mm,完全满足检测精度 ( ±012 mm )的要求。通过 检测对轨道进行校正 ,直至使平行度满足要求。 4　结束语 在特种工程测量、工业测量、近景摄影测量以及对 三维扫描仪标定中 ,往往涉及到范围较小 (如 50 m范 围内 ) ,但要求的绝对精度很高 (精度要求在 ±015 mm 以内 )的测量问题 ,直接采用电子全站仪很难达到精 度要求。可建立一个基于因瓦尺的物方坐标系 ,用电 子全站仪测出因瓦尺上点的角值 ,反求出测站的坐标 , 再用前方交会测定其他待定点的坐标 ,这样可以避免 了电子全站仪在短程测距中绝对精度不高的弱点 ,大 大提高点位的精度。理论分析、实验验证及应用实例 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 ,该方法简便易行 ,且能达到很高的精度。 参 考 文 献 [1 ]　冯文灏. 工业测量 [M ]. 武汉大学出版社 , 2004 [2 ]　樊功瑜. 误差理论与测量平差 [M ]. 上海 :同济大学出版社 , 1998 [3 ]　张祖勋 ,等. 数字摄影测量学 [M ]. 武汉 :武汉测绘科技大学出版 社 , 1999 [4 ]　程效军 ,等. 基于数字摄影测量技术的三维建模 [J ]. 同济大学学 报 , 2005 (1) [5 ]　顾孝烈 ,鲍　峰 ,程效军. 测量学 (第三版 ) [M ]. 上海 :同济大学出 版社 , 2006 　　 (上接第 3页 ) 图 2　地下控制导线点设置示意 　 出现 ;洞内的导线点及吊篮点经常受管片的沉降、旋转 , 以及电瓶车振动等因素影响 ;测量条件差 (主要是大气 折光、旁折光、大气密度、光线弱 )。导线测量按Ⅰ级导线 精度要求施测 ,在隧道未贯通前 ,地下导线为一条支导 线 ,建立时要形成检核条件 ,保证导线的精度。 地下施工控制导线是隧道掘进的依据 ,每次延伸施 工控制导线前 ,应对已有施工控制导线的前 3个导线点 进行检测。地下导线点布设成导线锁的形式 ,形成较多 的检核条件 ,以提高导线点的精度。导线点如有变动 , 应选择另外稳定的施工控制导线点进行施工导线延伸 测量。施工控制导线在隧道贯通前应测量 3次 ,其测量 时间与竖井定向测量同步进行。重复测量的坐标值与 原测量坐标值较差小于 ±10 mm时 ,应采取逐次的加权 平均值作为施工控制导线延伸测量的起算值。 曲线段地下导线点宜埋设在曲线五大桩 (或三大 桩 )点上 ,一般边长不应小于 60 m。导线测量采用全 站仪施测 ,左、右角各测 2测回 ,左、右角平均值之和与 360°较差小于 6″;边长往返观测各 2测回 ,往返观测平 均值较差应小于 7 mm。 6　贯通误差测量和中线调整 隧道贯通前 50～100 m,须进行施工控制导线的 全线复测 ,直至保证隧道贯通。贯通后 ,应进行横向贯 通误差、纵向贯通误差测量。本工程上、下行区间分别 于 2006年 7月和 8月相继贯通 ,立即对横向和高程贯 通误差进行了实测 ,贯通误差见表 4。 表 4　上、下行区间贯通误差比较 误差 区间 上行区间 下行区间 横向贯通误差 /mm 高程贯通误差 /mm 实测值 限差 实测值 限差 16 ±100 - 20 ±50 - 9 ±100 - 23 ±50 　　隧道贯通后 ,地下导线由支导线与另一端基线边 联成附合导线 ,水准测设也变成了附合水准。当闭合 差不超过限差规定时 ,进行平差计算 ,按导线点平差后 的坐标值调整线路中线点。调整后再进行中线点的检 测 ,直线夹角不符值小于 6″,曲线上折角互差小于 7″。 高程亦要用平差后的成果。随后 ,新成果将作为净空 测量、调整中线的起始数据。 7　结束语 从工程实际出发 ,对盾构法长区间地铁隧道施工 测量方法进行了探讨 ,经过对贯通测量误差进行合理 配赋 ,成功完成了工程的实际贯通要求。工程实践表 明 ,对于盾构法掘进施工的地铁隧道测量来说 ,实际测 量工作中必须充分考虑地质条件、隧道间相互扰动、隧 道沉降等外界条件对贯通测量的影响。 参 考 文 献 [1 ]　李青岳. 工程测量学 [M ]. 北京 :测绘出版社 , 1984 [2 ]　陈龙飞 ,金其坤. 工程测量 [M ]. 上海 :同济大学出版社 , 1990 [3 ]　顾孝烈 ,鲍　峰 ,程晓军. 测量学 [M ]. 上海 :同济大学出版社 , 1999 [4 ]　GB50308—1999　地下铁道、轻轨交通工程测量规范 [ S] 7基于因瓦尺的高精度控制测量方法及其应用 :程效军　金　雯　黄华区