浅谈地铁盾构施工控制测量措施

摘 要：在现代地铁的施工中通常采用盾构法施工，为了满足隧道贯通时的误差（水平±50mm，垂直±25）从地面控制网引测到始发井直到盾构机出洞时的每一步测量都至为关键。本文主要以在广州市轨道交通六号线延长线施工工程为例，简要的探讨了地铁隧道施工中所采用到的控制测量措施（主要分为平面及高程点的井下传递、盾构机姿态及管片测量）。

关键词：地铁盾构测量贯通控制

本文主要以在广州市轨道交通六号线延长线施工工程为例，简要的探讨了地铁隧道施工中所采用到的控制测量措施。广州市轨道交通六号线延长线工程，大洲停车场出入段线，设计起止里程为：左线，CDK0+154.302～CDK1+802.360，左线长度1648.058m；右线，RDK0+154.321～RDK1+778.894，右线长度1624.573m。盾构法隧道内径5.4m，采用单层装配式平板型混凝土管片，管片为300mm厚，C50、S12钢筋混凝土管片，管片宽1.5m，环向分块方式为六块，由一块封顶块，二块邻接块，三块标准块组成。大洲停车场出入段线自二、八号线延长线工程起点站广州新客站至大洲停车场，本工程包括盾构始发井、盾构隧道、盾构吊出井及敞开段，其中盾构施工范围为：左线（CDK0+294.648～CDK1+439.399）长度1144.751m；右线（RDK0+290.899～RDK1+415.727）右线长度1124.828m，盾构施工总长度为2269.579m。

1 平面及高程点的井下传递

1.1 平面坐标的井下传递

在工程开工之前，根据设计院提供的交桩资料（城市精密导线网、城市水准网），对设计院提供的精密导线网及水准网进行复核，并有测量监理工程师全程参与。同时加密施工过程中需要使用的控制桩，并将测量的成果报请监理工程师及业主测量队审查、批准。根据业主提供的控制点EBCJ004、EBCJ005、C3、C4的情况下在近井口附近加密A1、A2、A3点使之构成一个三角形，当导线闭合精度满足要求后方可使用。加密点A1位于项目部6楼，A2和A3点位于始发井口附近。地下平面起算点采用直接从地面通过联系测量傳递到地下的近井点。投点方法采用两井定向，用吊钢丝的方法将地面坐标及方向传递到竖井隧道中，在整个引测过程中，吊钢丝传递坐标至少要进行三次（根据业主测量组的要求在盾构机始发前、进洞150m、进洞400m时进行三次独立的联系测量），并在遂道掘进到2/3处时进行陀螺定向。进行两井定向时在车站两端盾构预留井口处各挂一根钢丝，同时测定地下起始边的方位角。近井点与精密导线点构成闭合图形，两个预留井的间距在80m左右，充分利用这一优势来测量盾构机始发起始方位角。

地下起算方位边布设2条，并以双导线的方法进洞，在施工推进过程中，随盾构掘进深度，应布设地下隧道控制导线点。控制导线一般平均边长100～200m，特殊情况下不应小于60m，每次往隧道内延伸加密控制网（导线网、水位网）时，应对上次的控制网（导线网、水位网）进行复核，两次的成果满足规范要求后方能进行控制网引测。埋设的点位均在管片上钻孔后埋入钢筋，再用混凝土包钢筋，在钢筋头上标示点位。在双导线进洞的基础上再把两条导线闭合成一个多边形（多边形的边一般控制在6至8条边以内）。由于该遂道总长超过1000m根据公司及业主要求，在盾构机推进到遂道的三分之二时应进行陀螺经纬仪定向。控制点加密的测量，使用LEICATCR1202全站仪，标称精度：测角±2″；测距±（2mm+2ppm）。仪器经过检定合格，均在有效使用期内。前、后视点均采用有光学对中器的基座置点，使用前均进行了校准。按四等导线测量规范要求，水平角采用全圆测回法观测六测回，边长往返各观测两测回取平均值，观测边长时仪器已加入了气象改正，每个控制点的测量都要完成6个测回。限差要求：一测回中2C值≤13″；同一方向各测回较差≤9″；相邻点间竖直角≤30°；往返观测边长较差≤3mm，当测站上只有两个方向时，按左、右角平均值之和与360°的较差≤4″。

1.2 高程的井下传递

在工程施工之前，根据设计院提供的交桩资料，对设计院提供的水准点用满路规范要求的水准仪进行复测；同时测设施工过程中需要使用的加密水准点，并使之形成闭合（或附合）水准路线。将测量成果报请业主测量队审核。利用业主测量队批复的水准网，以最近的水准点为基点，将水准点引测至盾构始发井附近，一般布设两个以上埋设稳固的控制水准点，以便于相互检查，测量等级达到国家四等。井下起始高程由地面井口处高程传递，采用鉴定后的钢尺，挂10kg重锤，采用在竖井内悬吊钢尺的方法进行高程传递测量，地面和井下两台水准仪同时观测（见图示1），每次应独立观测三测回，每测回改变仪器高度，三测回测得地上、地下水准点的高差较差应小于3mm。将高程传递至井下固定点，并确保满足精度要求。建立定期高程联测制度，以复核施工水准网的准确性。井下高程传递测量时，地下高程起算点采用直接从地面通过联系测量传递到地下的近井点。地下起算高程点不应少于2个。新增加密水准点时每隔60～80m布设一个，等级按国家四等水准网要求进行测量，且同地面加密水准点一样要使之闭合（或附合）成水准路线。

2 盾构机初始姿态的定位测量

盾构机在掘进过程中是按照隧道设计的中心来推进的，在实际的掘进过程中盾构机中心不可能完全重合于隧道的中心，于是就必须测量出盾构机偏离隧道中心的差值，从理论上讲该数值就是隧道成形后的位置。所以在掘进过程中要确保该数值必须在一定的范围内（规范要求±100mm）。测量该差值的方法有测盾体外壳法、三点法、标尺法、自动全站仪法等。在本文中主要介绍三点法测量盾构机姿态的偏差值。盾构机在最初工厂生产的时候就在盾体内分散布置了约16个点位，并测量出了这16个点位与盾构机中心轴线（199#点盾首和299#点盾尾）的几何关系的相对坐标，我们可以把盾构机看成一个圆柱体，在始发的时候只要实际测量出盾体上16个点中3个点的绝对坐标及高程，再计算出盾构机所处位置的隧道中线空间坐标后就可以利用AutoCAD软件通过画图的方法计算出盾构机中心与隧道中心的差值。例如实际测量中测得盾体内的3#、9#、15#点位的绝对坐标和高程，首先在CAD中用出厂时的相对坐标画出盾构机上的3#、9#、15#及盾构机的轴线199#和299#，再用绝对坐标和高程画出实际测量出的3#、9#、15#点和盾构机所在里程位置的隧道中心线（可通过线路设计资料计算得出），然后通过CAD中的对齐命令将先用相对坐标画出的3#对齐到绝对坐标画出的3#，同样用相对坐标画出的9#对齐到绝对坐标画出的9#，同样再用15#对齐到15#，对齐后就能得到一个盾构机轴线的绝对坐标和高程，最后通过对比CAD图上的盾构机中心轴线和画出的隧道中心线进行比对，这样就得出了盾构中心轴线与隧道中心线的偏差，确保了盾构机沿正确的隧道中心进行掘进。

3 盾构自动导向系统测量

盾构自动导向系统是指盾构机沿着隧道的设计中心自动掘进的过程。它包括将隧道线路中心的数据输入控制电脑、接收信号的标靶、数据交换控制箱、全站仪等几个主要部件构成。将隧道线路中心的数据输入控制电脑后，通过全站仪测量固定在盾体上的标靶得出盾构机的位置确保盾构机正确掘进。自动导向系统在始发的时候一定要确保电脑上显示的盾构机姿态与实际测量的盾构机姿态一致。如果不一致则需要在控制电脑上对标靶的参数进行修改，至到与实际测量的盾构机姿态一致。在掘进的过程中要经常性的对悬挂全站仪的吊蓝和后视棱镜的坐标和高程进行校正，减小自动导向系统的误差。

4 管片测量

在广州地铁二、八线延长线工程中，为了保证盾构机在掘进过程中，對VMT导向系统进行检核，以确保盾构机始终沿遂道中线推进。就必需经常性的对拼装好的管片进行测量，在对管片的测量工作中，在对以往的测量方法进行总结后，为提高测量效率，简化工序，将以前分别进行的线路中线放样和线路纵断面高程控制结合起来进行从而达到简化了测量工序，减少了测量所占用的时间，提高了工作效率。

在以往的管片检测中，传统的方法是先放样遂道中线，测出具体里程后用水准仪测出该点的实际高程，再与设计的线路中线和高程进行比较，确保掘进线路始终在允许的误差范围内。由于从理论上讲管片拼装好后是一个标准的内径为5.4m的圆，圆心就是设计遂道的中线，这样就可以自己加工做一把3.628m的尺子（5.4直径圆的圆心垂直向下2m处做这个圆的弦长为3.628m），在这个尺子的中心处贴上反射片，再将这个尺子上放上一把水平尺，这样尺子就处在一个水平上，将这个尺子水平的放在管片上（见图2），这样这个尺子的中心就与线路中线重合，再利用遂道内已有的导线点和水准点，用全站仪在测量线路中线的同时利用三角高程测量出该点的高程（经过反复的实际测量对比，三角高程的精度完全能满足管片的检核），从而达到与设计线路中线及高程的对比复核。

5 结束语

在广州市轨道交通六号线延长线地铁的工程中一直采用上述方法进行控制测量及盾构机姿态的检测，导线坐标与业主测量组进行了复核，结果表明导线坐标偏差均不大于20mm；盾构机姿态和管片的测量结果与VMT系统进行对比，结果表明两者的差值也小于50mm，证明了该测量方法是可靠有效的。能够满足在盾构地铁测量中的需求。

作者简介：文延庆（1958-），汉族，四川内江人，从事工程项目管理工作。