超长距离曲线顶管施工测量方案设计与实践

上海市基础工程集团有限公司 上海 200002

1 工程概况

上海市污水治理白龙港片区南线输送干线完善工程SST2.2标项目位于浦东新区外环高速和迎宾大道南侧，西临申江路立交，东临唐黄路。

本工程由2根并排的钢筋混凝土管道组成，管道外径4 640 mm，埋深约7 m，全线划分为3段区间，均采用顶管法施工。其中，迎宾1#～3#顶管区间的最大顶进距离为2 039 m，曲线段最小曲率半径为1 200 m，属于超长距离曲线顶管（图1）。

图1 工程线路情况示意

2 测量精度设计

2.1 导线测量精度要求

测回数：4个测回；测角中误差≤±2.5″；测距中误差≤±18 mm；测距相对中误差≤1/80 000；方位角闭合差导线全长相对闭合差≤1/35 000[1]。

2.2 水准测量精度要求

2.3 顶管轴线偏差

横向偏差≤±75 mm；竖向偏差≤±75 mm。

3 施工测量实施

3.1 地面控制测量

3.1.1 地面导线点的复测及加密

由于本顶管区间周边存在大量高耸绿化，业主提供的工作井与接收井处的首级平面控制点无法直接通视，因此，我们在迎宾大道路基边缘设置了2个加密导线点（强制对中的固定观测墩），将工作井与接收井处的平面控制点连起来进行复测，复测时按四等导线测量技术要求执行。

3.1.2 水准点的复测

水准点复测按二等水准测量的要求进行，复测时将工作井处与接收井处的水准点组成一条附合水准路线，采用SOKKIA SDL30M电子水准仪进行往返测量，附合路线闭合差

3.1.3 地面近井点的引测

近井导线点引测：以离工作井最近的平面控制点为基准进行引测，采用LEICA TCA2003全站仪四测回测定夹角，往返测定边长。

近井水准点引测：以最近的水准点为基点，按二等水准测量要求，将高程引测到工作井附近。近井点数量不少于2个[2]。

3.2 联系测量

3.2.1 定向测量

定向测量的目的是将地面的平面坐标和方位传递至井下，使地面控制网和地下控制网处在同一平面坐标系中。

本工程的定向测量采用导线直接传递法，在工作井井壁上设置几个强制对中的固定观测点，按四等导线测量要求，使用LEICA TCA2003全站仪四测回测角、往返测距，最终确定地下近井点的平面坐标和地下顶管起始定向基线的方位角。

导线直接传递测量的要求：

1）导线直接传递测量应独立测量2次；

2）导线传递测量的垂直角应小于30°，导线边长必须对向观测；

3）地面近井点、井壁观测点、地下近井点均应布置成强制对中的固定观测墩或三脚架，以减小对中误差，提高测量精度。

3.2.2 高程传递测量

高程传递采用吊尺法，分别在井上、井下设置2台水准仪同时进行观测。传递高程时，每次独立观测三测回，三测回测得的地上、地下水准点高差较差应小于3 mm。传递到地下的水准点不少于2个。

3.3 导向测量

本顶管区间的平面线形为直线段+曲线段，且曲线段的最小曲率半径仅为1 200 m，采用常规测量方法进行导向测量的精度和工程进度难以得到保证。故采用我公司独立开发的一套顶管自动测量系统来进行导向测量。

3.3.1 自动测量系统简介

顶管自动测量系统采用自动、实时的测量方法，很好地解决了传统工艺中用人工搬迁仪器进行传递导致测量精度差、测量速度慢的缺陷。该系统采用的测量方式是导线测量和三角高程传递测量[3]。

系统主要由以下组成：

1）编程电脑：发出开始测量指令，接收测量数据，计算顶管机头实际三维坐标与设计轴线的偏差。

2）测量机器人：由SOKKIA SRX1自动测量全站仪和GEO AD-12自动安平基座组成，进行水平角、竖直角和距离观测。测量机器人与上部棱镜、测量支架组成测量中继站。

3）通信系统：采用单线连接技术，将所有测量机器人通过同一根通信线与编程电脑连接，双向传输测量指令与数据。

3.3.2 自动测量实施

1）测量支架选型：根据设计曲线和施工现场条件，将最靠近机头的测量支架以吊篮形式固定在工具头后100 m处的管顶，该测量支架上的自动整平基座和全站仪可通过预留的螺丝槽在支架上灵活横向移动。线路中间部位的测量支架以边台形式布置在有利于拉长视距的管节侧下方，都做成活络的、可纵向移动的，可随着顶管推进时管内的视线条件调整测量中继站的前后位置，该测量支架上的自动整平基座和全站仪也能在支架上灵活横向移动（图2）。

图2 测量支架示意

2）测量中继站模拟设计：自动测量开始前，根据顶管设计轴线的特征要素和施工现场的具体条件，预先模拟设计出测量中继站的大致设置位置及所需测量机器人的数量，做好测量中继站的动态调整计划和仪器设备的配备计划。测量中继站一般设置在顶管的各个施工转弯处。设置的主要要求有以下2点：

（1）测量中继站应设置在施工转弯处最有利于拉长测量距离的一侧的管壁上。

（2）设置时应考虑管道内通风管、泥浆箱、中继环等施工设备对测量有效空间的影响。

3）自动测量施测：随着顶管施工进程，在顶管各个施工转弯处建立测量中继站，每个测量中继站设置1台测量机器人，每台测量机器人通过通信电缆和计算机中心的电脑连接，由电脑按程序依次指挥各台测量机器人进行自动测量。测量机器人施测完成后将测得的数据通过通信电缆传输回计算机中心，并由电脑进行计算处理，最终得出顶管机头实际三维坐标与设计轴线的偏差。

3.3.3 人工复测

根据顶管顶进的长度，每顶进300 m用全站仪和水准仪以人工测量的方法对顶管轴线和顶管机头进行测量复核，作为对顶管自动测量系统成果的校核。

4 结语

该工程中，迎宾1#～3#区间的2条顶管最终都准确地沿设计轴线顶进到位，最大横向偏差与竖向偏差均能满足规范及测量设计精度的要求[4]。

实践证明，上述施工测量设计方案在超长距离曲线顶管施工中是完全切实可行且行之有效的。