地铁盾构测量的若干思考

梁婕 牛联飞 张能

【摘 要】为了保障地铁盾构隧道的顺利贯通，成型隧道线型与设计轴线相符，盾构施工测量必须认真仔细，严格控制各项误差。论文从日常的盾构测量工作出发，结合工程实际经验，引出并探讨地下控制测量起算依据、盾构始发姿态测量方法等问题，并从中进行了思考，为后续盾构测量问题分析提供一定的参考。

【关键词】地铁;盾构;测量

【Keywords】subway; shield; measurement

【中图分类号】F222                                         【文献标志码】A                                            【文章编号】1673-1069（2019）01-0179-03

1 引言

随着城市建设的快速发展，我国在各大城市都开展了地铁建设，盾构法是地铁区间隧道施工中经常应用的工法工艺，盾构施工测量是保障地铁隧道贯通的关键之一。为了满足盾构掘进按设计要求贯通，必须研究每一步测量工作所引起的误差，包括地面控制测量、竖井联系测量、地下控制测量，盾构机姿态测量、盾构换站测量等几个重要的阶段。

2 盾构测量的若干思考

2.1 地下平面控制测量起算依据的思考

在建立地下测量控制网前，先要进行地面近井导线和水准测量，然后通过竖井联系测量，将地面控制点和高程传递到地下，从而保证地面和地下的控制网在统一的坐标系内。直接从地面通过联系测量传递到地下的联系测量成果应作为地下平面和高程控制测量起算点[1]。

由于地铁测量精度要求高，极易出错，各城市轨道交通建设管理公司都纷纷制定测量多级复核制度，关键的测量工序通常由施工单位项目部、后台公司精测队、业主第三方测量单位等层级进行测量复核。而地下洞内导线控制测量起算点坐标先后经过地面近井导线、联系测量两个步骤进行传递推算得到，它的点位误差也与地面近井导线、联系测量的精度相关。

笔者在西南地区某市地铁项目中，遇到过施工单位项目部和业主第三方测量单位因为地下控制测量起算点不同而导致洞内导线控制点坐标较差超限的情况，如表1所示，地下导线控制网线路示意图如图2所示。

从上表1及图2可看出，施工单位项目部和第三方测量单位均采用QSZ01和QSZ03两个控制点作为控制网起算依据，但施工单位项目部与第三方测量单位二者的起算坐标略有差异，其中施工单位项目部QSZ01→QSZ03坐标方位角为90°04′35.7″，而第三方测量单位的坐标方位角为90°04′30.1″，二者相差-5.6″，满足地铁测量规范±12″限差的要求。但由于起算控制点坐标及坐标方位角的少许偏差，导致最终洞内最弱点QSZ500的点位中误差为22mm，超过了业主测量管理文件要求的±20mm限差要求。

究其原因，起算控制点坐标及坐标方位角的少许偏差是因为施工单位项目部和第三方测量各自采用的各自的地面近井导线、联系测量坐标成果计算得到。因此，笔者建议，施工单位项目部和第三方测量单位的地面近井导线、联系测量成果较差符合相关规范要求的情况下，施工单位项目部应取双方的联系测量成果（坐标及坐标方位角）平均值作为地下洞内控制导线的起算依据，这样既可减小双方的地下导线控制点坐标成果较差，同时还能保证贯通精度。

2.2 盾构始发姿态测量方法的思考

盾构机始发姿态测量内容包括盾构机平面偏差、高程偏差、俯仰角、方位角、滚转角及切口里程。始发前要对盾构机的初始姿态进行测量与复核，保证盾构机所在位置的精确偏差，对导向系统的正确调试起关键性作用，对整个线路是否顺利准确贯通起决定性作用。然后用地下控制点坐标成果测量盾构机始发姿态。为保证精度可靠，盾构机始发姿态测量应利用通过联系测量传递到地下的控制点成果[2]。

目前盾构始发姿态测量方法有两种：几何圆柱中分测量方法、参考点坐标转换方法。

如图3所示，几何圆柱中分测量方法是利用盾构机盾体横截面是圆的几何特性，通过测量盾构机左右两侧的反射片平面坐标，取均值得到圆心的平面坐标，测量盾体最高点和最低点的高程，取均值得到圆心的高程。然后根据盾首圆心三维坐标和盾尾圆心三维坐标便可推算出盾构机平面偏差、高程偏差、俯仰角、方位角、及切口里程，滚转角根据盾构机内部的倾斜仪获取。

如图4所示，参考点坐标转换方法的原理是：首先在盾构机建造完毕出厂前，在工厂坐标系下，在盾构机盾体上布设若干参考点，并测得这些参考点的工厂三维坐标，然后推算出盾首和盾尾的圆心三维坐标。待盾构机运输至工地盾构始发井内组装调试完毕后，测量这些参考点在施工坐标系下的三维坐标，然后利用两套坐标系的公共点坐标系转换原理，换算出盾首和盾尾在施工坐标系下的圆心三维坐标及其他姿态参数。

笔者在西南地区某市地铁项目中遇到过某台盾构机始发时，测量员采用参考点测量坐标转换方法人工测得盾构机始发姿态，并与盾构测量导向系统的姿态进行比对合格，但未采用几何圆柱中分测量方法进行复核比对，未及时发现盾构机盾尾失圆，最后导致管片拼装完后难以脱出盾尾，或脱出盾尾的管片破损严重。

因此，笔者建议，如果是无参考点的旧盾构机导向系统，在测量盾构始发姿态前，只能采用几何圆柱中分测量法测量，同时还起到对盾体的椭圆度进行检核的作用。如果是有参考点的新盾构机导向系统，则最好应采用参考点坐标转换方法求得盾构始发姿态，该方法的优点是不受盾体外壳变形的影响。当然，为避免盾体变形导致的上述质量事故，还应采用几何圆柱中分测量法对盾体椭圆度进行检核，同时对两种方法获得的盾构初始姿态进行比对，差别不大时，方可输入盾构测量导向系统，并与导向系统传感器自动获取的初始姿态参数进行比对和修正，若偏差超限，则还需根据实际情况进一步分析和判别重测。

2.3 盾构换站测量的思考

导向系统在换站的示意图见下图5所示：

由于城市轨道交通测量规范未明确规定每次换站时吊篮坐标与地下控制导线的传递测量频次，现在实际生产中存在“隔一传一”和“逢移必传”的情况。“隔一传一”是指每隔一次换站，导向系统的设站吊篮与后视点，通过重新测量从地下控制导线获得坐标参数;“逢移必传”是指每次换站，设站吊篮与后视点均应通过重新测量从地下控制导线获得坐标参数。由于每次换站时，盾构机必须停机，换站前后导向系统显示的盾构姿态会发生跳变，这种现象我们称为“换站断差”，原因是换站前后导向系统的设站和后视点坐标发生变化，坐标更新后的导向系统测量结果也会更新。

为了保障换站精度和可靠性，笔者建议在盾构掘进隧道直线段上，地质良好、管片较为稳定的情况下，“隔一传一”和“逢移必传”二者均可，但在曲线段上，或地质较差、管片仍处于浮动状态的情况下，则应选择“逢移必传”的方法进行换站测量。

3 結论

本文结合工程实际案例分析了地铁盾构测量中，地下控制测量起算依据、盾构始发姿态测量方法、盾构换站测量的不同对地铁盾构施工的影响，并提出了一些处理意见，对其他地铁盾构测量项目提供了一些参考，具有一定的指导意义。

【参考文献】

【1】方江华，张楠，张智宏.城市地铁盾构施工测量技术[J].市政技术MET，2011（02）：63-68.

【2】GB/T 50308-2017 城市轨道交通工程测量规范[S].