地铁盾构洞门钢环安装精度控制及测量数据分析

郭志明 王继强 郑立志

【摘要】地铁盾构在始发、接收前都要进行洞门钢环安装定位，洞门钢环是一个空间圆而且安装精度要求非常高，安装的合不合理，这关系到盾构机能安全始发与成功接收的问题。本文主要介绍地铁盾构洞门钢环安装精度控制，通过全站仪测量洞门钢环圆周上若干个三维坐标点，结合CAD、Excel软件对坐标数据进行转换计算，得到洞门钢环实际位置，与设计洞门钢环断面图进行对比分析，以满足钢环安装精度。

【关键词】盾构钢环;测量;定位;三维坐标

1、盾构洞门钢环安装定位方法

1.1盾构洞门钢环制作和安装精度要求

盾构洞门钢环制作和安装精度要求非常高，根据设计图纸及规范要求，预埋盾构钢环制作加工及安装精度如下：直径允许误差20mm，平面安装误差±20mm，高程误差±15mm，焊缝须连续、不漏焊，焊缝高度均为8mm。

1.2盾构洞门钢环安装

（1）由于盾构洞门钢环直径比较大，吊运安装过程中容易变形，钢环需分成三块制作，即每分块120°圆弧，并采用角钢在环内加撑减小变形。

（2）盾构洞门钢环运至现场后，需在地面进行试拼装，保证分块之间能够准确对接，检测钢环内径、平整度、焊缝厚度是否满足设计要求。

（3）施工单位项目部专业测量人员在端头墙上测放盾构洞口位置，然后根据控制线在端头上焊接定位钢筋，焊接完成后采用吊车将下半部钢环吊放至设计位置。

（4）因受车站围护结构内支撑的影响，端头井处内衬墙须采用分段分层浇筑，所以盾构钢环的安装要分两次进行，首先安装钢环下半环，待下半环定位完成后，再安装上半环。

1.3盾构洞门钢环测量原理及测量方法

（1）根据测绘院提供的测量控制点进行联系测量，往车站底板引测两个导线控制点;导线形式为闭合或附合导线，导线精度满足《城市轨道交通工程测量规范GB/T50308-2017》的要求。

（2）根据坐标正反算计算在车站洞门底板上放样隧道设计中心延长线上的一个平面坐标点，使坐标点便于架设全站仪，并保证全站儀能看到盾构钢环一周。

（3）利用在底板上计算的控制点架设全站仪，底板上的其中一个控制点作为后视点，另一点作为检核点，在洞门端头地连墙面上放样出钢环中线。

（4）根据底板上高程控制点，利用水准仪在洞门地连墙上画出盾构钢环中心及底设计标高线，设计底标高线与隧道中心线的交点即为盾构钢环底中心位置。

（5）利用吊车下放钢环，根据隧道中线及标高线对钢环进行初步定位。

（6）项目部专业测量人员利用全站仪对洞门钢环进行三维坐标测量，测量数据经过转化后，在CAD图上展点得到洞门钢环实测位置与设计位置的断面对比图。

2、工程实例

济南市裴家营地铁站为明挖车站，车站沿规划路东西向布置，地下双柱三跨双层岛式车站，东西端头均为盾构接收井，车站主体结构盾构钢环位于1轴小里程方向（SK21+354.296、XK21+353.831），38轴大里程方向（SK21+652.768、XK21+652.768），均为单圆盾构预埋钢环，钢环内径6900mm，外径7100mm，宽度900mm，厚度为10mm。盾构洞门钢环初步定位完成后，项目部专业测量人员对钢环进行数据采集。

2.1测量数据采集

采用徕卡TS15A全站仪（测角精度±1″，测量距精度1+1.5ppm），置镜于隧道中心延长线的已知点上，后视另一个已知点，通过三角高程计算出仪器高输入仪器进行定向，瞄准盾构洞门钢环内边缘点，用无棱镜测距模式直接测量该点三维坐标，并存储到仪器自带内存里。为了尽可能保证钢环的精度，宜沿钢环圆周测量若干个点，且间距应均匀，该盾构洞门钢环采集的三维坐标，如表1所示：

2.2数据计算处理

因为盾构洞门钢环是一个空间的圆，实测的坐标是平面坐标，所以要对坐标进行转化。根据坐标正反算计算出实测坐标与同一里程隧道中线坐标的距离，判断实测Y轴坐标与同一里程隧道中线Y轴坐标的大小，如果小则在隧道中线的左边（计算的距离为负数），否则为右边（计算的距离为正数）。判断实测高程与同一里程设计钢环底面高程的大小，如果小则在设计钢环底下面（计算的差值为负数），否则在上面（计算差值的为正数）。坐标转换可以使用Excel进行数据处理，尽量的减少数据人工处理，保证数据的正确性。

经过整理将高程差值作为新的X坐标，计算的距离作为新的y坐标，转换后的坐标成果如表2所示：

在CAD中以盾构洞门钢环断面图为基础，设计洞门钢环底作为0，0点，将转换后的新坐标以（Y，X）的形式展到CAD中，即得到盾构洞门钢环实测位置与设计断面对比图。

2.3数据分析

实测钢环底标高比设计钢环底标高低5mm;实测钢环顶标高比设计钢环顶标高低2mm;左侧实测位置与设计位置差值-9mm，钢环偏右;右侧实测位置与设计位置差值11mm，钢环偏右。由以上数据可以看出，盾构洞门钢环实际位置偏隧道中线右侧，偏移量为10mm，上下直径比设计直径大3mm，满足设计规范要求。

结语：

根据测量数据对比分析，采用全站仪测量盾构洞门钢环圆周三维坐标点进行坐标转换，并通过CAD软件直观地体现出盾构钢环的实际状态，这种方法操作简单又以图的形式展现出来，直观明了。为了更精确的体现盾构洞门钢环的实际位置，可以采集更多的数据，大量的数据计算繁琐，为了提高工作效率，数据的处理完全可以通过Excel中函数公式进行计算。此方法也同样适用于地铁车站、暗挖区间的断面测量，为后期地铁调线调坡提供有利数据。

参考文献：

[1]杨国峰，林清基.地铁隧道洞门钢环安装定位测量方法探讨[J].建筑监督检测与造价，2015，8（02）：51-54.

[2]韩三琪，张晓川.地铁盾构洞门钢环中心三维坐标拟合计算[J].施工技术，2016，45（S1）：521-523.

作者简介：

郭志明，北京建工土木工程有限公司，北京。