浅谈地铁盾构法隧道施工测量技术

朱宗一

摘要：近年来我国经济高速发展，公共交通领域发展更加迅猛。 地铁作为一种地下轨道交通，很大程度上方便了人们的出行。 然而在地铁施工的过程中，区间隧道施工一直是一个难点。 本文简要分析在地铁隧道施工方法中盾构法的优势和适用环境，以四个工程阶段测量为例着重介绍了盾构测量的方法和所需要的仪器以及操作要领，从而印证盾构法测量技术的安全性、可靠性和优越性。

关键词：地铁区间;隧道;盾构法;测量技术

前言：

由于具有施工安全、速度快且不影响地面交通、不受气候条件影响和适用地层范围广等优点，盾构法近几年来在地铁区间隧道施工中得到了广泛的应用。但盾构区间隧道距离长、前方设备多，造成隧道内通视条件差，给测量工作带来了一定的困难。因此采用合理有效的测量手段是盾构施工安全、优质、高效的重要保障为确保地铁区间隧道盾构法施工的准确性，在施工期间需按照实际情况采取相应的测量方法进行平面及高程联系测量，将地面的平面坐标、方位及高程传至隧道。联系测量拟采用联系三角形法、激光垂准仪法和陀螺定向法。

1盾构法应用于地铁施工的优势

盾构法具有高安全、高工效、影响小、更环保、施工快、质量高、省资金的特点，在施工中普遍受到施工单位的欢迎，特别是一些有资质和技术的施工单位，对这种方法研究的相当透彻，也熟练的掌握这项技术并加以创新。

1.1安全性较高

盾构法一般在地下施工，不受地面情况干扰，更不会受季节的影响，开工随时随地。地面交通、河道、航运、季节性潮汐等外部条件根本影响不到地铁施工，能够有效保证施工进度。在这种方法的作用下，可以进行挖掘、衬砌等基础施工操作。

1.2工作效率较高

盾构法施工应用先进的设备，从设计完成就可以进入具体施工操作，在基础工作中开挖、支护、出土、衬砌，可以一次性全部完成，大大提高工程进度，特别是机械的使用，能够很好的改善施工条件，把人从劳动中解放出来，这种施工方式，完全是应用了现代最先进的技术，保证了施工质量。

1.3产生危害较小

盾构法施工都在地下，离地面有很大的高度距离，在地下进行施工时，对地面影响可以说几乎没有，施工时振动小、噪声低，只是占用一部分道路，其他的施工过程是人们看的。特别是隧道穿越工程，地面建筑群根本不受限制，还有一些必须要穿越河底的工程，地面、水面交通完全是可以正常使用的，根本不会产生任何危害。

1.4经济性更佳

盾构法在不同地质条件下均可应用，多车道隧道也可做到分期施工、运营，在柔软或含水量大的围岩中施工，盾构法专业技术优势更加突显，是多种施工方法中高性价比的一种施工作业[1]。

2盾构法施工测量四个阶段：

2.1始发测量

始发前联系测量完成后，继而进行始发测量。 其主要流程包括测量盾构机安装、测量定位盾构机导轨、测量盾构机初始姿态。

2.1.1测量盾构机安装

盾构机安装主要包括两个部分，即反力架和始发台，两者可以在盾构机始发时提供初始推力以及初始的空间姿态。 在安装反力架和始发台时，需要注意以下几点：反力架左右偏差应控制在±10mm之内，高程偏差应控制在±5mm 之内，上下偏差应控制在±10mm 之内。 始发台水平轴线的垂直方向与反力架的夹角偏差应在±2‰范围内，盾构姿态与设计轴线竖直趋势偏差应小于±2‰，水平趋势偏差应在±3‰ 范围内，轴线方位角误差不大于 1′30″。 注意一定要保证如上几点，不然会影响盾构机的正常运行，影响工作状态甚至发生危险。

2.1.2测量定位盾构机导轨

测量定位盾构机导轨注意点很多，主要注意事项有：保证原设计的隧道中线与施工中控制导轨的中线偏差不能超限，保证坚实平整的导轨基面。

2.1.3测量初始盾构机姿态

在测量初始盾构机姿态时重点测量盾构机刀盘中心三维坐标以及俯仰角、横摆角、扭转角等方面。盾构机姿態的控制质量直接影响施工精度。 若盾构机姿态得不到精确的及时的修正，轻则导致掘进的方向偏失，影响施工质量，重则造成事故，不可轻视。 因此，需要严格的精准的及时的控制盾构机姿态，基本要求是：纵摆角应不大于10 mm/ m，横摆角应不大于10mm/m，扭转角不大于20mm/m。目前盾构机姿态测量有人工测量和自动测量两种。人工测量人力需求量大，测量数据量多，工作量大，又因以人为主体，不可避免的出现测量精度低，误差大的问题。 且测量时间周期长，无法做到及时更改修正姿态，造成工期的延误。 而自动测量则可以实现实时的精确地数据测量，测量精度高，误差较小，全天候进行测量，得到数据时效性高，速度快，及时精确修正姿态，已经成为了目前的主流发展方向，在未来的应用前景广泛[2]。

2.2掘进测量

日常推进测量采用先进的自动导向系统，以保证盾构施工轴线的准确性。日常测量主要是对盾构机每环推进的三维姿态进行测量，同时测量已成形的管片姿态。

2.2.1平面测量方法：采用4 m或3 m的铝合金刮尺在中心处贴好反射片，再用一把水平尺固定在刮尺中间，控制刮尺的水平;把刮尺放在所要测环的底部，使刮尺水平放置，全站仪安置在井下控制导线点上，直接测量这环的中心三维坐标。

2.2.2高程测量方法：根据所测得的数据和测尺反光镜片到隧道底部或中心的相对尺寸来计算管片底部和顶部高程。

2.2.3管片横竖直径测量方法：用手持测距仪分别放在管片底部和腰侧来测量管片的横竖直径，通常取2～3次测量结果的平均值。将以上数据与设计数据进行对比，计算出成型管片与设计轴线的左右偏移量、上浮或下沉量，从而有效地控制和调整盾构姿态。

2.3洞门测量

贯通施工阶段是整个工程阶段的后期，为保证盾构机准确出洞，在贯通前需要进行接收井洞门测量。 为此我们需要精确测定洞门中心。洞门圈中心坐标为：x0=（xA+xB ） /2， y0=（yA+yB ） /2洞门圈中心高程为： H0 =（HC+HD） /2洞门中心测量是工程后阶段最重要的测量步骤，应当尽可能保证数据的准确性和精度，为此应采取各种措施减少测量中的误差。 例如，使用对中标志，采取多次试验，根据每次试验的测量结果加权平均，避免误差过大的情况。并注意根据施工现场的具体情况，合理采取措施，灵活应用测量方法。 在实践中，探求减少误差的合理方法。 同时，定向边精度对于贯通测量精确度的影响极大，定向边精度每提升一点，都可以极大的提高贯通测量精度。

2.4联系三角形测量

平面联系测量主要有联系三角形法、投点仪法和陀螺经纬仪联合定向法等。 最常用的为联系三角形法。 当竖井完成施工后，盾构正式施工开始前，先埋设稳定的控制点于基坑底部，然后在竖井内悬吊2根直径为0.3mm的高强度碳素钢丝，钢丝上悬挂适当重量为10kg 的垂球，最后使用阻尼液（如机油）稳定重锤。 通过竖井绞车及导向滑轮悬挂2根高强度碳素钢丝并分别在其上悬挂垂球。悬垂钢尺法、水准测量法以及光电测距三角高程测量法都属于传递高程的测量方法，在实际的工作当中通常采用悬吊钢尺的方法进行高程传递。在始发井旁边布设不少于2个近井水准点，测量近井水准点的高程线路符合到地面精密水准点上，在竖井内悬吊钢尺，钢尺下段悬挂重锤，地上和地下安置的2台水准仪同时读数，可得HB=HA+a-（m-n）-b。 每次应独立观测三测回，3测回变换仪器高，3次测得地上、地下水准点的高差较差应小于3mm。 如井底已有高程点，应进行高程检核[3]。

结束语：

综上所述，根据条件采用恰当的施工措施，是地铁施工质量提升的关键，盾构法技术越来越成熟，必将在未来的地铁施工中起到越来越重要的作用。在施工过程中严格检测和检查，以促进施工过程的顺利进行。

参考文献：

[1]曹振. 西安地铁盾构施工安全风险评估及施工灾害防控技术[D].西安科技大学，2013.

[2]马法平. 基于FMECA的地铁盾构施工风险监测信息体系研究[D].天津理工大学，2010.

[3]牛学军. 城市地铁盾构施工测量若干问题的探讨[D].武汉大学，2005.