盾构法地铁隧道施工测量误差控制技术措施和方法

盾构法地铁隧道施工测量误差控制技术措施和方法

刘勇，王然

中交隧道工程局有限公司

摘要：本文根据笔者在地下测量中的长期经验，以盾构隧道测量为研究对象，研究了盾构隧道测量误差分布及控制措施，首先简要概述了盾构隧道测量的内涵、内容、作用和要求，然后介绍了盾构测量误差，最后深入研究了误差的控制方法，全文是基于笔者长期工作实践的理论升华，认为对从事相关工作的同事具有重要参考价值。

关键词：盾构法；地铁隧道；测量误差；控制技术

引言

盾构是盾构掘进机的缩写，是在可移动的钢套保护下，将挖掘、支撑、衬砌等多种工作整合在一起的施工机器。盾构施工的衬彻速度快，对环境影响不大，不影响陆上运输和航行，施工中不受季节、湍流等气候条件的制约，有可能在多种困难的地质条件下施工，在软土含水层中修建具有较大铺设深度的长隧道往往具有技术经济优势。基于上述优势，盾构隧道的施工如今在地铁施工中得到广泛应用。

但盾构隧道也有其自身的局限性，不同于采矿法规定的隐蔽、开放或高架施工的特点，盾构隧道是单向道路，一方面，由于初始方位误差引起的隧道横向偏差将随着隧道长度的增加而增加。另一方面，当隧道中的设计控制导线扩展时，测角误差将逐渐积累，导致隧道横向偏差与测角误差的增加，其偏差比与原方位角误差的偏差大得多，因为如果方向偏差导致不可逆的后果，没有办法通过刷补改正，轻则会引起调线调坡，导致隧道使用标准降低，重则会被拆除，不仅造成物品损失巨大，工期延误，而且给运行过程中结构变形带来隐患。所以，控制隧道横向偏差是测量盾构施工的关键。本文提供了地铁盾构隧道测量控制措施的一般信息，地铁盾构控制测量的注意事项，盾构推进轴线偏差的监测，对这类工作提供有益的借鉴。

1地铁隧道盾构测量

1.1地铁隧道盾构测量的基本内涵

地下工程施工期间进行的测量工作，即通常讨论的地下测量，主要包括勘察工程、设计工程、建造施工和操作设施。在进行此测量时，主要任务是根据工程的设计要求，正确测量出盾构推进时盾构机的姿态，在线性工程中，其对贯通的横向误差与竖向误差尤为关注。在地铁隧道盾构施工技术中，由于其特点和优势，在地铁施工中享有认可和广泛应用。除了盾构施工技术外，有效应用尤其包括盾构测量技术，也是盾构施工最终效果的可靠保证。

1.2地铁隧道盾构测量的内容与作用

在地铁隧道盾构测量工作中，测量工作主要包括控制测量、联系测量，还包括地面控制测量、地面高程控制测量、地下控制导线测量、地下高程控制测量。联系测量还包括高程传输、竖井方向。

地铁隧道盾构测量的作用：第一，校准地面下工程建筑的轴向设计线和设计时间，确定土方工程和衬砌等重新分布的施工位置和方向。第二。在开挖面的开挖过程中，施工中线应根据设计要求，在高度和平面上正确贯通，不要在开挖过程中挖出规定的边界。第三，对机器设备的正确安装可以提供强有力的保障。第四，为有关管理和设计部门提供了地铁工程竣工的完整测量数据。

1.3地铁隧道盾构测量的要求

当在工程中使用盾构测量时，使盾构机严格沿隧道设计轴线工作，同时也随时提供即时的盾构机推进的姿态，方便为操作该机械设备的人员提供参数，以校正盾构机设备的参数。同时，还要严格确定隧道衬砌安装质量，确保盾构机能准确地通过接收洞门。此外，在测量盾构机姿态时，必需要确保使用高精度的全站仪。

2 盾构测量误差介绍

地下工程测量与地面工程测量相比，尽管测量方法有很多共同点，但其有自身的特点。线状地下工程的逐步发展，施工面狭窄，不同场地之间看不到，使测量工作无法相互照应，组织审核审批工作不便，出现故障时，很难及时检测出所有测量工作的正确性，只有在各开发场地之间贯通后才能证明。可见，测量工作在地下工程施工中起着非常重要的作用，一点的失误必然会造成重大损失。

纵向误差是指贯通误差是指线路中心线方向的投影长度为纵向贯通误差，其影响隧道中心线长度，与物体质量无关，对隧道施工影响不大；横向误差是指垂直于中心线方向的投影长度为横向贯通误差；高程误差是指高程方向的投影长度为高程贯通误差，其只影响接轨点的平整度(一边推进一边铺轨的隧道最突出)或要求较高的隧道的坡度。实践表明，采用特定的测量方法很容易达到要求的精度。

3盾构法地铁隧道施工测量误差控制技术措施和方法

3.1地面控制测量误差控制措施

城市轨道交通控制网络分两级：一级是线路控制网络，它使用卫星位置测量方法，二级是线路加密控制网络，即精密导线网络。为了提高地面控制测量的精度和控制测量误差，可以采取以下措施:

(1)作为卫星定位起点的参考点，建议使用“强制对中”托盘设站来减少设备平均位置的误差。

(2)卫星定位控制网应由几个独立基线的异步环组成，为验证创造条件，提高网络的可靠性。

(3)精度导线应以连接、闭合或节点导线的形式安装。

(4)所连接导线的边数不宜大于12条，相邻边的短边与长边的比例应多于1: 2，最短边的长度应大于100 m，以控制测量角度的误差。

(5)减少盾构区间上控制点的使用可以合理地增加控制点之间的间隔，减少控制点的数目，并提高导线的精度。

(6)相邻导线点之间以及导线点与所连接的卫星定位控制点之间的垂直角度应小于30°，与障碍物的视线距离应大于1.5m，以降低明暗效果。

(7)如有需要，应校正对边的长度，包括气象校正、仪器加、永久校正、高程归化和投影变化。

3.2地下控制测量误差控制措施

地下导线是引导盾构掘进方向并对精度提出高要求的分支导线，可通过以下措施提高地下控制测量的精度:

(1)盾构隧道掘进时，根据易用性、易保护性、稳定性和可靠性等原则，建议在管片结构的侧壁安装控制点，铺设强制归心感应监测装置。

(2)为避免旁折光角度测量精度的影响，有必要确保距隧道壁至少0.5m的观测距离。

(3)为了减少大跨度单向穿透通道盾构隧道中的RMS误差，建议采用三联脚架法进行观测。

(4)当隧道内有较多的粉尘和烟雾时，可以使用鼓风机等手段来改善隧道内的测量条件。

(5)为确保隧道施工前的准确隧道施工(距贯通面约100米)，应重点开展以下工作:首先，测量出口端与接收端之间的连接；其次，联系测量地下控制点；最后，盾构钢环安装概况，以确保穿透面与接收端之间的相对连接稳定。

(6)对于单向推进超过1公里的盾构隧道，建议在形成多边形闭合环的孔中提供双层母线，每个环通常由4-6侧组成。

3.3盾构隧道掘进轴线偏差测量控制措施

对于长曲线隧道施工来说，确保盾构功能沿施工轴线正确掘进和贯通是最大的挑战。盾构推进时，严格控制隧道中心距设计中心的偏差大小，通常允许轴线平面偏差为±50 mm，大于±50 mm，应启动预警机制，应停止工作，并制定专门的贯通方案。为确保盾构隧道准确推进，主要通过盾构机导向系统，手动测量盾构机姿态、手动测量成形管道姿态三个方向，包括以下测量措施:

(1)设计值，如盾构施工隧道的设计中心和盾构施工机器参数，应在多个层面进行考虑，以确保其准确性，重点是隧道弯曲段中心线和设计路中心线之间的差异。

(2)盾构推进时，严格控制盾构推进轴线的偏差，确定轴线偏差控制值，建立预警机制。

(3)利用盾构自动导引系统，可以实时提供盾构轴线与隧道设计轴线之间的间隙，同时还可以安装远程测量监控系统，对盾构组件的直接数据进行实时监控。

(4)为了确保管状板的安装，手动测量方法应用于测量检查和装配后管状板的及时检查，并定期对盾构引导系统和显示的盾构安装数据进行手动检查和校正。并定期将手动检查结果上传至测量监控平台。

(5)当隧道轴线偏差过大时，必须设置专业轴线校正计划，以实现探测对准校正，每次校正量尽可能小，以免给错台造成过大。在偏移校正过程中，每块环管在离开盾尾后的时间被手动再现，以保证盾形制导系统的数据真实可靠。

结束语

随着我国地铁隧道施工的不断发展，隧道盾构施工技术因其安全性更高、施工速度更快、形状质量更好等一系列优势而得到广泛应用。但为了使盾构施工质量良好，施工人员仍需控制施工测量，应用控制措施，改善及时出现的问题，使盾构测量误差保持在可接受的限度内，以确保地铁隧道盾构施工质量。

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