地鐵隧道貫通測(cè)量

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上地鐵隧道貫通測(cè)量林正慶  上海地鐵一號(hào)線縱貫市區(qū)，全長(zhǎng)14.7km，是上海目前較大的市政施工項(xiàng)目之一。上海隧道一號(hào)線全線采用盾構(gòu)機(jī)械施工，施工時(shí)要進(jìn)行跟蹤測(cè)量，即貫通測(cè)量。隧道貫通測(cè)量精度指標(biāo)有多種，其中橫向和豎向精度指標(biāo)最為重要，是衡量隧道掘進(jìn)的準(zhǔn)確程度的標(biāo)準(zhǔn)。貫通測(cè)量指導(dǎo)盾構(gòu)到達(dá)豎井預(yù)留門(mén)洞，要求準(zhǔn)確貫通，因此貫通測(cè)量在盾構(gòu)施工中起到很重要的作用。 地鐵隧道貫通測(cè)量的目的，是使盾構(gòu)準(zhǔn)確地沿著設(shè)計(jì)軸線開(kāi)挖推進(jìn)，并進(jìn)入接收井的預(yù)留門(mén)洞。盾構(gòu)機(jī)頭中心與預(yù)留門(mén)洞中心的偏差值稱(chēng)為貫通誤差。預(yù)留門(mén)洞的大小，應(yīng)該是盾構(gòu)內(nèi)徑、隧道內(nèi)襯管徑厚度、施工誤差、測(cè)量誤差這四個(gè)方

2、面的總和。測(cè)量誤差如能達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的±5cm，就能達(dá)到貫通測(cè)量規(guī)定的要求。但一般情況下，建設(shè)單位為了保證質(zhì)量起見(jiàn)，對(duì)測(cè)量精度提出更高的要求。 上海地鐵一號(hào)線平面首級(jí)控制為四等空中導(dǎo)線，一般點(diǎn)位設(shè)置在區(qū)間隧道附近較穩(wěn)定的高大建筑物上，觀測(cè)視線由空中傳遞，并采取強(qiáng)制歸心測(cè)角測(cè)距。高程控制點(diǎn)為二等幾何水準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，點(diǎn)位遠(yuǎn)離施工區(qū)，較穩(wěn)定。地面坐標(biāo)傳遞到進(jìn)下隧道的方法，一般采用方向線法、投點(diǎn)法兩種；高程控制傳遞至井下采用鋼尺懸掛觀測(cè)法進(jìn)行。 常熟路站至陜西南路站區(qū)間隧道工程，由于受施工現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，采用常規(guī)的地面坐標(biāo)傳遞到井下的方向線法和投點(diǎn)法已不能保證精度，而采用經(jīng)緯儀加光電測(cè)距儀直

3、接進(jìn)行傳遞，這是首次。1工程概況 地鐵一號(hào)線常熟路站至陜西南路站區(qū)間隧道工程全長(zhǎng)742m，為上、下兩平行隧道，位于淮海中路下面。該區(qū)間隧道采用逆向施工技術(shù)進(jìn)行掘進(jìn)，先埋設(shè)地下管線，在隧道軸線上預(yù)留門(mén)洞，再進(jìn)行路面鋪裝，而后進(jìn)入地下施工。 兩車(chē)站各預(yù)留施工沉井，井口邊長(zhǎng)僅8m，且偏離隧道軸線設(shè)置。沉井深15m，施工出土、進(jìn)料都由井口通過(guò)。同時(shí)控制點(diǎn)受施工現(xiàn)場(chǎng)限制，控制點(diǎn)所在的建筑物在施工區(qū)沉井旁，建筑物沉降使控制點(diǎn)產(chǎn)生位移，由此給確保隧道貫通測(cè)量的精度帶來(lái)很大難度。 隧道貫通測(cè)量誤差，是指縱、橫向和豎向誤差。縱向誤差影響掘進(jìn)長(zhǎng)度，橫向、豎向誤差則影響貫通的準(zhǔn)確性。2 橫向貫通測(cè)量 橫向貫通測(cè)量一

4、般包括：地面控制測(cè)量；豎井聯(lián)系測(cè)量；井下導(dǎo)線測(cè)量。如圖1，424甲控制點(diǎn)設(shè)置在常熟路附近建筑物上，距井口170m。423在瑞金路比較穩(wěn)定的建筑物上，距井口約180m。這兩點(diǎn)是該地鐵區(qū)段上、下行線隧道貫通測(cè)量的起始點(diǎn)。               圖1 控制點(diǎn)分布圖2.1 誤差源 （1）424甲423方向與隧道軸線近似平行，故起始邊長(zhǎng)度誤差對(duì)橫向貫通誤差的影響可忽略不計(jì)。423設(shè)置在穩(wěn)固的建筑物上，點(diǎn)位誤差可不計(jì)。關(guān)鍵是424甲因施工現(xiàn)場(chǎng)條件限制，所在的建筑

5、物旁是正在施工的車(chē)站出入口沉井，建筑物的沉降可能產(chǎn)生控制點(diǎn)位移，控制點(diǎn)復(fù)位后的坐標(biāo)與初始坐標(biāo)點(diǎn)位誤差M1=±10mm。 （2）傳遞至沉井口控制點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差 式中 ms=±12mm，m=±2.5，S=180m （3）井下導(dǎo)線實(shí)際為一支導(dǎo)線，其終點(diǎn)橫向點(diǎn)位中誤差為： 式中 m=±2.5，S=742mm，n=8 （4）進(jìn)洞時(shí)的聯(lián)系測(cè)量，常規(guī)方向線法、投點(diǎn)法在施工現(xiàn)場(chǎng)不宜采用，故采用經(jīng)緯儀配測(cè)距儀，使用直接傳遞法進(jìn)行進(jìn)洞聯(lián)系測(cè)量。建設(shè)單位要求測(cè)量貫通中誤差為： M橫=±25mm 偏差值分配： 聯(lián)系測(cè)量的允許測(cè)角中誤差： 式中S=742m。井口的聯(lián)系（

6、圖2）情況為             圖2 井口聯(lián)系測(cè)量 測(cè)角照準(zhǔn)外面為長(zhǎng)邊，進(jìn)洞為短邊； 測(cè)站1至0號(hào)點(diǎn)垂直大于30度； 測(cè)站1至0號(hào)點(diǎn)傳遞距離方向大致垂直于隧道軸線，所產(chǎn)生距離誤差對(duì)橫向精度產(chǎn)生影響。 這三種因素使貫通精度銳減。2.2 針對(duì)誤差來(lái)源采取的對(duì)策 （1）各控制點(diǎn)均為強(qiáng)制歸心的金屬墩或磚砌標(biāo)，井下導(dǎo)線點(diǎn)在隧道管片壁上雙層吊籃內(nèi)設(shè)置，一層為觀測(cè)人員站，另一層為經(jīng)緯儀設(shè)站，設(shè)站為強(qiáng)制歸心，以消除對(duì)點(diǎn)誤差。 （2）為了監(jiān)測(cè)424甲控制點(diǎn)穩(wěn)定性，并可恢復(fù)原有坐標(biāo)值，同時(shí)

7、為保持與原地鐵控制點(diǎn)系統(tǒng)的連貫性，在遠(yuǎn)離施工區(qū)較穩(wěn)定的建筑物上設(shè)置504、425、431等三個(gè)控制點(diǎn)，與424甲點(diǎn)構(gòu)成大地四邊形邊角控制網(wǎng)（圖1），按城市測(cè)量規(guī)范三等控制測(cè)量精度規(guī)格要求進(jìn)行施測(cè)。施測(cè)中采用WILD T2經(jīng)緯儀測(cè)角9測(cè)回，用DI2002紅外測(cè)距儀，標(biāo)稱(chēng)精度（1mm+ppm·D）作對(duì)向測(cè)距。 表1 網(wǎng)的精度和424甲坐標(biāo)變化  日 期 測(cè)角中誤差（） 最弱邊相對(duì)中誤差 X（m） Y(m) 93.2.11 93.7.6 93.9.16 94.2.17 1.12 1

8、.13 1.54 0.72 1/36萬(wàn) 1/28萬(wàn) 1/20萬(wàn) 1/38萬(wàn) 27756.1981  .2000  .1983  .2112 12978.3654  .3848  .3919  .3776 控制點(diǎn)監(jiān)測(cè)安排在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)之前、盾構(gòu)機(jī)出洞之前的井下導(dǎo)線最后一次施測(cè)之前以及洞門(mén)中心坐標(biāo)施測(cè)之前進(jìn)行。每次復(fù)測(cè)對(duì)504、425、431所構(gòu)成的三角形外業(yè)成果進(jìn)行分析比較，其固定角不超過(guò)±1.8，測(cè)距相對(duì)精度不超過(guò)1/8萬(wàn)，則可用作嚴(yán)密的邊角網(wǎng)平差

9、推算424甲坐標(biāo)。 表1可見(jiàn)，424甲受建筑物沉降影響，不穩(wěn)定。X值最大變化1.31cm，Y值最大變化2.65cm，超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定要求，每復(fù)測(cè)一次后采用復(fù)測(cè)的新坐標(biāo)。 每次三角網(wǎng)復(fù)測(cè)，必須對(duì)網(wǎng)的另一端控制點(diǎn)423作定向聯(lián)測(cè)，測(cè)角9測(cè)回，對(duì)向測(cè)距。由表2分析，X最大差值為0.76cm，Y最大差值為1.7cm。經(jīng)分析Y變化與測(cè)距有關(guān)，對(duì)424甲423兩點(diǎn)方向角影響在規(guī)定范圍之內(nèi)，所以423點(diǎn)坐標(biāo)全部采用初始觀測(cè)成果。  表2 423坐標(biāo)變化  日 期 X（m） Y（m） 93.2.11 93.7.6 93.9.16 94

10、.2.17 28268.1386  .1441  .1366  .1442 14016.2564  .2407  .2520  .2392 （3）聯(lián)系測(cè)量中，經(jīng)測(cè)試，覘牌與測(cè)站相距18m，覘牌中心與儀器中心有23秒偏差。為此，專(zhuān)門(mén)加工一種特制覘牌，經(jīng)檢定證明，特制覘牌中心與儀器中心一致。另外，經(jīng)緯儀基座圓水泡置平精度不能確保照準(zhǔn)覘標(biāo)垂直性，添置了附有長(zhǎng)水泡的基座架頭，使垂直精度得到保證。 聯(lián)系測(cè)量中，井口測(cè)站至井底測(cè)站的垂直角大于30°，經(jīng)緯儀的旋轉(zhuǎn)軸不垂直而產(chǎn)生的水平角誤差，可采用長(zhǎng)水泡讀數(shù)，計(jì)算后進(jìn)行

11、角度改正。由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制，操作不便，為此在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模擬試驗(yàn)，結(jié)果證明，經(jīng)過(guò)附件配置后的這架經(jīng)緯儀垂直軸垂直關(guān)系符合要求，能滿(mǎn)足地鐵隧道貫通測(cè)量精度。 聯(lián)系測(cè)量中，長(zhǎng)、短距離的目標(biāo)照準(zhǔn)之比約10：1，采用同一方向正倒鏡觀測(cè)法觀測(cè)聯(lián)系方向，以減少調(diào)焦誤差對(duì)水平角觀測(cè)的影響。 聯(lián)系測(cè)量中，測(cè)站-1至0#點(diǎn)的距離傳遞使用標(biāo)稱(chēng)精度為（1mm+1ppm·D）紅外測(cè)距儀，減少了因測(cè)距誤差而引起橫向誤差增大。 （4）井下導(dǎo)線點(diǎn)是固定在管片頂部雙層吊籃按四等導(dǎo)線要求進(jìn)行測(cè)量。優(yōu)點(diǎn)是精度能保證，點(diǎn)位不受損壞，掘進(jìn)施工互不干擾?？刂泣c(diǎn)距離按平曲線半徑和豎曲線的坡度而定，一般為100m左右。為確保精度，該

12、支導(dǎo)線采用雙導(dǎo)線或閉合復(fù)測(cè)法檢查，新吊籃坐標(biāo)引測(cè)，也可采用比較穩(wěn)定的后兩吊籃幾次坐標(biāo)平均值，作為起始坐標(biāo)或起始方位。井下導(dǎo)線可隔站觀測(cè)，增大導(dǎo)線邊長(zhǎng)，減少測(cè)站數(shù)，提高精度。 隧道貫通橫向誤差，主要根據(jù)坐標(biāo)值變化大小，針對(duì)各類(lèi)誤差來(lái)源，采取各種對(duì)策，取得成效。從上、下行線導(dǎo)線成果數(shù)據(jù)表分析，經(jīng)幾次重復(fù)施測(cè)，上行線同一點(diǎn)X坐標(biāo)值最大誤差為1.65cm，下行線同一點(diǎn)X坐標(biāo)值最大誤差為2.66cm，保證了貫通精度。為盾構(gòu)機(jī)的正確推進(jìn)提供了基礎(chǔ)保證。3 豎向貫通測(cè)量 在每一地鐵車(chē)站附近都設(shè)有地鐵二等水準(zhǔn)點(diǎn)，按二等精密水準(zhǔn)測(cè)量要求，引測(cè)高程至沉井口臨時(shí)點(diǎn)上。地面高程傳遞至井底，采用懸掛鋼尺法（經(jīng)鑒定后的鋼

13、尺）傳遞至井底兩固定點(diǎn)上，隧道內(nèi)高程點(diǎn)間距一般在100m以?xún)?nèi)，按三等水準(zhǔn)要求施測(cè)。 誤差分析及閉合差分配： （1）地面兩固定水準(zhǔn)點(diǎn)間允許誤差 （R按1km計(jì)算） （2）固定水準(zhǔn)點(diǎn)分別引測(cè)高程至兩井口臨時(shí)點(diǎn)的允許誤差 （R按500m計(jì)算） （3）隧道內(nèi)三等水準(zhǔn)偶然中誤差 （R按1km計(jì)算） （4）建設(shè)單位要求豎向貫通測(cè)量誤差 （5）地面高程傳遞至井底高差中誤差為 因高程傳遞兩井分別進(jìn)行，則單井高程傳遞為 由于采用懸掛鋼尺法高程傳遞，其中誤差不超過(guò)±3mm，所以豎向貫通測(cè)量精度容易達(dá)到。4 盾構(gòu)機(jī)控制量 地鐵隧道貫通精度包括三維控制測(cè)量以及盾構(gòu)機(jī)施工三維控制測(cè)量。前者控制測(cè)量是基礎(chǔ)，其精

14、度直接影響貫通；后者控制測(cè)量是依據(jù)前者的三維控制坐標(biāo)，指導(dǎo)控制盾構(gòu)機(jī)按投計(jì)軸線掘進(jìn)，保證隧道管片安裝精度。兩者相互依存，是貫通精度的保證。 盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)過(guò)程中，測(cè)量人員首要任務(wù)是牢牢地掌握盾構(gòu)機(jī)方向，讓盾構(gòu)機(jī)沿著設(shè)計(jì)里程、軸線、高程掘進(jìn)，并正確進(jìn)入接收井口的預(yù)留門(mén)洞。 盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)考慮因旋轉(zhuǎn)對(duì)水平偏差的影響，使盾構(gòu)中心軸線與理論軸線相互一致。盾構(gòu)機(jī)每向前行經(jīng)的距離全靠千斤頂伸出的行程量。對(duì)于直線段和曲線路徑都要導(dǎo)出公式，改正盾構(gòu)機(jī)切口和尾部對(duì)理論軸線行徑的改正數(shù)，因此對(duì)盾構(gòu)機(jī)控制測(cè)量必須采取以下方法和措施：在盾構(gòu)機(jī)頂部中心軸線上，固定一水平前尺和水平后尺，并量取距離（圖3），以控制盾

15、構(gòu)橫向偏差。 2.472 1.540 2.538 切 前 后 盾 口 尾   圖3 盾構(gòu)機(jī)頂部測(cè)尺布置 盾構(gòu)推進(jìn)方向中心軸左方水平尺刻劃為紅色，右方刻劃黑色注記。經(jīng)緯儀拔角指向水平紅色，讀數(shù)為“+”，黑色讀數(shù)為“”。 （2）在水平后尺中心固定一根水準(zhǔn)尺，尺底指向盾構(gòu)中心3.13m處引測(cè)中心高程。 （3）在質(zhì)構(gòu)旁腔內(nèi)懸掛1m長(zhǎng)的垂球，指向刻劃為1cm×1.74cm的坡度板?？v向刻劃每隔1cm計(jì)算切口和盾尾高程；橫向刻劃1.74cm表示1度，計(jì)算盾構(gòu)轉(zhuǎn)角改正數(shù)。以上數(shù)據(jù)根據(jù)幾何原理，導(dǎo)出下列計(jì)算公式： （1）平面部分 轉(zhuǎn)角改正  為轉(zhuǎn)角，右轉(zhuǎn)為負(fù)號(hào)，左轉(zhuǎn)為正號(hào)。 設(shè)計(jì)軸線與推進(jìn)軸線不平行偏差計(jì)算： 切口差：1.605×讀數(shù)差 尾部差： 2.648×讀數(shù)差 （2）高程部分 令坡度為I，與設(shè)計(jì)值差為： 切口=i×4.012；