廣州地鐵盾構(gòu)施工控制測(cè)量措施

1、廣州地鐵盾構(gòu)施工控制測(cè)量措施摘要:以廣州地鐵盾構(gòu)施工為背景,介紹盾構(gòu)施工中不同階段的測(cè)量方法,根據(jù)盾構(gòu)機(jī)的構(gòu)造、姿態(tài)、定位特點(diǎn)進(jìn)展深化討論并采取有效測(cè)量措施,保證盾構(gòu)以正確姿態(tài)按設(shè)計(jì)掘進(jìn)和貫穿,最后闡述貫穿后的相關(guān)測(cè)量工作。關(guān)鍵詞:廣州地鐵;盾構(gòu)施工;測(cè)量措施;貫穿1引言隨著經(jīng)濟(jì)全球化開(kāi)展和改革開(kāi)放的深化,廣州城市經(jīng)濟(jì)開(kāi)展迅速,城市交通問(wèn)題突出,在高樓密集、道路擁擠的廣州解決交通問(wèn)題,以平安、快捷、環(huán)保著稱的地鐵是首眩廣州地鐵自1993年開(kāi)工建立以來(lái),經(jīng)過(guò)十來(lái)年地鐵工程建立,先后開(kāi)通了4條地鐵線路,舒緩了廣州的交通壓力。廣州地鐵建立獲得重大的成功之一是盾構(gòu)技術(shù)的引用。廣州地鐵以修建地鐵一號(hào)線為

2、契機(jī),采取國(guó)際招標(biāo)的方式在軟土和復(fù)合地層中修建了地鐵隧道。尤其是廣州地區(qū)復(fù)合地層盾構(gòu)的成功理論,完畢了關(guān)于廣州地區(qū)修建隧道宜采用礦山法還是盾構(gòu)法的爭(zhēng)論。在一號(hào)線獲得成功經(jīng)歷的根底上,廣州地鐵在其二、三、四、五號(hào)和廣佛線路大幅度采用盾構(gòu)技術(shù)(廣州地鐵盾構(gòu)施工情況見(jiàn)表1)。地鐵是一個(gè)綜合體,建立一條高質(zhì)量的地鐵,是由多學(xué)科綜合技術(shù)構(gòu)成的,除了高標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)、先進(jìn)的施工設(shè)備、工藝、材料外,主要還取決于施工的精度,所以有效合理的測(cè)量措施是實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和施工精度(橫向貫穿50,縱向貫穿25)的重要保證。2盾構(gòu)施工前測(cè)量2.1控制點(diǎn)復(fù)測(cè)(1)平面控制點(diǎn)復(fù)測(cè)平面控制點(diǎn)是為地鐵施工沿線路方向測(cè)設(shè)的精細(xì)導(dǎo)線點(diǎn),

3、使用前必須按技術(shù)要求進(jìn)展復(fù)測(cè),其主要技術(shù)要求:導(dǎo)線測(cè)角中誤差2.5;導(dǎo)線測(cè)距中誤差6;導(dǎo)線方位角閉合差導(dǎo)線測(cè)距相對(duì)中誤差1/60000;導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差1/35000;相鄰點(diǎn)的相對(duì)點(diǎn)位中誤差8;導(dǎo)線最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差15;導(dǎo)線附(閉)合長(zhǎng)度35k;(2)高程控制點(diǎn)復(fù)測(cè)觀測(cè)方法:奇數(shù)站上為:后前前后;偶數(shù)站上為:前后后前。主要技術(shù)要求:每千米高差中數(shù)偶爾中誤差2;每千米高差中數(shù)全中誤差4觀測(cè)次數(shù):往返測(cè)各1次;平坦地往返附合或環(huán)線閉和差2.2施工測(cè)量方案設(shè)計(jì)測(cè)量方案是根據(jù)本標(biāo)段工程實(shí)際情況,布置地上平面、高程加密控制點(diǎn)和地下平面、高程控制點(diǎn),對(duì)控制樁的保護(hù)措施做好聯(lián)絡(luò)測(cè)量的方案,計(jì)算因控制網(wǎng)而

4、造成盾構(gòu)區(qū)間貫穿的誤差分析以及在施工測(cè)量放樣的詳細(xì)方法等。2.3地面平高控制點(diǎn)加密(1)導(dǎo)線點(diǎn)加密測(cè)量:利用現(xiàn)有的GPS點(diǎn)和精細(xì)的精度為(L為水準(zhǔn)線路長(zhǎng)度,以k計(jì))。2.4聯(lián)絡(luò)測(cè)量(1)定向聯(lián)絡(luò)測(cè)量定向原理:見(jiàn)圖1,測(cè)量?jī)x器是全站儀+反射片,在整個(gè)施工過(guò)程中,坐標(biāo)傳遞4次。井上、井下聯(lián)絡(luò)三角形滿足以下要求:兩懸吊鋼絲間距處不小于6。定向角應(yīng)小于3。a/及a/的比值小于1.5倍。聯(lián)絡(luò)三角形邊長(zhǎng)測(cè)量,每次獨(dú)立測(cè)量3測(cè)回,每測(cè)回往返3次讀數(shù),各測(cè)回較差在地上小于0.5,在地下小于1.0。地上與地下測(cè)量同一邊的較差小于2。角度觀測(cè),用全圓測(cè)回法觀測(cè)4測(cè)回,測(cè)角中誤差在4之內(nèi)。各測(cè)回測(cè)定的地下起始邊方位

5、角較差不大于20,方位角平均值中誤差應(yīng)在12之內(nèi)。聯(lián)絡(luò)三角形一次定向獨(dú)立進(jìn)展3測(cè)回,每測(cè)回后,變動(dòng)2個(gè)吊錘位置重新進(jìn)展定向測(cè)量,共有3套不同的完好觀測(cè)數(shù)據(jù)。(2)高程聯(lián)絡(luò)測(cè)量整個(gè)區(qū)間施工中,高程傳遞至少3次。傳遞高程的地下近井點(diǎn)不少于2個(gè),并對(duì)地下高程點(diǎn)間的幾何關(guān)系進(jìn)展檢核。測(cè)量近井水準(zhǔn)點(diǎn)的高程線路應(yīng)附合在地面相鄰精細(xì)水準(zhǔn)點(diǎn)上。采用在豎井內(nèi)懸吊鋼尺的方法進(jìn)展高程傳遞時(shí),地上和地下安置的2臺(tái)水準(zhǔn)儀應(yīng)同時(shí)讀數(shù),每次獨(dú)立觀測(cè)3測(cè)回,每測(cè)回變動(dòng)儀器高度,3測(cè)回得地上、地下水準(zhǔn)點(diǎn)的高差較差應(yīng)小于3,并在鋼尺上懸吊與鋼尺檢定時(shí)一樣質(zhì)量的重錘。3測(cè)回測(cè)定的高差進(jìn)展溫度、尺長(zhǎng)修正。傳遞高程測(cè)量(見(jiàn)圖2)3盾構(gòu)

6、施工中測(cè)量3.1施工控制測(cè)量盾構(gòu)施工控制測(cè)量最大特點(diǎn)是所有的控制導(dǎo)線點(diǎn)和控制水準(zhǔn)點(diǎn)均處運(yùn)動(dòng)狀態(tài),所以盾構(gòu)施工測(cè)量中導(dǎo)線的后延伸測(cè)量和水準(zhǔn)點(diǎn)的復(fù)測(cè)顯得尤為重要。(1)地下導(dǎo)線測(cè)量廣州地鐵采用雙支導(dǎo)線的方法,雙支導(dǎo)線每前進(jìn)一段穿插一次。每一個(gè)新的施工控制點(diǎn)由2條道路傳算坐標(biāo)。當(dāng)檢核無(wú)誤,最后取平均值作為新點(diǎn)的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。線路平面示意圖如圖3。地下導(dǎo)線測(cè)設(shè)要求:導(dǎo)線直線段約150布設(shè)一個(gè)控制導(dǎo)線點(diǎn),曲線段控制導(dǎo)線點(diǎn)(包括曲線要素上的控制點(diǎn))布設(shè)間距不少于60。按等導(dǎo)線的技術(shù)要求施測(cè).每次延伸施工控制導(dǎo)線測(cè)量前,對(duì)已有的施工控制導(dǎo)線前3個(gè)點(diǎn)進(jìn)展檢測(cè)無(wú)誤后再向前延伸。施工控制導(dǎo)線在隧道貫穿前測(cè)量5次,其測(cè)

7、量時(shí)間與豎井定向同步。當(dāng)重合點(diǎn)重復(fù)測(cè)量的坐標(biāo)值與原測(cè)量的坐標(biāo)值較差小于10時(shí),采用逐次的加權(quán)平均值作為施工控制導(dǎo)線延伸測(cè)量的起算值。在掘進(jìn)1000和2000時(shí),加測(cè)陀螺方位角加以校核。3.2盾構(gòu)機(jī)始發(fā)測(cè)量(1)盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)軌定位測(cè)量盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)軌測(cè)量主要控制導(dǎo)軌的中線與設(shè)計(jì)隧道中線偏向不能超限,導(dǎo)軌的前后高程與設(shè)計(jì)高程不能超限,導(dǎo)軌下面是否堅(jiān)實(shí)平整等,見(jiàn)圖4、圖5。(2)反力架定位測(cè)量反力架定位測(cè)量包括反力架的高度、俯仰度、偏航等,反力架下面是否堅(jiān)實(shí)、平整。反力架的穩(wěn)定性直接影響到盾構(gòu)機(jī)始開(kāi)掘進(jìn)是否能正常按照設(shè)計(jì)的方位進(jìn)展。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.(3)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)初始測(cè)量盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)初始測(cè)量包括測(cè)量程度偏

8、航、俯仰度、改變度。盾構(gòu)機(jī)的程度偏航、俯仰度是用來(lái)判斷盾構(gòu)機(jī)在以后掘進(jìn)過(guò)程中是否在隧道設(shè)計(jì)中線上前進(jìn),改變度是用來(lái)判斷盾構(gòu)機(jī)是否在容許范圍內(nèi)發(fā)生改變。盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)測(cè)量原理。盾構(gòu)機(jī)作為一個(gè)近似圓柱的三維體,在開(kāi)場(chǎng)隧道掘進(jìn)后我們是不能直接測(cè)量其刀盤的中心坐標(biāo)的,只能用間接法來(lái)推算。在盾構(gòu)機(jī)殼體內(nèi)適當(dāng)位置上選擇觀測(cè)點(diǎn)就成為必要,這些點(diǎn)既要有利于觀測(cè),又有利于保護(hù),并且互相間間隔 不能變化。在圖6中,點(diǎn)是盾構(gòu)機(jī)刀盤中心點(diǎn),A點(diǎn)和B點(diǎn)是在盾構(gòu)機(jī)前體與中體交接處,螺旋機(jī)根部下面的2個(gè)選點(diǎn)。點(diǎn)和D點(diǎn)是螺旋機(jī)中段靠下側(cè)的2個(gè)點(diǎn),E點(diǎn)是盾構(gòu)機(jī)中體前斷面的中心坐標(biāo),A、B、D4點(diǎn)上都貼有測(cè)量反射鏡片。由A、B、D、

9、5點(diǎn)所構(gòu)成的2個(gè)四面體中,測(cè)量出每個(gè)角點(diǎn)的三維坐標(biāo)(xi,yi,zi)后,把每個(gè)四面體的4個(gè)點(diǎn)之間的相對(duì)位置關(guān)系和6條邊的長(zhǎng)度L計(jì)算出來(lái),作為以后計(jì)算的初始值,在以后的掘進(jìn)過(guò)程中,Li將是不變的常量(假設(shè)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中前體不發(fā)生太大形變),通過(guò)測(cè)量A、B、D4點(diǎn)的三維坐標(biāo),用(x,y,z)、L就能計(jì)算出點(diǎn)的三維坐標(biāo)。用同樣的原理,A、B、D、E5點(diǎn)也可以構(gòu)成2個(gè)四面體,相應(yīng)地E點(diǎn)的三維坐標(biāo)也可以求得。由E、2點(diǎn)的三維坐標(biāo)和盾構(gòu)機(jī)的絞折角就能計(jì)算出盾構(gòu)機(jī)刀盤中心的程度偏航、垂直偏航,由A、B、D4點(diǎn)的三維坐標(biāo)就能確定盾構(gòu)機(jī)的改變角度,從而到達(dá)了檢測(cè)盾構(gòu)機(jī)的目的。(4)SLS-T導(dǎo)向系統(tǒng)初始測(cè)量

10、SLS-T導(dǎo)向系統(tǒng)初始測(cè)量包括:隧道設(shè)計(jì)中線坐標(biāo)計(jì)算,TA(智能型全站儀)托架和后視托架的三維坐標(biāo)的測(cè)量,VT初始參數(shù)設(shè)置和掘進(jìn)等工作。隧道設(shè)計(jì)中線坐標(biāo)計(jì)算:將隧道的所有平面曲線要素和高程曲線要素輸入VT軟件,VT將會(huì)自動(dòng)計(jì)算出每間隔1里程的隧道中線的三維坐標(biāo)。隧道中線坐標(biāo)需經(jīng)過(guò)其他方法屢次復(fù)核無(wú)誤前方可使用。TA托架和后視托架的三維坐標(biāo)的測(cè)量:TA托架上安放全站儀,后視托架上安放后視棱鏡。通過(guò)人工測(cè)量將TA托架和后視托架的中心位置的三維坐標(biāo)測(cè)量出來(lái)后,作為控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的起始測(cè)量數(shù)據(jù)。VT初始參數(shù)設(shè)置:將TA的中心位置的三維坐標(biāo)以及后視棱鏡的坐標(biāo)、方位角(單位以g計(jì)算)輸入控制計(jì)算機(jī)“sta

11、tin窗口文件里,TA定向完成后,啟動(dòng)計(jì)算機(jī)上的“advane,TA將照準(zhǔn)激光標(biāo)靶并測(cè)量其坐標(biāo)和方位。根據(jù)激光束在標(biāo)靶上的測(cè)量點(diǎn)位置和激光標(biāo)靶內(nèi)的光柵,可以確定激光標(biāo)靶程度位置和豎直位置,根據(jù)激光標(biāo)靶的雙軸測(cè)斜傳感器可以確定激光標(biāo)靶的俯仰角和滾動(dòng)角,TA可以測(cè)得其與激光靶的間隔 ,以上資料隨推進(jìn)千斤頂和中折千斤頂?shù)纳扉L(zhǎng)值及盾尾與管片的凈空值(盾尾間隙值)一起經(jīng)掘進(jìn)軟件計(jì)算和整理,盾構(gòu)機(jī)的位置就以數(shù)據(jù)和模擬圖形的形式顯示在控制室的電腦屏幕上。通過(guò)對(duì)盾構(gòu)機(jī)當(dāng)前位置與設(shè)計(jì)位置的綜合比擬,盾構(gòu)機(jī)操作手可以采取相應(yīng)措施盡快且平緩地逼近設(shè)計(jì)線路。3.3盾構(gòu)掘進(jìn)測(cè)量盾構(gòu)開(kāi)挖隧道,利用盾構(gòu)上的激光導(dǎo)向系統(tǒng)導(dǎo)向

12、。(1)盾構(gòu)井(室)測(cè)量采用聯(lián)絡(luò)測(cè)量將控制點(diǎn)傳遞到盾構(gòu)井(室)中,并利用測(cè)量控制點(diǎn)測(cè)設(shè)出線路中線點(diǎn)和盾構(gòu)安裝時(shí)所需要的測(cè)量控制點(diǎn)。測(cè)設(shè)值與設(shè)計(jì)值較差應(yīng)小于3。(2)盾構(gòu)拼裝測(cè)量安裝盾構(gòu)導(dǎo)軌時(shí),測(cè)設(shè)同一位置的導(dǎo)軌方向、坡度和高程與設(shè)計(jì)較差應(yīng)小于2。盾構(gòu)拼裝開(kāi)工后,進(jìn)展盾構(gòu)縱向軸線和徑向軸線測(cè)量,主要測(cè)量?jī)?nèi)容包括刀口、機(jī)頭與盾尾連接點(diǎn)中心、盾尾之間的長(zhǎng)度測(cè)量;盾構(gòu)外殼長(zhǎng)度測(cè)量;盾構(gòu)刀口、盾尾和支承環(huán)的直徑測(cè)量。盾構(gòu)機(jī)與線路中線的平面偏離、高程偏離、縱向坡度、橫向旋轉(zhuǎn)和切口里程的測(cè)量,各項(xiàng)測(cè)量誤差應(yīng)滿足盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)測(cè)量誤差技術(shù)要求(見(jiàn)表2)。(3)盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量測(cè)定盾構(gòu)機(jī)實(shí)時(shí)姿態(tài)時(shí),測(cè)量一個(gè)特征點(diǎn)和一個(gè)

13、特征軸,選擇其切口中心為特征點(diǎn),縱軸為特征軸。利用隧道施工控制導(dǎo)線測(cè)定盾構(gòu)縱向軸線的方位角,該方位角與盾構(gòu)本身方位角的較差為方位角改正值,并以此修正盾構(gòu)掘進(jìn)方向。(4)襯砌環(huán)片測(cè)量襯砌環(huán)片測(cè)量包括測(cè)量襯砌環(huán)的環(huán)中心偏向、環(huán)的橢圓度和環(huán)的姿態(tài)。襯砌環(huán)片不少于35環(huán)測(cè)量一次(每環(huán)為1.5),測(cè)量時(shí)每環(huán)都測(cè)量,并測(cè)定待測(cè)環(huán)的前端面。相鄰襯砌環(huán)測(cè)量時(shí)重合測(cè)定23環(huán)片。環(huán)片平面和高程測(cè)量允許誤差為15。盾構(gòu)測(cè)量資料整理后,及時(shí)報(bào)送盾構(gòu)操作人員。(5)盾構(gòu)掘進(jìn)以SLS-T導(dǎo)向系統(tǒng)為主,輔以人工測(cè)量校核利用盾構(gòu)上所帶的SLS-T自動(dòng)激光隧道導(dǎo)向系統(tǒng)及圖像靶來(lái)完成隧道內(nèi)盾構(gòu)機(jī)位置、形態(tài)及管片位置等隧道內(nèi)的測(cè)量

14、工作。SLS-T導(dǎo)向系統(tǒng)可以全天候的動(dòng)態(tài)顯示盾構(gòu)機(jī)當(dāng)前位置相對(duì)于隧道設(shè)計(jì)軸線的位置偏向,主司機(jī)可根據(jù)顯示的偏向及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)姿態(tài),使得盾構(gòu)機(jī)可以沿著正確的方向掘進(jìn)。為了確保導(dǎo)向系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、確保盾構(gòu)機(jī)可以沿著正確的方向開(kāi)挖,每周進(jìn)展2次人工測(cè)量復(fù)核。4盾構(gòu)施工(貫穿)后測(cè)量4.1貫穿測(cè)量隧道貫穿前50要加密各項(xiàng)測(cè)量次數(shù),做盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞前的姿態(tài)檢測(cè),TL托架坐標(biāo)檢測(cè)等。假設(shè)測(cè)量結(jié)果不符合有關(guān)要求,及時(shí)調(diào)整自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)參數(shù),確保隧道標(biāo)準(zhǔn)貫穿(貫穿實(shí)況見(jiàn)圖7、圖8)。貫穿后,用兩邊的導(dǎo)線點(diǎn)做貫穿誤差測(cè)量,包括隧道的縱向、橫向和方位角貫穿誤差測(cè)量、高程誤差測(cè)量,其限差應(yīng)符合橫向50、縱向50、高程25,廣州地鐵局部線路盾構(gòu)貫穿誤差情況見(jiàn)表3。4.2開(kāi)工測(cè)量(1)線路中線測(cè)量:在直線段上點(diǎn)間距平均為150,曲線上為60,測(cè)量隧道管片實(shí)際中線坐標(biāo)。按主控測(cè)量的方法要求進(jìn)展,技術(shù)指標(biāo)同主控測(cè)量。(2)隧道凈空測(cè)量:以測(cè)定的線路中線點(diǎn)為根據(jù),直線段每6,曲線上包括曲線要素點(diǎn)每4.5測(cè)設(shè)一個(gè)構(gòu)造橫斷面,構(gòu)造橫斷面可采用全站儀測(cè)量,測(cè)定斷面里程誤差50,測(cè)量斷面精度誤差10。5結(jié)語(yǔ)廣州地鐵盾構(gòu)施工測(cè)量方法從一號(hào)線開(kāi)場(chǎng),在學(xué)習(xí)北京、上海地鐵的根底上,形成廣