浅谈地铁盾构施工测量控制
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【摘 要】隨着城市建设的飞速发展，我国在各大城市都开展了地铁建设。目前地下铁道建设中，盾构施工以其独特的施工工艺和较高的技术性和经济优越性，在隧道施工中广泛的得到了采用，为了满足盾构掘进并能按照设计要求贯通（贯通误差必须<50mm），必须研究每一步施工测量工作所带来的误差，其中包括地面控制测量、竖井联系测量和地下导线测量。地面测量条件较好、地面控制测量可以采用的提高测量精度的方法有很多，但是竖井联系测量和地下导线测量就相对较为困难，因此，在盾构施工测量中主要是对这两项提出了较高的精度要求。
【关键词】地铁工程；盾构施工；施工测量精度
前言
盾构施工技术以其安全、高效、可穿越复杂地层的特点，在地铁、引水工程、地下综合管廊等工程中被广泛应用。与传统的施工方法相比，盾构法不仅安全、快速，而且不会对地面交通正常运行造成不良影响。盾构施工中所采用的有效合理的测量措施，是确保工程施工安全、高效的重要保障。
1控制测量
1.1地面控制测量
地面控制测量是建立合适的测量控制系统，提供可靠的地面控制点，为联系测量提供起算依据，同时作为竣工测量的起算数据。地面测量控制网的点位由甲方负责提供，定期对甲方提供的GPS控制点、精密导线点及高程点进行复测，建立地面导线控制网、地面高程控制网，精度符合要求后进行近井点控制测量。
1.2高程控制测量
高程控制测量主要包括地面精密水准测量和高程传递测量及洞内精密水准测量，本工程的精密水准测量采用城市二等水准测量。其技术要求按《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》执行。
1.3地下控制测量
盾构区间控制测量导线采用交叉双导线的形式布设，观测时采用交叉观测，通过多余观测相互检核。随着盾构的掘进布设控制点，控制延伸测量时，检核起算点稳定性后双支导线测设。高程测量采用二等水准测量，并起算于地下近井水准点。为方便施工每120m布设一个水准点，水准测量与传递高程测量同步进行，重复水准点测量高程较差应小于5mm，满足要求时取其平均值作为控制点成果。本区间通过加测陀螺方位角提高控制网精度。选用陀螺经纬仪的标称精度不得低于15″，地面已知边陀螺观测站应稳定无干扰，通视良好的两个地面控制点作为校准方向[1]。地下定向边陀螺观测时应停止施工关闭设备，定向边边长以150m为宜，定向测量采用“地面已知边一地下定向边一地面已知边”的测量程序。陀螺方位角测量每次应测三测回，测回间陀螺方位角较差应小于20″，测定仪器常数时应进行子午线收敛角改正。测定的陀螺仪常数平均值的较差应小于15″，每次陀螺仪经纬仪定向应尽可能在当天完成。
2联系测量
联系测量是为了确定地下始发边在地面坐标系统中的平面坐标和方位角。本工程区间全长大于1500m，根据现场情况采用两井定向，隧道掘进到约100m、300m、900m以及距贯通面100m～200m时进行联系测量。竖井中钢丝选用φ0.3mm钢丝，悬挂10kg重锤浸没在阻尼液中。通过加长钢丝距离、控制点选用强制对中墩，减小测量误差。每次联系测量独立进行三次，取三次平均值作为联系测量成果。高程传递测量采用悬挂钢尺法，将钢尺悬挂在支架上，钢尺上悬挂与钢尺检定时相同质量的重锤，地上、地下两台水准仪同时读数，同时地下近井高程点不少于2个。高程传递独立观测三测回，测回间变动仪器高并记录温度，三测回测得地上、地下水准点间的高差较差应小于3mm。内页处理时进行温度、尺长改正。使用近井定向边和地下近井高程点前，应对定向边之间和高程点之间进行检核，其不符值应分别小于12″和2mm。联系测量各次地下近井定向边方位角较差应小于16"，地下高程点高程较差应小于3mm，符合要求时，可取各次测量成果的平均值作为后续测量的起算数据指导隧道贯通。
3盾构机的测量
3.1盾构机姿态测量
在盾构施工过程中为了保证盾构机按照设计规定的路线掘进，一般在盾构机上安装有导向装置，比如陀螺仪、TCA全站仪等等，这些装置在盾构机的掘进过程中会随时标示出盾构机的姿态以及需要纠正的参数[2]。但是，由于导向装置本身的测量精度有限，加之受到施工干扰等因素的影响，导致导向装置提供的数据不可靠、测量精度也不高。为此需要依靠人工测量方法对盾构机导向系统进行检验校对，并对盾构机姿态进行检核测量。盾构机姿态测量主要测定的是盾构机掘进瞬时位置是否符合设计要求，在测量工作中主要是利用全站仪和一些其他辅助工具，测定根据不同的盾构机特点而在盾构机上设置的一些标志点，从而通过几何计算确定盾构机瞬时掘进位置的正确性，为盾构机操作人员提供操作校正参数。盾构机姿态测量内容主要包括：平面偏离、高程偏离、纵向坡度、横向旋转、旋切口里程等。
3.2盾构机导向系统调试与掘进测量
力信导向系统（RMS-D）硬件主要是由徕卡TS15A全站仪、激光靶、工业电脑、控制盒、棱镜及电台等几部分组成，在盾构机上对硬件进行组装，通讯进行调试。安装全站仪吊篮，后视吊篮，测量出三维坐标。计算隧道设计中线的坐标、新建工程导入线路数据、盾构机零位数据输入（始发棱镜坐标、盾首盾尾坐标、倾斜仪数据）、学习测量后导向系统正常运行，按照导向系统显示参数进行推进。在盾构推进过程中可对各种参数进行查询和导出，定期对工程数据进行备份防止数据丢失。
3.3盾构机的人工复核测量
准确测定盾构机姿态是确保隧道贯通的重要环节。虽然盾构机所配备的测量自动导向系统是很先进的，但是，由于制约导向装置本身精度的主客观因素很多，导向装置提供的数据往往精度不高、数据不可靠。为了使SLS-T系统测出的盾构机姿态精准、可靠，我们必须依靠人工测量方法对盾构机导向系统进行检核，对盾构机姿态进行检核测量。
3.4盾构机始发测量
盾构机始发测量包括洞门预埋钢环复测、始发架测量、反力架测量、盾构机初始姿态测量等。其一，洞门钢环复测。洞门钢环的安装定位是在车站侧墙施工过程中进行的，安装过程中使用的车站底板控制点定位，同时受安装误差、后期变形等影响，需要进行洞门钢环复测。进行洞门钢环复测时，必须使用盾构始发边控制点，以此控制盾构机始发姿态和接收时盾构机的出洞姿态。其二，始发架测量。主要控制导轨的中线和高程，本工程盾构机无铰接且盾构机始发后13.6m便进入R600右转曲线，且加固区长8m，考虑盾构机加固区不宜纠偏，盾构机盾尾隧道中线左偏20mm，以确保隧道成型质量。导轨前后高程与设计一致。其三，反力架测量。反力架为盾构机推进提供反力，反力架的姿态直接影响盾构机始发阶段推进时的盾构姿态。反力架定位测量可使用全站仪进行测设，测设完成后应进行检查测量，主要做到反力架与负环管片接触的端面与盾构机始发轴线垂直。其四，盾构机初始姿态测量。通过悬挂垂球法测出盾首盾尾坐标，盾构机顶盾首盾尾位置测出高程，计算出盾构机盾首、盾尾三维空间坐标，根据盾构机内对称点测量三维坐标计算旋转角。得到盾构机初始姿态水平偏航、垂直偏航、俯仰角、旋转角等盾构机初始姿态。同时在盾构机内布设13个标志点，点的分布均匀有纵深，在测量盾构机初始姿态同时对标志点进行数据采集。
总结
由于盾构机的自动测量系统必须有控制测量的支持才能运作，所以控制测量是盾构隧道测量的基础。为了保证隧道的顺利贯通，我们首先要做好控制测量，然后就是保证自动测量系统的正常运行，定期对盾构姿态进行人工检测，保证导向系统的正确可靠。加强管环姿态检测，及时发现管环的位移趋势，防止管环安装侵限。加强管环姿态的检测同时也是对自动测量系统的复核。
参考文献：
[1]边大勇.地铁盾构区间施工测量技术研究[J].测绘通报，2011（04）：55-59.
[2]方门福.地铁控制测量检测技术方法探讨[J].城市勘测，2014（4）：123-126.251
（作者单位：中国电建市政建设集团有限公司）
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