盾构隧道精密定位导向技术的研究

2015-04-08张启才

四川水泥 2015年9期

关键词：盾构导向激光

张启才

（身份证号：340828198210215312）

盾构隧道精密定位导向技术的研究

张启才

（身份证号：340828198210215312）

盾构机具有自动化程度高、误差小、施工速度快、一次成洞等多项优势，目前其使用范围十分广泛。本文以盾构隧道作为研究对象，分析盾构隧道精密定位导向技术。

盾构隧道；精密定位；误差匹配

引言

一般情况下盾构的施工地点多为中心地带，受到外界的影响比较明显，从而对盾构隧道精密定位与精确贯通带来一定难度。为了能够保证实现盾构隧道的顺利贯通，尽量减少对城市交通、给排水、供电等方面的影响，盾构隧道精密定位导向技术需要实现进一步的提升，因此对其进行研究与总结具有重要意义。

1.盾构隧道贯通误差分析

所谓的贯通误差,简单一点而言就是施工中心线在贯通面处产生错开的现象。盾构机在掘进的过程中行进的轨迹与设计路线出现偏差，导致不能顺利进洞，盾构机中心与预留门洞中心的偏差为盾构隧道贯通误差。导致出现贯通误差的原因主要有施工控制测量因素、盾构机在隧道掘进的过程中出现的误差行为、盾构机自身旋转等。在盾构隧道中，横向贯通与高程贯通精度指标最重要，是衡量隧道掘进准确度的标准[1]。贯通误差限值是决定不同阶段测量精度的依据，在盾构隧道中需要保证贯通误差与高程贯通误差控制在有限范围之内。一般贯通误差需要小于或者等于±50mm的范围，横向贯通误差小于等于±25mm,竖向贯通误差小于等于±25mm。

盾构导向系统是盾构隧道进行施工的指挥系统，有效保证了盾构掘进机按照设计线路进行施工。从原理上分析盾构自动导向系统，利用自动全站仪发射激光，照射到盾构机内设计位置安放的激光靶，通过确认激光靶安放位置与全站仪之间的相对位置关系得到盾构机的空间位置。自动全站仪、激光靶、推进千斤顶以及计算机控制系统构成了整个导向系统[2]。

盾构机在掘进的过程中根据设定的时间间隔，全站仪自动照准盾构机上安装好的两个激光靶，通过对激光靶的测量就能够得出盾构机的位置与姿态，尽量减少误差。

2.盾构隧道精密定位导向控制

利用盾构机进行地下掘进，在保持开挖面稳定的基础上保证整个隧洞顺利安全的进行开挖与衬砌。盾构隧道对施工的精度有着严格要求，考虑从到盾构隧道断面是利用盾构机完成，一次成洞的特点要求盾构机在行走的过程中其轨迹要求需要达到非常高的要求，在这种情况下就需要严格控制盾构机的定位导向。整个过程需要严密监控盾构的掘进，这是因为盾构机在掘进的过程中如果发生较大偏移会影响其使用，其次发生偏移将直接造成后续的施工操作出现难度。盾构机如果出现姿态的偏移不仅会造成路线偏移，还会导致后期管片拼装难度加大，甚至直接导致管片开裂。因此需要有效保证盾构在隧道施工中的姿态控制，减少对周围环境的影响。

（1）首先探究盾构轴线出现偏离的原因。第一，盾构在前进的过程中受到切口贯入土层的阻力、盾构正面阻力、盾构四周土地与盾克之间的摩擦力等等，这些阻力同时受到地层土体的变化、隧道埋深变化等方面的影响。第二，盾构机在制作时出现误差。第三，施工测量出现的误差直接影响到盾构机掘进方向，直接导致隧道贯通出现误差。第四，地基沉降导致轴线偏离[3]。

（2）盾构机在掘进的过程中受到外界因素的影响是不可避免的，因此研究的重点是将偏移量控制在尽量小的范围内。利用盾构导向系统实现对盾构机所在位置的动态、实时、精确测定，以及了解盾构机与设计轴线之间存在的误差大小，在此基础上联合千斤顶将管片拼接到理想位置，尽量减小偏差。目前比较常用的盾构导向系统有陀螺仪导向系统与激光导向系统两种。

3.盾构施工技术与精度定位

（1）盾构施工技术。利用盾构机进行一系列的隧道工程。其施工原理是利用一个圆柱体的钢组件沿隧洞设计轴线向前进掘进。其中的护盾能够对还未衬砌的隧洞段起到一个临时的支撑作用，不仅需要承受周围土层的压力，还承受地下水压以及发挥出挡水作用，保证各项工作的顺利进行。具体的施工过程分为，将盾构机按照设计方向向前推进，在推进的过程中需要根据围岩条件适当开动千斤顶，在保证工作面稳定的情况下将其按照设计路线推进。由于施工过程中会出现开挖面涌水等情况出现，采用气压或局部气压施工辅助施工，衬砌工程中在盾构机完成推进后迅速将管片组成环状确保下一步的推进工作顺利进行，二次衬砌是在一次衬砌的基础上进行。注浆过程中需要保证围岩条件相适合的注浆材料与注浆方法，在完成推进工作之后需要立即进行注浆，防止围岩松弛。

（2）施工测量。目前比较常见的是采用GPS控制网、竖井联系测量、地下导线测量。GPS测量结果比起传统控制测量方式有着明显优势，精度更高、经济投入更少、缩短工期。由于隧道建设是带状线路工程，利用GPS测量能够有效解决通视条件差的问题，其在隧道工程的测控工作中发挥了重要作用。竖井联系测量作为隧道贯通测量中的重要环节，其原理是利用竖井将地面与地下控制网联系在同一个坐标系中，将地面控制点的坐标、方位角与高程传输至地下隧道，有效指导盾构机的正确贯通。竖井联系测量分为平面联系测量与高程联系测量两个部分。由于在盾构机掘进的过程中需要不断对开挖方向进行检验与修正。地下导线是在盾构机掘进的过程中布设的，一般情况为了保证测量工作正常进行，关于导线点的布置一般设置在管片顶部的管顶吊篮内的仪器平台上。