盾构法施工过程中隧道轴线复测技术路线设计

唐万银

（上海市岩土工程检测中心，上海 200436）

1 引言

随着城市发展，轨道交通作为公共交通的重要组成部分，在缓解城市交通拥堵、优化城市发展布局、改善城市环境等方面发挥了巨大作用。大力发展轨道交通事业，已成为社会共识。盾构法因其施工效率高、环境危害小等优点，目前广泛应用于地铁隧道施工。轴线复测作为隧道轴线检测的一种手段，可及时为施工方提供隧道与设计轴线的偏差值，指导施工方及时调整盾构姿态，确保盾构施工顺利进洞及贯通。

2 轴线复测的工作内容及复测频率设计

要有效控制盾构掘进过程中隧道区间的控制点和隧道轴线中心、高程的偏离情况，确保盾构沿设计轴线推进，保障关键工序施工安全，轴线复测的主要工作内容及频率设计如表1 所示。

表1 轴线复测的工作内容及频率设计

3 轴线复测的技术路线设计

轴线复测项目组进场后，即可进行首级控制点的复测及地铁保护区内线路巡查，完成后提交首级控制点复测成果报告及线路巡查报告。按照轴线复测各项检测工作的顺序、工作特性及复测要求，在接到复测申请后，两天内完成外业测量工作，检测合格次日提交报表。若有超限数据，经重新测量仍超限的，上报业主及施工方。轴线复测工作流程如图1 所示。

图1 轴线复测工作流程

3.1 轴线复测技术方法设计

3.1.1 首级控制点复测

首级平面控制点复测分别测量前后相邻空导点间夹角和前后两相邻点间距离；首级高程控制点复测测量位于盾构施工区间两侧车站附近的水准点，检核其高差。平面和高程控制点提交的成果等级分别为四等导线[1]和二等水准[2]。首级平面控制复测技术要按照《工程测量规范》（GB 50026—2007）四等导线并在测距指标等方面偏高要求设计；野外水准测量观测作业遵照《国家一、二等水准测量规范》（GB/T 12897—2006）中有关二等水准的规定执行。

3.1.2 加密控制点复测

隧道内加密控制点复测，含井上井下联系测量，从地面控制点向地下传递坐标、方向和高程，通过洞门从地面向近井点引测坐标和方向的趋近测量，可采用趋近导线或边角三角形。

（1）趋近导线法

如图2 所示，KD1、KD2、KD3 是首级空导点，以相邻两个空导点作为起算点，利用导线观测方法将坐标和方位引测至隧道内。如果区间隧道位于KD2、KD1之间，即使KD3 同样满足起算点精度要求，复测时仍选KD2、KD1 作为该区间起算点，这样有利于消除相邻点位误差，保证区间隧道相对位置准确，提高贯通精度。

图2 导线法示意图

（2）联系三角形法

联系三角形法一般用于井口比较狭窄，无法进行趋近导线观测的情况。要确保联系测量的精度，井上、井下联系三角形需满足下列要求：两悬吊钢丝间距不小于5m ；定向角α（包括井上和井下）均小于3°；a/c 及a′/c′的比值小于1.5 倍[3]，如图3 所示。

图3 联系三角形法示意图

3.1.3 洞门复测

洞门中心（平面、高程）按盾构推进设计图纸进行复测较差比较。洞门复测的方法主要有空间圆拟合法与三维激光扫描法两种。

（1）空间圆拟合法

现场实测洞门钢圈内边沿的三维坐标，尽量保证测点均匀分布，内业利用隧道精灵软件进行空间圆拟合处理，拟合出钢圈洞门的中心三维坐标[4]。拟合数据成果如图4 所示。

图4 空间圆拟合成果数据

（2）三维激光扫描法

外业采用徕卡P40 三维激光扫描仪进行洞门点云数据采集，内业采用Cyclone 软件，通过对点云数据的处理，经过配准、去噪、切割、抽稀、切片等技术处理，获取所需点云数据，然后根据点云数据建立洞门的三维模型，在三维模型上可直接量测出洞门中心的三维坐标[5]。洞门三维点云模型如图5 所示。

图5 洞门的三维点云模型

3.1.4 隧道轴线复测

通过测量成型盾构环片的中心三维坐标，计算出与设计轴线的三维偏差，检查施工质量，指导施工方实时调整盾构姿态。轴线复测方法主要有五米横尺法、空间圆拟合法与三维激光扫描法三种。

（1）五米横尺法

用定制的带长水准气泡并中心带棱镜的5m 铝合金尺水平横置于环片两端（用水平尺控制其水平度），将棱镜放置于尺中心刻画点，全站仪照准棱镜中心，测量其坐标，即为该环片的几何中心坐标；将5m 铝合金塔尺分别正、倒立于同一环片前端底、顶处，用水准仪读取塔尺上两个数据，将两个数据相加即为竖径，环片底部标高加上竖径的一半，即为环片的中心标高。

（2）空间圆拟合法

利用全站仪观测环片上同一断面上的测点，测点应大致均匀分布于整环，内业通过空间圆拟合法拟合其圆心的三维坐标，方法同洞门复测的空间圆拟合。

（3）三维激光扫描法

技术方法同洞门复测，通过建立隧道的三维模型，能直观地看出隧道轴线的偏离值。

3.1.5 隧道沉降和收敛监测

隧道沉降主要采用二等水准观测方法，复测点可采用中视法观测；管片收敛监测主要采用固定测线法和全断面扫描法。

（1）固定测线法

采用手持测距仪观测，测距仪应分别对中、瞄准固定测线的两个端点，每条测线应独立进行3 次读数，互差不大于±2mm，取均值作为本次观测成果。

（2）全断面扫描法

在隧道环片道床中间位置设置架站基准点S，以垂直于环片的竖向平面作为监测断面，两侧环片(或中间隔墙)下部设置定向点A、B。以仪器中心在地面的投影为原点，在仪器望远镜所扫过的平面内建立直角坐标系，以横断面上每个测点的相对测量原点的x、y 坐标拟合圆曲线，与隧道设计横断面形状相比较，计算包括水平直径在内的全断面数据。全断面扫描示意图如图6 所示。

图6 全断面扫描示意图

3.1.6 关键工序施工监测抽测

对关键工序施工监测进行抽测，确保监测资料能真实反映复测对象的变化情况，保障关键工序施工安全，主要技术方法为沉降监测和收敛监测。

3.2 轴线复测限差设计

轴线复测限差设计如表2 所示，复测值与限差值比较，若超出报警界限值或有突发情况，现场复测人员在检查确认复测数据的准确性后，应立即与项目复测负责人联系，判断可能存在的险情特征，对报警后的相应复测点实施重点复测，适当增加复测频率，观察沉降与发展趋势。

表2 轴线复测限差设计

3.3 轴线复测成果提交

轴线复测工作贯穿整个盾构施工时段，根据各测项的时间、工序、内容等，及时提交相应的中间成果报表，区间贯通后提交贯通总结报告。中间成果报表包括：（1）首级控制点复测成果报表；（2）加密控制点复测成果报表；（3）洞门复测成果报表；（4）隧道轴线偏移值成果报表；（5）隧道沉降、收敛成果报表；（6）关键工序监测的抽测成果报表；（7）巡查报表。

4 结束语

轴线复测是盾构法施工过程中必不可少的一项内容，是指导信息化施工的一种方式，是保障盾构安全、准确推进的强有力手段。随着城市轨道交通项目的大力开展，轴线复测的重要性日益凸显。本文针对上海地区地铁隧道施工中轴线复测工作进行技术路线设计，可为其他盾构法隧道施工轴线复测提供参考。