地铁区间隧道盾构法施工中的测量技术

贾 哲

（中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司，江苏 无锡 214000）

1 盾构隧道测量概述

地下工程勘察是指地下工程建筑施工、运行所需要的勘察工作，包括地下工程测量设计、施工、运行各阶段的勘察工作。地下工程测量的任务是保证线性工程在规定的误差范围内正确连接，地面工程按设计要求完成。在盾构隧道施工中，需要进行的测量工作主要包括以下几点：（1）地面控制测量。在地面建立平面、高程控制网；（2）接触式测量。将地面坐标、方位角、高程转移到地面，建立统一的地面-地下坐标系统；（3）地下控制测量。包括地下平面和高程控制。

2 检测保证工作的内容及精确度要求。

根据地铁施工测量的相关标准，编制测量方案，并配备整套精密测量仪器（徕卡TS15或TS16）、陀螺仪和精密水准仪（天宝DINI03）。精密测量的版本如下。

2.1 控制地面测量

以江苏市二等三角测量为基础，建立GPS点，测定精密导线。9个地面控制点其中2个是全球定位系统点。要求GPS点的中值误差不超过4mm，最弱边的相对中值误差不超过118万。三等精密导线的平均边长为350m，测角中误差要求≤±2.5。全长相对闭合差小1/35000；测距相对中误差小于1/80000；在相邻点的相对点上误差≤±8mm。地面水平按照国家二级水准控制。

2.2 接触式测量

为了测量平面连接，采用多功能自动旋转全站仪（徕卡全站仪TS15）测量，并采用挂钢丝独立进行六测回，每测回的2C较差要小于9″。高程联系测量采用3次重复测量差值一般控制在2mm以下。钢板桩埋设铜芯，在井点附近埋设，要求牢固的埋设。

2.3 测量洞内导线

洞内导线分为两个阶段：基础导线（120m边长）和施工导线（曲线一般不小于60m，直线一般不小于100m）。测角误差≤±3″，在隧道两侧交替布置导线点，以减少弯曲对水平角度的影响。当隧道挖至1000m时，使用陀螺仪对隧道内控制点进行方位角测量，验核导线测的方位角。地下控制标高根据相关要求进行操作。

2.4 测量贯通

根据规范《城市轨道交通工程测量规范》（GB/T 50308—2017）规定，横向贯通误差不超过50mm。垂直贯通误差不得大于25mm。据测算，测量工程设计完全满足侵彻精度要求。

3 施工工艺

盾构机的盾构法从大的方向来说主要分为三部分：盾构法（进洞阶段）；盾构试掘进和正式掘进阶段；盾构接收（出洞）阶段。

3.1 盾构法（进洞）阶段

盾构掘进初始阶段是控制盾构掘进的第一步。在准备工作之前和之后的初始阶段进入隧道，盾构机施工主管应监督承包商充分准备技术、人员、材料和设备，并检查是否具备进入隧道的条件，采用盾构机施工，以确保顺利进行盾构施工的安全性和可靠性。

（1）加固盾构隧道土体。为了保证盾构施工的安全，更好地保护附近的地下管线和构筑物，在盾构掘进前加固入口区域的土体。加固土体的方法有很多(水泥搅拌桩的加固、高压旋喷桩的加固等)。然而，无论采用哪种加固方法，加固的效果一直是现场施工的重点。在加固效果满足设计要求的前提下，盾构机可以进入隧道。

（2）设置盾构始发基座。盾构施工开始前，盾构机应严格按照设计轴线放在起始底座上。所有准备工作完成后，沿设计轴线向地下掘进施工。盾构起始底座的定位精度直接影响盾构在盾构掘进前的起始姿态。

（3）后盾支撑系统安装。护盾的驱动力由千斤顶提供，当护盾启动时，千斤顶顶力作用于后援支撑系统。一般情况下，支承支架中的支撑体系由反力架、延伸环、负环等组成。在调整过程中，要注意支护系统是否满足技术要求，即支护系统是否有足够的硬度和强度，以保证在顶升力的作用下不变形。

3.2 盾构试掘进和正式掘进阶段

（1）初期掘进的参数控制管理。初期掘进为盾构施工中技术难度最大的环节之一，不可操之过急，要稳扎稳打。土仓压力设定以静止土压力为基准，结合地面监测情况进行动态调整，由于杭州地层软弱，根据以往施工经验，采取地面沉降2mm建立土压。静止土压力以邱山大街站南端头（始发端头）为例计算如表1所示。静止土压力 P=17.5×0.54×3.3+18.9×0.559×1.9+18.7×0.384×5.1+18.6×0.462×3.1=114.5kPa=1.15bar。由于始发端头加固土层较硬、自立性良好，同时考虑地面监测情况，掘进土压设定为1.1～1.2bar。

（2）盾构法正式掘进阶段。该标段选用土压力平衡式盾构，该盾构有敞开式、半开式和土压力平衡式三种掘进方式，每种掘进方式都有不同的特点和适用条件。①土压力控制。在采用土压力平衡模式掘进时，土压力的设置是施工的关键，包括推进力、推进速度和开挖量之间的相互关系，对盾构施工轴线和地层沉降起主导作用。根据松弛高度计算土压力的理论值。在施工期间，土压力的设置值，推进速度，推进力和注浆量进行了优化和调整通过压力表测量在适当的时候安排铣头和密封的箱子，结合地质的反馈分析，埋藏深度和地面监测测量信息，确保地面变形控制在指定范围内。②出土量控制。密封仓内的土压力由螺旋输送机的转速和开挖门的开度控制，即以出土量控制。理论出土量：盾构机的开挖断面为32.96m2，每环的理论出土量为32.96×1.2=39.55m3；据前期实际量测结果，所出土松散系数为1.15，故每环出土量控制在45.5m3左右。采用土压力平衡方式掘进时，实际开挖量控制在理论开挖量的98%～100%，以保持一定的土压力，保证盾构前方土体的稳定性。

表1 始发地层概况表

3.3 盾构法出洞阶段

盾构掘进的准备工作完成后，为了减少前方凿除洞门后，防止洞门出现涌水涌沙，盾构掘进应从原基导轨开始。监督这一关键环节应进行旁观者监督，并重点做好以下工作：①盾构在挡土墙表面切下钢筋后，盾构迅速靠向开口前方的土体。②在盾构掘进过程中，观察隧道入口处是否有渗漏，督促承包商及时发现渗漏。③检查仓库土压力设置是否正确，观察仓库是否有混凝土砌块，并督促承包商及时拆除。④装配零环正环前，检查最后一环负环段的装配位置。

4 隧道掘进自动激光导向系统的结构

4.1 ELS（电子激光系统）

电子激光系统安装在一个由硬铝制成的屏蔽罩上，用于测量入射激光束的X和Y坐标。平行于瞄准盒前板的是隐藏屏幕。当激光束照射到屏幕上时，通过屏幕的光线会变少。屏幕后面有感光电子设备，用于测量入射激光的强度。在最大强度下，记录屏幕的角度位置，这个角度位置与激光在信标中的入射角(偏转角)密切相关。ELS信号由一个倾斜仪标记，倾斜仪可以提供掘进机的横倾角和俯仰角。通过感光板确定激光入射点，即激光相对于ELS不透明信标中心的X、Y坐标。从ELS信号到全站仪的距离测量采用全站仪的EDM功能。可测量的最大偏转角为±5°；最大倾斜（配平）角为±15°；最大滚转角为±40°。

4.2 MODEM（调制解调器）

调制解调器的目的是通过普通电话线远程控制或检查工作。此外，还可以在办公室的屏幕上显示隧道钻孔机的位置。

4.3 PLC（程序逻辑控制器）

盾构机的千斤顶伸长量等数据控制计算机输出。这种控制称为程序控制器，独立于单刀双掷系统，由盾构机制造商提供。

5 装置贯通测量

5.1 中腰线的标定

为了提高掘进速度，控制掘进精度，可以使用激光指示器来指示掘进的方向。尤其是机械化挖掘设备，固定在隧道掘进机的某个位置，在机器上有一个完美的光电接收目标。当机器前进时，如果定向装置的激光束偏离方向，光电目标自动接收定向的偏离方向和偏离值，并向机器提供自动控制信息。

5.2 贯通后实际偏差的测定

（1）贯通时竖直面内偏差的测定。①使用水平测量或小钢尺直接测量通过接合面两侧的腰线的高度差，其大小由垂直面的实际偏差来决定。②水准或全站仪的三角水平测量是指测量隧道两端已知的高程控制点（水准点或全站仪导线点），其中高程合拢差主要反映高程测量的精度。

（2）调整中腰线。①为了不把中心线作为隧道挖掘方向的依据，指定交点两侧中心线的连接方向。②连接腰线两侧，根据实际偏差和距离计算隧道倾角。当极限坡度大于6%时，可调整实际坡度，延长腰线；当边界小于6%，不需再调整中腰线。

5.3 测量竣工

隧道工程竣工后，进行竣工勘测，检查隧道是否符合设计要求，并提供隧道工程和运营管理的基础数据。隧道完成的测量主要包括间隙断面测量、中线基础桩及永久水准点的确定、纵横断面的测绘。

6 结束语

盾构法施工是一项非常复杂和严格的施工活动，文章对其主要施工技术和测量技术要点进行了探讨总结和交流。在实际施工中应针对每个具体环节和步骤提前做出详细的施工方案规划，并对物资、材料、工具和设备的准备、操作人员进行详细、明确的交底，并在施工过程中进行严格的检测和检查，以促进施工过程的顺利进行。