盾构机施工准备之始发阶段的测量工作

2022-07-08郁红晓

大众标准化 2022年11期

郁红晓

（上海市机械施工集团有限公司，上海 200072）

随着城市建设的飞速发展，地铁建设已成为我国各大城市的首要建设目标。盾构施工技术在穿越复杂的地质地形施工方面具有极高的安全性和高效性，故被广泛应用于地铁建设上。盾构施工测量是盾构掘进的前期工作，其主要是控制盾构的位置和推进方向，以确保盾构按照设计轴线推进，管片拼装后满足隧道轴线误差控制要求，利用洞内导线点测定盾构机的位置，通过推进油缸施以不同的推力调整盾构的位置和推进方向，从而使盾构机的掘进按照设计的线路方向推进。可以看出，测量工作为盾构始发施工的一个重要节点，必须做好始发阶段准备工作，把握测量精度，尽可能消除误差，以提高盾构施工的质量与安全。

1 项目概况

本项目为某地轨道交通18号线工程16标段工程建设，5号站为18号线工程中间站，车站中心里程SK30+717.270，主体位于5号站路段路下，沿该段路东西向敷设，车站呈东西向布置，西邻其他路段。车站与既有10号线通道换乘。车站为地下三层岛式车站，采用双柱三跨现浇钢筋混凝土箱型结构，有效站台宽度13.06 m，车站规模为168.7 m×20.4 m，底板埋深约25.69 m。该轨道交通线路盾构区间为：1号站至5号站，区间结构形式为盾构法圆形隧道区间，线路平面线间距为13.3~16.2 m，线路长度661.698 m；5号站至8号站，区间结构形式为盾构法圆形隧道区间，线路平面线间距为11.6~16.2 m，线路长度1 251.988 m。该区间覆土厚度17.8~24.7 m。

2 工程特点

该地轨道交通18号线工程16标段土建工程的掘进工作采用了盾构施工技术，为了保障盾构掘进过程的安全性与准确性，必须加强1号站至5号站和5号站至8号站盾构区间的测量控制，盾构法隧道施工测量主要包括地面控制测量、联系测量、地下控制测量、掘进施工测量、贯通测量和竣工测量等，在各项工作中，最为重要的是地面控制测量﹑联系测量和始发测量，其每一步的测量工作都会直接影响下一步的施工。本项目地铁地下洞内可利用的空间有限，且具有很大施工干扰，贯通控制测量要求极高；再加上地下因屏蔽效应造成测量只能采用大地测量方式、导线测量形式、三角高程并精密评查往返测量等，而无法利用先进的GPS进行精准定位测量，因而必须根据工程特点，合理安排施工测量，以为盾构施工提供技术数据保障。

3 盾构始发测量要点分析

3.1 测量准备

测量工作是地铁施工中的关键工序，本工程测量工作基于场地实际情况，采用由高级网控制地基网的方法设置二级控制网，以保证车站轴线系统精确、可靠，具有可操作性；由于本工程两段区间存在测量难点，故应按照规定程序，考虑可操作性标准，通过实地考察、了解现场布置、熟悉图纸、掌握现场测量坐标与建筑物关系的前提下进行始发阶段的测量工作，并检测测量放线与计算工作同步校核，紧密配合施工，促进测量质量目标的达成。

3.2 盾构区间施工测量

3.2.1 地面平面控制测量

（1）隧道地面控制测量需要建立合适的测量控制系统，从而基于可靠的地面控制点，为联系测量与地下控制测量提供基础依据，并以此作为复核测量与竣工测量的起算数据。本工程地面控制测量采用导线测量，布设至少三个平面控制点于每个井洞内，以此作为向隧道内传递坐标和方位的联系测量依据，两井之间应还应建立互相通视平面控制点，以此达到两车站盾构区间贯通，并保证衬砌环横竖向安装精度在50 mm误差范围内（如图1）。

图1 地面控制点布置

（2）基于业主提供的控制点布设高控两点，如业主所提供的控制点不可利用，必须要找到与其相连的紧密联系，并以其为基点参考，建立独立的通视控制点。采用TCA1800全站仪的四测回进行连测，按照相关规范要求对测角精度进行控制。对两端井内预留洞孔实际位置进行确定，以两个洞门实际测量坐标为依据，设置地面抽线控制点于两车站端头，尽量在盾构开始推进段中心轴线的延长线及接收井轴线中线延长线上设置点位，确保相邻边长相差在可控范围内，并要以牢固、稳定为前提设置精密导线点位置。地面两井控制导线间建立联系导线后，且导线与规定闭合度要求相符，即可使用。起始导线边长应以现场场地条件为依据尽量拉长，并定期复核控制点强制对中所存在的误差。此外，为了方便相互校核引测，应设置2~3个高程控制点在井口附近引测，可对已知高级水准点进行利用，闭合水准路线引测高程点标志布设必须基稳固、安全、方便观测的原则。

3.2.2 联系测量

联系测量主要是为了确保地下控制与地面控制实现一定的几何联系，以促进地下工程正确贯通而形成的统一坐标系统。联系测量是对地下控制测量起算点进行确定，地下起始导线点高程由地面井口处高程点传递到井下，采用钢尺垂直悬挂进行传递，将适当重物系在钢尺下，以确保达到垂直效果，之后用两台水准仪在地面、井下同时观测转移到井下高程控制点上。本工程布设2~3个地下起始控制点，采用铅垂仪垂直投设传递，校核采用全站仪进行观测，地下起始导线点的建立应强制对中、坚固，并配备定向照明，按照精密导线测量技术标准严格平面控制，从而通过地面起始导线垂直传递的方法转移到车站底层已施工的基础上，达到地下与地面控制联系效果（如图2）。

图2 高程传递示意图

3.3 盾构施工测量

3.3.1 始发架和接收架安装定位测量

（1）盾构施工测量主要是测量盾构机的实时姿态，通过左右上下偏差、坡度、旋转角等几个参数确定盾构姿态。在盾构姿态确定前应以设计图路线为依据，对整条线路三维坐标进行计算，该隧道采用1.2 m的管片，故计算时每1.2 m一个三维坐标点。盾构初期掘进是掌握与理解盾构性能和施工规律的过程，盾构基座、反力架在始发段一起构成助推盾构机的一部分，以给盾构机提供始发动力，始发架基座必须要准确安全的放置在盾构定点位置，具有足够的强度、刚度和安全精度；反力架在后轴臂上依附，其轮廓为一个正方形钢结构，通过提供反作用力使盾构机顶在反力架上前进。

（2）根据盾构机进、出洞的平面线形和坡度安防始发架和接收架，以此可保证盾构机进、出洞的测量精度。本工程在对预留洞口三维坐标精确测量及与设计值比较后再安放始发架。在对三维坐标精确测定后要对盾构出洞轴线进行确定，出洞存在两种情况，即直线出洞和曲线出洞（如图3、图4），如直线出洞始发架可按照设计方位出洞；反之，应对出洞前加固区进行考虑，由于加固区盾构机不能进行纠偏，故始发架或接收架须采取割线出洞比较安全，但必须要实现计算好割线的出洞方位，确保在不可对盾构机纠偏的情况下的最大偏移量在500 mm以下。

图3 自循环模式工作流程图

图3 直线始发

图4 曲线始发

3.3.2 反力架定位测量

反力架为盾构始发提供初始反推力，且为盾构始发提供初始的空间姿态，反力架断面应与始发台水平轴垂直安装，以此可使盾构轴线平行于隧道设计轴线，反力架和始发台安装时应控制好反力架左右偏差、高程偏差和上下偏差，确保在±10 mm、±5 mm、±10 mm之内误差范围。

3.3.3 盾构初始姿态测量

拼装完成盾构机后应置于发射架上就位，为了给盾构机准备推进提供相关数据，应对盾构机的初始姿态进行测量，以导线成果为依据，将盾构机切口、尾部的中心三维坐标测出，再与设计路线三维坐标比较，之后对切口与盾尾平面偏离值与高程偏离值进行计算，以此得出盾构机的初始姿态。

3.3.4 盾构施工姿态测量

盾构机一旦进入正常掘进状态，其施工测量就会变得重复，但必须要对推进趋势进行了解，掌握盾构首尾瞬间状态，对盾构机动态数据及时采集，从而可准确对盾构各施工参数进行调整，以指导盾构机严格按设计轴线推进。测量盾构纵向轴线和径向轴线，主要包括刀口、机头与机尾连接中心、盾尾之间的长度、盾构外壳长度、盾构刀口、盾尾和支承环的直径等测量内容。当盾构机掘进作业时，应实时测量其与线路中线的平面偏离、高程偏离、纵向坡度、横向旋转和切口里程等，并确保与规定允许误差要求相符；盾构机实时姿态测定时，应最少测量一个特征值和一个特征轴，择其切口中心为特征点，纵轴为特征轴进行测量。本次测量将盾构姿态与盾构机的实际姿态测出比较后再出洞，以此确保盾构姿态的正确性。