盾构隧道测量方案.doc

第十一章盾构隧道测量方案 11.1工程概况 沈阳地铁1号线4标段洪湖北街站重工街站区间隧道工程由中铁五局集团总承包。选用德国海瑞克制造的土压平衡盾构机顶进，洪湖北街站重工街站区间盾构段设计起讫里程左线DK4166.450左DK5605.800，左线全长1442.502m；右线DK4166.450DK5622.920，右线全长1456.470m。盾构从左线DK5605.000始发，在洪湖北街站掉头，沿右线推至DK5622.920，DK5622.920DK5725.241是该区间的暗挖段，盾构空推过此段，盾构从DK5725.241处盾构井吊出。 洪湖北街站重工街站区间隧道沿沈大路及建设西路走行，出洪湖北街站后偏左走行，穿东湖人行天桥一桥墩，进入绿化带，沿线左侧为居住区，穿沈大路8号7层住宅楼一角部，之后线路穿越沈山铁路，后穿越重工立交桥段，直至重工街站。 11.2测量方案编制和测量仪器的要求 11.2.1主要依据和参照沈阳地铁一号线4标段工程招标文件，沈阳地铁一号线4标段承包合同，及业主提供的测量方面的相关要求。 地铁施工测量主要参照、执行的规范如下 〈〈地下铁道、轻轨交通工程测量规范〉〉（GB503081999） 〈〈城市测量规范〉〉（CJJ899） 〈〈新建铁路工程测量技术规范〉〉（TB1010199） 〈〈工程测量规范〉〉（GB5002693） 〈〈建筑变形测量规程〉〉（JGJ/T897） 国家其它测量规范，强制性标准。 11.2.2.隧道在任何贯通面上的贯通中误差M横≤100mm，M竖 ≤50mm； 路面、管线、建筑物的沉降与隆起限值≤-30/10mm； 相邻点的沉降值≤0.002Lmm； 铁路沉降的隆起值≤10mm。 11.2.3.平面控制网测量、复测和平面点放样必须使用（22ppm,2“）级以上的全站仪；高程控制网测量、复测必须使用精密水准仪和铟钢水准尺，高程放样可使用S3级水准仪加普通水准尺。 11.3、测量方案编制总原则分为 11.3.1.依据甲方提供的“平面、高程控制点成果”进行本工程的施工测量工作。 11.3.2.对控制点成果进行复测，其后每两个月复测一次，其中平面点理论值与实际值较差为夹角≤5“，当平面夹角两点距离小于等于1公里时，其最大误差不超过10“。控制点两点距离边长实测值与理论值较差距离应满足1/8*104。当控制点两边长大于1公里时其最大不得超过10mm，相邻区间高程较差≤15mm。如较差超限立即以书面形式上报监理工程师确认。由监理工程师及时会同甲方和控制测量单位研究解决，其整个过程按如下框图所示程序进行 施工测量程序框图 地面导线点加密 地下控制网布设 向总监办上报测量成果 总监办审定 承包商布设本标段控制网 不 满 足 控制网成果报总监办 测量中心组织专业测量队检测 加密导线精度判断 满足 施工放样测量 11.3.3.施工控制网 （1）、将施工所需的平面、高程控制点尽量设置在施工影响范围外，其中平面点设置固定观测平台，原始点能满足二等水准测量的要求，所以布设的点必须实地注记并落实保护措施。 （2）、建立地下平面、高程控制网、将地面控制点坐标和高程引测至地下控制网，以此作为盾构推进导向和衬砌的三维位置测定的依据。 （3）、盾构法施工测量的重点是控制地下平面、高程控制网中最远点误差，其中最远处平面控制点沿轴线横向误差≤25mm；最远处高程控制点≤25mm；控制盾构推进中的轴线偏差，轴线三维偏差≤50mm。 （4）、使用的测量仪器必须按国家测量规范的要求做好仪器的检验校正工作，测量仪器必须由国家计量局授权的北京地区测量仪器鉴定单位出具的检定报告方有效，并将校正的有关资料和检定报告报监理工程师。根据测量仪器指标和鉴定报告指标由监理工程师书面确认测量仪器的使用范围。 （5）、平面控制测量必须进行左、右角观测，本道工序结束后需由监理工程师书面确认合格后方可进行下道工序的施工。 （6）、地下平面、高程控制点的修正成果，需由监理工程师确认后方可使用。 11.4．测量技术方案的制定 根据工程的施工工序，测量工作分为三个阶段盾构机掘进前的准备工作，地面控制测量和直传联系测量；盾构机掘进过程中的施工控制测量；隧道贯通后的贯通测量和竣工测量，隧道贯通误差的测定和隧道断面净空限界的测量。 11.4.1.盾构机掘进的前期准备工作，首先对业主提交的平面和高程控制网的控制点进行复测，建立施工控制网，加密施工控制点。其主要工作内容是地面上平面和高程控制测量、直传联系测量 11.4.2.对业主提交的控制点均需按同精度进行复测，检测限差必须满足如下要求 导线点的坐标互差≤12mm； 导线边长互差≤8mm； 高程点的高程差≤3mm。 11.4.3.隧道的贯通误差 1、隧道在任何贯通面上的贯通中误差m横≤50mm，m竖≤25mm。 2、隧道的贯通误差主要是三部分组成横向贯通中误差m横；竖向贯通中误差m竖；纵向贯通中误差m纵。纵向贯通中误差是由距离测量引起，对贯通面在距离上的影响可以不考虑，只对横向贯通中误差m横；竖向贯通中误差m竖进行分析。 3、按地下铁道、轻轨交通工程测量规范的有关规定，横向贯通中误差m横≤50mm，竖向贯通中误差m竖≤25mm。 11.4.4.建立施工测量导线控制 1在业主提交的的GPS网和精密导线网的基础上建立施工导线控制，施工导线控制网按三等导线设计，施测导线的技术要求测角中误差≤1.8″，测距中误差≤20mm，方位角闭合差≤3.6√n，n为测站数，导线全长相对闭合差≤1/55000。 2点位埋设用砼包钢筋头，然后在钢筋头上刻十字表示点位，导线边长300400m，布设成符合导线或导线网，必须符合在两个GPS点或精密导线点上。 3测量方法用TC1101全站仪（标称精度1″，22ppm）观测4个测回，左、右角各二个测回，左、右角平均值之和与360的差≤5″，导线边长采取对向观测各4测回，为了减少仪器的对中误差，采取变换180位置对中整平；为了保证前、后视的对点精度和测角的精度，前、后点均采用基座置棱镜。 4内业资料的计算计算时用计算机程序进行严密平差。相邻点点位中误差≤8mm，对隧道贯通面影响的横向误差≤16mm。 5高程控制网 ①、水准路线布设成符合水准路线，每300400m设一个固定水准点。按城市二等水准测量的技术要求进行施测，精度指标每千米全中误差不大于4mm/km，往返观测高差较差不大于8√L，L为往返测段的水准路线长度。 ②、点位的选择离施工区域较近，不易受变形稳固的地方，或选择在永久性建筑物上。水准点点位的选定便于寻找、保存和引测。平面和高程控制网应进行定期检测，以保证点位的正确性及测量精度。 ③、测量方法用精密水准仪 标称精度 0.3mm/km按单程双置镜法进行测量，两次变换仪器高大于10cm以上，前后视距大致相等，前后视距累积差不大于3m。 ④、内业资料计算按水准路线计算机程序进行严密平差。 6联系测量 ①、针对我项目部的工程情况，盾构机始发在重工街站区间盾构井内，盾构机始发定向采用直接法定向,内业资料计算时均采用严密平差，以提高贯通中误差的精度。 ②、盾构机始发定向 a.我部盾构机由重工街站区间盾构井始发，沿左线到达洪湖北街站（盾构机始发后100m作为试验性掘进），然后在洪湖北街站掉头，沿右线推至重工街站区间的暗挖段，盾构空推过此段，盾构最后到达DK5725.241处盾构井。盾构机始发定向利用重工车站区间明挖段直接联系测量盾构机的始发方位角。 b.按联系三角形测量的技术要求进行测量，使用全站仪（标称精度1″，22ppm）角度观测4个测回，距离测量每测回间较差不大于2mm。 c.通过测定地下同一条边的起始方位角，取其平均值作为盾构机始发方位角，测定地下同一条起始边方位角的中误差可以达5″，可以满足定向要求保证隧道正确贯通。 ③、联系高程测量联系高程测量主要内容是将地面的高程系统传入井下的高程起算点上。用悬挂钢尺的办法，钢尺需经检定合格，在地面上选好挂钢尺的固定位置系好钢尺，在钢尺的下端挂上钢尺在检定时的标准拉力的重物，井上和井下各安置一台水准仪同时读取在钢尺上的读数。在进行高程传递的过程中每测回均独立观测，测回间应变动仪器高度不小于10cm，每次应观测三测回，三测回测得地上和地下的高程之差不大于3mm。三测回测定的高差应加入钢尺的温度和尺长改正。 11.5.隧道内控制测量 11.5.1隧道内平面控制测量 （1）重工街站站至洪湖北街站盾构区间，隧道内平面控制按等边直伸形支导线控制，导线平均边长300m。按等边直伸形支导线横向误差的点位中误差计算公式 经过计算得出测角中误差要求很高，按三等导线技术要求进行施测，角度观测10测回，边长对向观测6测回，边长测距较差≤3mm，导线测角中误差≤1.8″。 （2）使用全站仪（标称精度1″，22ppm）进行施测，为了减少仪器的对中误差，导线点采用观测桩强制对中。 （3）点位埋设在隧道内的一侧设置强制对中边台。点位埋设在隧道的两侧不受车辆和施工的影响，保证点位的稳定性。沿隧道布成直伸形的闭合导线，导线转角接近180导线平均边长250m，最短不小于120m。 （4）、控制网的精度按三等导线技术要求进行施测，角度测量6测回，边长对向观测6测回，边长测距较差≤3mm，测角中误差≤4″。 （5）测量方法前后视点均采用基座置棱镜对点，用全站仪（标称精度1″，22ppm）观测4个测回，左、右角各二测回，左、右角平均值之和与360的差≤5″，导线边长采取对向观测各4测回，为了减少仪器的对中误差，采取每三测回变换180方向重新对中整平进行测量，以提高测角精度。 （6）内业资料处理用计算机程序进行严密平差。 11.5.2.高程控制测量 （1）地下水准点的布设因环境条件狭小，运输车辆干扰大，因此水准点的布设与导线点重合，导线点的钢筋头打磨成半圆球形，便于水准标尺的设立。 （2）地下水准控制点用精密水准仪配铟瓦合金水准标尺进行施测，按三等水准测量标准进行控制。 （3） 洞内水准点每200米布设一个点，测量精度指标要求每千米全中误差≤6mm/km，往返观测高差的较差≤12√L，L为往返测段的水准路线长度。 11.5.3.隧道洞内的施工测量 （1）施工控制导线的延伸的原则是先检测后延伸，当检测的角度差值≤20″，前后视的距离相对中误差≤1/5000时，才能向前延伸。 （2）施工控制导线点应定期检测，保证控制网的精度和点位的稳定性，隧道掘进150m、隧道全长的二分之一时、隧道全长的四分之三时、和接近贯通面150m时必须进行一次包括联系测量在内的全面检测。 （3）施工水准用水准仪施测，往返闭合差≤20√L。 （4）水准控制点应定期进行检测，施工水准向前延伸必须先检测后延伸，检测点的高程与原高程之差≤3mm。 （5）高程传递用悬挂钢尺的方法，钢尺须检定合格，钢尺的下部挂上检定时的标准拉力的重物，上、下各安置一台水准仪同时观测钢尺上的读数。高程传递时独立观测三测回，每测回间仪器变动高差大于100mm，三测回测得的高差较差≤3mm。高差测定后加入温度和尺长改正。 11.5.4.盾构机始发初始状态的测量 （1）盾构机初始状态测量的主要内容是水平偏移、俯仰角、扭转角的测量。测量的目的是确认盾构机在掘进过程中是否沿隧道的设计中心线掘进。 （2）盾构机姿态测量的原理盾构机作为一个近似的圆柱体，在开挖掘进过程中我们不能直接测量其刀盘的中心坐标，只能用间接法来推算出刀盘中心的坐标。在盾构机的机壳体内适当位置选择测量的观测点就成为非常重要的工作，所选观测点既要有利于观测，又利于点位的保护，并且相对位置不能发生变化。 如图中A点是盾构机刀盘中心，E是盾构机中体断面的中心点，即AE连线为盾构机的中心轴线，由A、B、C、D、四点构成一个四面体，测量出每个角点的三维坐标（xi, yi, zi）,根据四个点的三维坐标（xi, yi, zi）分别计算出LAB, LAC, LAD, LBC, LBD, LCD, 四面体中的六条边长，作为以后计算的初始值，在盾构机掘进过程中Li是不变的常量，通过对B、C、D三点的三维坐标测量来计算出A点的三维坐标。同理，B、C、D、E四点也构成一个四面体，相应地求得E 点的三维坐标。四A、E两点的三维坐标和盾构机的绞折角就能计算出盾构机刀盘中心的水平偏航，垂直偏航，由B、C、D三点的三维坐标就能确定盾构机的扭转角度，从而达到检测盾构机的目的。 （3）盾构机姿态测量的误差分析由于盾构机的结构原因，B、C两点的间距2m左右，AB、AC 的水平距离4m左右，测站点至B、C点的距离5m左右，由B、C点来推算A点的坐标，B、C两点的中误差传递给A点，由误差椭圆的原理可知它产生的纵向误差对里程有影响，产生的横向误差是很小的，横向误差的产生主要是测角的影响。用1″级全站仪进行角度、距离测量可以将A点的横向点位误差控制在10mm内。 11.5.5.盾构机姿态、管片测量 （1）用1″级全站仪测定在盾构机壳内的B、C、D三点的三维坐标后，反算出刀盘中心A点的三维坐标和盾尾中心E点的三维坐标，由A、E两点的坐标计算出盾构机在掘进过程中瞬时的水平方向和垂直方向的偏离值，与自动导向系统所显示的相关数据进行比较就可以知道自动导向系统是否正常工作。 （2）托架的制作和安装托架底板采用40040010mm钢板，四角上用5050角钢焊接，内侧长400mm，外侧长750mm，中心焊上仪器连接螺丝的桩头长10mm，观测时采取强制对中，减少仪器对中误差。打孔用膨胀螺丝安装在隧道左侧顶部不受行车的影响和破坏的地方。 （3）测量方法从隧道内主控制导线点引测至托架上，引测至托架上时仰角不大于8，高程全站仪加钢尺测量，采取正、倒镜读数，消除仪器竖直度盘指标差的影响。独立测量三次，测得的高差较差≤5mm。 （4）隧道环片测量用铝合金型材加工长水准尺，规格50503000mm、50504000mm，在中部安装水准汽泡，并以汽泡零点左、右刻出刻度线，水准尺的校正用水准仪进校正。 （5）测量方法按环片的直径计算出弦长3米和4米的矢距，水准测量出环片底部的高程，环底高程加上矢距即为水平尺的高程，用经纬仪大致定出一个方向线，计算出方向线与隧道中心线的偏移量，量取方向线与水平尺零点的偏移值，用水平尺上的偏移值减去计算出的理论偏移量即为环片中心与隧道中心线的偏移值，测量位置在每环接缝处。 （6）测量环片的旋转用水平尺放置在环片内，水平尺水平时量出环片两端接缝与水平尺的高差，经内业计算出环片的旋转角。环片接缝齐整，水平方向顺直，利用盾构机的正、反旋转来调整，以达到隧道内环片接缝整齐、美观。 11.6.测量质量的保证措施 11.6.1.对参加本工程项目的测量人员必须经过技能培训，上岗前加强工作责心和施工安全的教育。 11.6.2.实行三级测量复核制现场测量技术人员对现场测量的内、外业资料认真全面自检。专职测量复核人员对现场测量的内、外业资料认真全面复核。工程部领导对关键的测量项目和重要技术方案进行审核，测量内、外业的全面复核。 11.6.3.业主、监理的审核制度所有的内外业测量工作和测量资料都必须接受和配合业主和监理的监控检查，以及现场测量的旁站和复测。重要的测量技术方案，测量资料必须上报业主和监理审核批准后方可遵照执行。 11.6.4投入本工程项目的测量仪器设备及人员 ①、测量仪器配备 2台全站仪 标称精度1″ 22ppm； 1台精密水准仪 标称精度0.3mm/km及配套铟瓦合金水准标尺； ②、测量人员 盾构施工时将测量人员配备到9名，分成三个小组，两组主要负责盾构掘进的施工控制测量及施工放样，另一组主要是线路全面复核测量。 11.6.施工测量精度的保障措施 由于工程工期和施工环境的限制，这使得测量工作不允许出现测量误差超出限差的情况，在施工中，必须高度重视测量工作，必须加强施工测量检核。特制定以下技术措施 （1）施工放样前将施工测量方案设计与意见报告监理审批。内容包括施测方法、操作规程、观测仪器设备的配置和测量专业人员的配备等。 （2）固定专用测量仪器和工具设备，建立专业测量组，专人观测和成果整理。 （3）建立测量复核制度，按“三级复核制”的原则进行施测。每次施测后，须经测量工程师复核。 （4）加强对测量用所有控制点的保护，防止移动和损坏；一旦发生移动和损坏，应立即报告监理，并与监理协商补救措施。 （5）用于本工程的测量仪器和设备，应按照规定的日期、方法送到具有检定资格的部门检定和校准，合格后方可投入使用。 （6）用于测量的图纸资料，测量技术人员必须认真核对，必要时应到现场核对，确认无误无疑后，方可使用，如发现疑问作好记录并及时上报，待得到答复后，才能按图进行测量放样。 （7）原始观测值和记事项目，应在现场用钢笔或铅笔记录在规定格式的外业手簿中。测量技术人员要认真整理内业资料，保证所有测量资料的完整。资料必须一人计算，另外一人复核。抄录资料，亦须认真核对。 （8）外业前，测量技术人员对内业资料进行检查，所采用的测量方法、测量所用桩点以及测量要达到的目的向测工进行交底，做到人人明白；外业中，平面和高程测量要形成检核条件，满足检核条件要求的测量成果才能成为合格成果，否则，返工重测。 （10）经常复核洞内有变形地方附近的导线点、水准点。随时掌握控制点的变形情况，关注量测信息。在测量工作中，随时发现点位变化，随时进行测量改正，严格遵守各项测量工作制度和工作程序，确保测量结果的准确性。 （11）外业后，应检查外业记录的结果是否齐全、清晰、正确，由另一人复核无误后，向工区技术主管交底。 （12）施工区所用的导线点、水准点、轴线点要设置在工程施工影响范围之外、坚固稳定、不易受破坏且通视良好的地方。定期对上述各桩点进行检测，测量标志旁要有明显持久的标记或说明。 （13）外业前，列出所用的测量仪器和工具，检查是否完好。在运输和使用测量仪器的过程中，应注意保护，如发现仪器有异常，应立即停止使用并送检，并对上次测量成果重新作出评定。 （14）测量过程中，必须消除干扰，需停工的要停工，以保证测量精度。放样时应和施工人员密切配合，避免出现不必要的偏差。 （15）积极和测量监理工程师进行联系、沟通和配合，满足测量监理工程师提出的测量技术要求及意见，并把测量结果和资料及时上报监理，测量监理工程师经过内业资料复核和外业实测确定无误后，方可进行下步工序的施工。