上海地铁7号线隧道盾构施工中的测量工作

桂芳茹

(四川建筑职业技术学院，四川德阳 618000)

1 工程概况

上海地铁7号线锦绣路站——沪南路站区间隧道工程由西向东从白莲泾防汛墙桩基和上海第三十八棉纺厂新厂房桩基(现已拆迁)穿过，绕过上海西思迪蓄电池有限公司及安达医院走向。地面绝对标高为3.90 m左右。线路平面最大曲线半径为360 m，在竖向为“V”字形坡。线路埋深在19 m～25 m之间，隧道断面均为标准的单线单洞区间隧道，部分隧道工程需穿越高含水量、高压缩性、低强度、低渗透性的饱和软粘性土和粉质粘土夹粘质粉土层，本隧道掘进施工土层适合土压平衡盾构施工。

2 施工测量

盾构法施工中测量工作的目的主要是为了确保盾构机准确进洞。这也是盾构法隧道施工的一个关键所在。盾构法隧道施工中的测量工作主要可以分为四个部分:地上平面、高程控制测量，地上与地下平面、高程联系测量，地下平面、高程控制测量和盾构姿态测量四个部分。以下将分别详述在上海地铁7号线24标上行线盾构隧道施工中测量工作的各个方面。

2.1 平面、高程控制测量

(1)地面平面控制网的布设与施测

以甲方提供的平面控制点为依据，布置平面控制点，建立地面导线控制网。导线测量采用TOPCON GTS－602全站仪，分三次进行复核，时间为:施工前、施工中期和进洞前(100 m～50 m)。以地面控制网为基础，施工时改用导线控制测量来控制整个隧道的盾构推进。

(2)高程控制网的布设与施测

地上高程控制测量主要是在复核甲方提供的精密水准点之后，以甲方给定的精密水准点为依据，根据施工的需要对施工现场进行临时水准点的加密，也可将已知高程引测到近井点上，进行精密水准联测来有效控制隧道高程贯通误差。整个工程中的高程控制测量分三次复核，时间为:施工前、施工中期和进洞前100m～50m。

采用S1型带平行玻璃板测微器水准仪配合因瓦尺按GB50026－93工程测量规范执行。

2.2 地上与地下平面、高程联系测量

地上与地下联系测量的目的主要是将井上点的平面坐标、高程与井上点的平面坐标、高程纳入到同一个系统中，从而为井下控制测量提供依据。

(1)地上与地下平面联系测量

在盾构法隧道施工中，隧道的贯通误差有很大一部分来自地上与地下联系测量。为了确保井下控制点的准确度，在工程中采用联系三角形对地下控制点的坐标和方位进行复核。采用3根钢丝，以两组方位传递至井下固定起始边，固定边长度应≥100m～200m，整个区间根据实际施工需要确定施测次数，一般不少于3次，3次互差不得超过8″～10″。这种方法作业时间短(约需1小时外业工作量)、精度高、可靠性强，收效快等特点。

(2)地上与地下高程联系测量

地上与地下高程联系测量，主要是将地上精密水准点的已知高程传递到地下临时水准点上去，也就是将地下与地上纳入同一个高程系统中。

高程传递采用悬吊钢尺的方法进行，所用钢尺须经过鉴定，并使用与钢尺标准拉力等量的重锤将钢尺悬挂于井内，然后地面、井下两台水准仪同时观察，用6个～8个视线高，最大高差不得大于2 mm～3 mm。钢尺应进行尺长、温度两项改正。井下布设2个～3个地下起始高程控制点。整个区间施工中高程点的传递次数不得少于3次。

2.3 地下平面、高程控制测量

(1)地下导线测量

地下平面控制测量主要是采用布设支导线的方法进行。地下平面控制测量以定向测量结果为井下导线的起始边，尽量使导线布设成为等边直伸导线，随着隧道掘进，逐次布设地下隧道贯通导线点，同时在管片封顶块上布设吊篮，吊篮上设强制归心的平面控制点，由贯通导线点引测。在测量定向过程中，布设了交叉导线，在每设置一个新的导线点时，均由2条交叉导线测得其坐标，当检验无误后，取其平均值作为新点的测量数据或单导线左右角观测法等有效测量手段来收敛地下导线重点自由度，确保盾构沿设计轴线跟踪。

地下导线测量采用全站仪，左右角各测3测回，圆周角闭合差不得大于2″～3″，重复测定测角总和不得大于2″×n1/2(n为测站数)，边长各3测回，往返观测。每布设一个新点，为了检核，必须从地面导线传递下来，将整条导线重测一次。

(2)地下水准测量

随盾构推进深度，每隔一段距离，埋设一贯通高程控制点，作为隧道掘进的高程依据。按国家3等水准测量观测，往返固定点高差≤2 mm～3 mm，全程高差闭合差≤±15 mm×s1/2(s为全程长度，单位:km)。然后转测到相应吊篮上的控制点上。贯通高程控制点的高程应由地下起始高程控制点传递，引测前应对起始高程控制点进行复核。

地下平面、高程控制测量要做到勤复勤查。并能有效的和地面点互相联测，以保证盾构推进方向的准确性。

2.4 盾构姿态测量

对于长隧道或曲线隧道施工来讲，确保掘进机(盾构)能正确地沿着设计轴线进行推进和贯通是最关键的问题。这一方面取决于地面控制测量的精度，另一方面更重要的是地下隧道测量以及施工测量的精度和测量采用的技术手段。

根据盾构掘进的方法及盾构测量的特殊性，在测量之前需要对盾构机安装测量觇牌和坡度板，以便对盾构进行及时测量，对盾构机姿态进行及时调整，使盾构按设计方向掘进。进行安装时，先测量出盾构的轴线，并把觇牌和坡度板固定在盾构上，前标后标应具有足够的长度，前标距切口越近越好，并用盾壳求出前标和后标到盾构中心的半径。为确保整个施工期间不被破坏，设置保护记号，此项工作应有原始记录和校核记录，以免盾构标志数据中存在系统误差。

当盾构机在直线段中掘进时，应用井下导线成果计算出盾构标志的坐标，即前标和后标的坐标(并进行转角改正)，再利用几何关系计算出盾构机切口和盾尾的实测坐标与设计坐标进行比较，而后以盾构实际纵坡计算出切口、盾尾的高程，经与设计高程比较后，计算出切口和盾尾的高程偏离值。

当盾构机在曲线段中掘进时，依据缓和曲线的计算方法，以直缓点为原点，切线方向为正北方向的施工坐标系，在这个坐标系中，依据仪器观测所得到的前标和后标的水平角和边长计算出切口和盾尾的实测坐标。

根据切口和盾尾的实测坐标，确定出盾构机实际的位置，如果盾构机掘进的位置在第一段缓和曲线中，就以横坐标为里程值，代入缓和曲线的拟合方程，得到盾构机切口和盾尾的设计坐标，再和盾构机实测的切口和盾尾的坐标相比较，可得出盾构机切口和盾尾的平面偏差。

如果盾构机的掘进位置在圆曲线中，用实测的盾构机切口和盾尾中心坐标和圆心坐标反算出两个距离，后根据半径和两个距离可轻易得出盾构机切口和盾尾的平面偏差。

如果盾构机的掘进位置在第二段缓和曲线上，将施工坐标系的原点转移到缓直点上，与第一段缓和曲线利用相同的计算方法可以计算出盾构机切口和盾尾的平面偏差。这里要注意的是曲线的方向是和第一段缓和曲线相反的。

高程偏差测量，测出前标中心的垂直角计算出前标的高程，再依据盾构纵坡和几何关系计算出切口、盾尾的高程与设计高程比较后，计算出切口和盾尾的高程偏离值。

图1 盾构实时姿态跟踪监测

为了做到对盾构机姿态的实时控制，盾构机掘进中采用盾构姿态自动监测系统。采用全自动跟踪全站仪及相应的系统配件，结合自行开发的系统软件，在工业控制计算机(IPC，以下简IPC机)的控制下，完成盾构实时姿态跟踪监测(单机模式)。盾构隧道支导线的基准点与基准线由固定在两个吊篮上的一台自动全站仪T和一个后视点Ba组成(图1)。自动全站仪T测量固定棱镜P1、P2、P3的三维坐标，这三个棱镜被事先安置于盾构机内。通过三维向量归算求得当前盾构机切口和盾尾的特征部位——中心点P01、P02的三维坐标(X01、Y01、Z01)、(X02、Y02、Z02)。

本系统的测量方式仍是传统的连续支导线测量，通过测站的前后视转角和水平距离的测量，最后测得盾构机内棱镜的坐标。全自动测量系统由安装在测站点T的一台自动全站仪与IPC机组成。除了开关IPC机，系统运行时无须人员操作。只要IPC机进入测量模式，则系统的测量将连续循环进行，直到退出测量模式或关机为止。

为了保证盾构姿态的准确性，在盾构机掘进中采用人工测量和盾构姿态自动测量系统相结合的方法。对盾构机的掘进状态达到实时的监测，确保盾构机沿着设计轴线掘进。

3 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，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。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。

(3)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。

(4)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。

(5)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，如发现疑问做好记录并及时上报，待得到答复后，才能按图进行测量放样。

(6)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。

(7)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。

(8)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。

4 结语

施工中的各个环节都应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，确保施工的质量。

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