盾构法地铁隧道施工(补)-10页文档资料

第七章 盾构施工测量 .................... 错误！未定义书签。

7.1 盾构姿态测定 (1)

7.2 管片姿态测定 (3)

第八章 盾构贯通测量 (4)

8.1 地面控制网复测 (5)

8.2 接收井门洞中心位置测定 (5)

8.3 竖井联系测量和井下导线测量 (7)

第九章 隧道沉降测量 (8)

第七章 盾构施工测量

7.1 盾构姿态测定

隧道施工过程中，测量人员的主要侨务是随时确定盾构掘进方向。确定盾构掘进方向时，一般常用的有中线法和串线法。

中线法确定盾构掘进方向，其方法是首先用经纬仪根据导线点设置中线点。如图所示，图中P 3，P 4为导线点，A 为隧道中线点，已知P 3，P 4的实测坐标及A 的

设计坐标和隧道中线的设计方位角。根据上述已知数据，即可推算出放样中线点A 所需的有关数据4β，L 和A β（图12）。

图12 盾构姿态测量

4

44arctan P A P A A P x x y y --=α （7-1） 344

4P P A P ααβ-= （7-2） 4

AP AD A ααβ-= （7-3）4444

cos sin PA P A PA P A x x y y L αα-=-= （如果4β或A β<0，则 044360+=ββ

0360+=A A ββ） （7-4）

求得有关数据后，即可将经纬仪置于导线点P

4，后视P

3

点，拨角度

4

β，并

在视线方向上丈量距离L，即得中线点A。在A 点安置仪器对中盘，再实测A点坐标，无误后，即旋紧对中盘固定螺丝。将仪器安置于A点，后视导线点P

4

，拨

角度

A

β，即得中线方向指使盾构掘进开挖。随着开挖面向前推进（盾构推进），A 点距离开挖面（盾构）越来越远，这时，仪器置于D点，后视A 点，用正倒镜或转0

180的方法继续标定出中线方向，指使盾构掘进开挖，AD之间距离在隧道直线段不宜超过100m，在曲线段不宜超过50m。

当中线点向前延伸时，在直线上宜采用正倒镜延长直线法，曲线段则采用隧道股份教授级高工唐震华的“曲线路径指使法”来指使盾构掘进开挖。

串线法指导开挖方向，此法是利用悬挂的两个临时中线点上的垂球线，直接用肉眼来标定方向。串线法误差较大，一般用在短距离顶管工程，俗称“土办法”，一般不采用。

随着测量技术的发展，测量仪器设备的更新，全站仪在测量中的应用越来越得到测量技术人员的青睐。下面介绍采用全站仪的盾构施工掘进测量。

盾构在掘进过程中的施工测量包括两部分：按照盾构切串口中心和盾尾中心的偏值（与设计轴线比较）完成盾构姿态报表；依据管片前沿中心的偏值（与设计轴线比较）完成管片姿态报表。

目前使用的“盾构姿态报表和管片姿态报表”均由唐震华教授级高工设计定型，减少了举重臂处的偏值计算和测量工作，提高了工作效益和经济效益。盾构姿态测定包括以下两个方面。

1、平面偏离测定（图13）

图13 平面偏离测量

将测量仪器安置在隧道上弦位置的控制台上，采用强制对中盘（以消除对中误差对测角的影响），整置后按测量步骤来测定盾构上前后两标（盾构仪）的坐标，必须进行两步归算：

第一步，将前标I

1

归算至盾构轴线上。

第二步，根据轴线上的前后坐标归算至盾构轴线的切串口坐标和盾尾坐标，与相应设计的切口坐标和盾尾坐标进行比较，得出切口平面偏离和盾尾平面偏

离，最后将切口平面偏离和盾尾平面偏离加上盾构转角（横坡）改正后，即为盾构实际的平面姿态，以报表表示。

盾构转角平面改正： αsin ?=?I I 2/)(21L L I += （7-5） 式中：α---盾构转角（横坡）

右转I ?为“—”，左转I ?为“+”

归算精度取决于测定盾构姿态的精度，作者认为盾构姿态必须如下测定才能有较高精度（小于5mm ），测定盾构姿态时，应当注意如下两点：

（1） 准确丈量D 0，D 1，D 2值，并满足D 0+D 1+D 2=L （盾构总长）。

（2） 准确丈量前标到中心的归算值L 1，后标到中心的归算值L 2。

由于受通视影响，前后标志不能安置在同一轴线上（一般安装在盾构的轴线上）。这样必须再增加一步前后标志同一轴线归算。

2、高程偏离测定（图14）

在控制观测台上，测定后标高程，加上盾构转角改正后的标高归算后标处盾构中心高程，按盾构实际坡度i （纵坡），归算切口中心标高及盾尾中心标高，再与设计的切口里程标高、盾尾里程标高进行比较，得出切口中心高程偏离、盾尾中心高程偏离，即为盾构实际的高程姿态，以报表报出。

图14 高程偏离测量

盾构转角高程改正h ?：

)cos 1(2α-=?L h （7-6） 式中：α—盾构转角（横坡）

无论盾构右转还是左转，改正数均为正值“+”。以上盾构姿态测定内业处理均可由CASIO-4500P 微型计算器程序技术完成，不必担心出错。

7.2 管片姿态测定

管片姿态测定按唐震华教授级高工提出的方法。根据已测定的盾构姿态按几何尺寸与定分比数字公式推算公式如下：

1、盾构轴线上管片拼装位置的偏离值计算

平面使用公式：

()平平a L

S b L S L +- （7-7） 式中：L ——盾构总长

S ——管片前端到盾尾距离

a ——为盾构切口偏离值

b ——为盾构盾尾偏离值

平——表示平面

（注：此为化简后的经验公式，对于不同盾构及管片，此公式也要进行相应改变）

高程使用公式：

()高

高a L S b S S L +- （7-8） 其中：高——表示高程

2、管片偏离盾构轴线计算

平面必须进行L 左与L 右的测定（必须用带有毫米刻度的钢直尺），如果 L

左≠L 右，则存在偏离（管片中心偏离盾构中心），其偏离值用下式计算：

式中：平δ为“+”，表示管片中心高于盾构中心

高δ为“-”，表示管片中心低于盾构中心

管片姿态=1项+2项=盾构轴线上管片拼装位置（距切口距离处）偏离值计算和管片偏离轴线计算的叠加。它是几何理论与测量理论的有机结合，公式导出较为严密，全部计算采用表格化填写，结果具有较高可靠性，即为隧道股份隧道施工测量专利。

第八章 盾构贯通测量

盾构施工工程，当盾构掘进距接收井还有50-80m 时，须进行盾构贯通测量工作。它是确保盾构正确进入接收井门洞的一项重要的测量工作。

贯通测量工作包括地面控制网连测（平面和高程），接收井门洞中心位置测定（平面与高程），竖井联系测量和井下导线测量等四项测量工作。

8.1 地面控制网复测

通过地面控制网复测，视所有控制点坐标，高程有无发生变动，若无变动，就将多次观测的结果取平均值。如果证明标志有变动，则应根据最后一次观测的结果进行控制计算，复测时所用的仪器、方法及规范要求均与建立地面控制网测定时的仪器、方法及规范要求一致。

8.2 接收井门洞中心位置测定

接收井门洞中心位置测定的精度将直接影响贯通精度。它对贯通精度的影响是系统误差，只要认真测定其误差可消除。接收井门洞中心位置测定方法至今仍是工程测量中值得研究和探讨的课题。参阅隧道股份唐震华教授级高工的论文“竖井门洞中心测定探讨”一文时。竖井洞中心的测定可分下列三种方法。

1、常规求竖井门洞中心法（简称八点法）（图15）

图15 八点法

常规求竖井门洞中心法一般可这样来进行，测量人员借助于测量工具（钢卷尺），通过0°- 180°，45°-225°，90°-270°，135°-315°对径位置的四条直线交点而定。

（1）当门洞无误差

当门洞加工安装误差不计时，则丈量洞圈的最大尺寸（为直径）必定是通过圆心的直径。只要丈量精确，该四条直径必交于圆心点（第四条直径丈量为多余观测），即为所求之门洞中心。

（2）门洞存在误差

由于门洞圈在制作加工过程中存在误差及安装钢圈存在误差，必然使门洞圈存在误差，此时门洞中心就越难求定。

一般可作这样处理，取必要观测的三条直径位置视所交汇的区域（呈三角状），该三角形通常称误差三角形，一般很小（越小越精确），再作三角形中心，即为门洞中心。

常规求门洞中心法，虽经测量人员长期使用，操作方便投入极少，但该法存在以下缺点：

（1）测量人员较多，操作麻烦，排场大，费时间，成果误差较大。

（2）直径汇交之区域，实地标定有一定困难。

鉴于上述缺点可以看出常规丈量求门洞中心给测量人员带来繁重的劳动，为此，我们介绍一种求门洞中心的测定方法。

2、坐标法测定门洞中心（图16）

竖井门洞中心可采用坐标法来测定。该法借助于经纬仪实地测量竖井左右洞圈切线之切点标志坐标，取中数求得中心之坐标来实现，求定、测定下一步到位。

图16 坐标法

具体操作可这样来进行：

在门洞正前方坐标点M 安置全站仪，整置后照准已知坐标点N ，观测洞圈左、右两切点，即可求得切左(x,y),切右(x,y°) 则门洞中心坐标2切右

切左x x x +=，2切右

切右y y y += （8-1）

不论常规法还是用坐标法来测定竖井门洞中心，其工作量都相当繁琐，虽然采用坐标法精度可相应提高，但由于工作场地限制，量边精度往往不可能很高，最终求得门中心坐标误差也相应增大。若采用全站仪测定时直接得到门洞中心坐标，精度可靠性较高些。

3、弦长取中法（图17）

弦长取中法原理仍以几何学为理论，将几何原理和测量理论两者有机结合起来，从图形结构上看具有不一定准确度，从计算关系上看也比较严密，该法实施中一直深受隧道测量技术人员的欢迎，弦长取中法也称量弦取中挂垂法（唐震华教授级高工命名）。

具体操作如图所示：

图17 弦长取中法

竖井内位于门洞前安置水平仪对洞圈下部两侧在易丈量处进行抄平标记，并沿抄平标记精确丈量洞圈弦长B A ，丈量时往返三组，往返差小于或等于2mm 。组与组之较差小于或等于2mm ，认为合格。最后取平均值为B A 弦长，并取B A /2处挂垂球，待垂球自然静止状态后，球尖标记红漆（红三角），即为门洞中心位置。由此可见，此法操作十分简单，容易掌握，大大减轻测量人员的劳动强度，尤其对较大隧道工程的竖井门洞中心测定，其优越性更能体现。由于此法通过经

典测量手段与几何学两者有机结合能逼真地描绘门洞几何尺寸，达到结构稳定，计算严密，精度可靠等要求，大大提高了测定竖井门洞中心位置的速度。

量弦取中挂锤法精度分析：

如图所示：AD=BD=B A /2

A ，

B D 经水准仪抄平呈水平位置。

令AD=l （直接丈量值）

AO=R （已知洞门直径取半，即设计值）

则：OD=h=22l R - 对上式全微分：de h

l dH h R d h 2222+=

化成中误差形式： 21222222

122222???

? ??--+???? ??-±=??? ??+??? ??±=m l R l m l R R m h l m h R M r r h （8-2） 结论：

（1）门中位置误差与门洞半径及丈量弦长误差有关；

（2）当R 没有误差（制作误差忽略不计时），右式第二项为主要误差；

（3）???? ??--l m l R l 22中，m l 为系统误差，若为定值时，则门洞中心位置测定精度取决于l 值。当l 愈小，则???

? ??--22l R l 随之减少，而M h 精度就越高。 鉴于上述误差分析，进一步得知，当求门洞中心位置时，取弦长短（弦越远离圆心时）则求定精度越高。目前，较大的竖井门洞中心测定均按弦长取中法进行，并得到推广。

8.3 竖井联系测量和井下导线测量

前面已叙述，这里不再赘述。

贯通测量的四项测量工作，所完成的时间差不得超过三天到一周，只贯通测量在同一时间段完成才能体现其正确性，可靠性，为全线贯通提供有效保证手段。

第九章隧道沉降测量

隧道施工过程及竣工后运营过程都会产生变形，这种变形在不一定限度之内，应认为是正常的现象，但如果超出了规定的限度，就会影响隧道的正常使用，严重时还会危及隧道的安全，因此，在隧道施工和运营期间，必须对隧道进行监视观测，即沉降观测。

在隧道沉降观测的过程中，了解其产生沉降原因是非常重要的，一般来讲，隧道沉降主要是由两方面的原因引起的：一是自然条件及其变化，即隧道地基的工程地质、水文地质、土壤的物理性质等；二是与隧道本身相联系的原因，即隧道本身的荷重、隧道的结构、动荷载（行车车载等）的作用。此外，由于隧道施工以及劫营管理工作做得不合理，也会引起隧道沉降。

以上这些沉降原因是互相联系的，隧道施工时，改变了地下原有的状态，对于隧道的地基施加了不一定的外力，这就必然会引进地基及周围地层的变形。而隧道本身及其基础，也由于地基的变形及其外部荷载与内部应力的作用而产生沉降变形。隧道变形可以分为表态变形和动态变形。静态变形通常是指沉降观测的结果在某一时间的变形值，它只是时间的函数。动态变形是指外力（荷载）为函数来表示的动态系统对于时间的变化，其观测结果表示隧道在某个时刻的瞬间变形。

隧道沉降测量时，观测点的标志可设置在衬砌环连接螺丝上，这样既不易被破坏，又便于观测（图18），一般每隔五环设置一个观测点，通过比较稳定的工作点来测定观测占的沉降，而工作点再应用水准基点来做检测。

图18 观测点的布设

水准基点是隧道沉降观测的基准点，隧道沉降均根据它来确定。因此，它的均等埋设必须保证稳定不变和长久保存。

隧道沉降观测应采用二等或三等水准测量，最好使用DS

1或DS

05

级的精密水

准仪及与之相配套使用的水准尺。仪器距水准尺距离小于35m。观测各观测点时，最好不设置转点，即安置水准仪后视水准点后直接观测观测点。沉降观测点的首次观测高程值是以后各次观测用以进行比较的根据。如果首次观测精度不高或存在错误，不仅无法补救，而且会得出矛盾的结论。因此，首次观测必须认真仔细，

并以同期两次观测决定每个观测点的首次高程。观测时前后视距离尽可能相等，当不可能做到前后视距离相等，其距离差不得大于10m ,为保证观测成果的正确性必须定期按固定测量人员观测和整理成果资料，固定使用水准仪和水准尺，固定使用水准点和固定测站位置转点（固定路线）来进行。

隧道沉降观测周期： h m V T ??=2/10 （9-1）

式中：T ——沉降观测的周期

m h ——沉降点的高程误差

V ——沉降点的沉降速率

实际工作中，可根据下面规定确定观测周期：

（1）连续月平均沉降量小于1mm ，每季度观测一次，否则，每个月观测一次。

（2）连续季度平均沉降小于2mm ，半年观测一次。

（3） 交工时应进行一次沉降观测。