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摘要：地铁盾构施工多是在城市中心地区进行，受到施工场地、市政交通、给排水、供电、周围建筑物安全等条件限制，给盾构精密定位导向和精确贯通带来了极大的困难。为了顺利实现盾构隧道的精确贯通，尽可能的减轻对城市环境和人们正常生活工作的影响，对盾构施工的精密导向测控技术提出了更高的要求。因此对现有方法的总结和研究，探索新的更能适应在城市中复杂条件下盾构精密导向的方法具有重大现实意义。本文以地铁盾构隧道为研究对象，从影响地铁盾构隧道贯通的各种因素及减小误差方面考虑，主要通过竖井联系测量对盾构隧道精密定向控制技术方法进行了探讨。
关键词：盾构隧道；联系测量；精密定向
1.盾构施工技术与测量
1.1盾构法施工技术
（1）盾构机
盾构掘进机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，己广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。
（2）盾构法施工原理
盾构法的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞设计轴线向前进掘进。该圆柱体组件的壳体称护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受着周围土压力、地下水压以及承担挡水作用，使得挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。一般在盾构机护盾内沿轴线方向均匀安装均可推进千斤顶。另外为了在掘进过程中对盾构姿态进行调整，还可以在盾构护盾尾部安装铰接千斤顶以调整方向。
1.2盾构法施工测量
地铁隧道盾构法施工测量工作流程见图1所示。
图1 盾构法施工测量工作流程
2盾构隧道精密定向控制
2.1地面测量控制网
GPS控制网是地铁工程施工的全线总控制网，其网点的稳定、准确直接关系到工程施工的质量和隧道的贯通。因此，必须对其统一规划，并进行定期复测，以满足工程建设的需要。
地面平面控制应在城市二等平面控制网的基础上布设，同时通过GPS控制网来实现精度的控制。
2.2竖井联系测量
竖井联系测量是隧道贯通测量中的一个重要环节，它的任务是通过竖井将地面和地下控制网联系在同一坐标系中，把地面上控制点的坐标、方位角和高程传递到地下隧道中去，作为地下导线的起算坐标和起始方位角，并指导和控制盾构机的推进，保证隧道的正确贯通。
竖井联系测量常用方法有：导线直传法、两井定向法（投点定向）、联系三角形法、陀螺经纬仪和铅垂仪（钢丝）组合法四种
（1）联系三角形定向
在竖井中悬挂两根钢丝，其距离尽可能长，宜选用直径0.5mm钢丝，吊钢丝使用10 kg重锤以保证钢丝的垂直度，重锤浸没在阻尼液（废机油）中，在两根钢丝适当位置分别贴上反射片进行测距。通过联系三角形法定向（如图2所示），首先运用正余弦定理分别解出井上、井下两三角形的边角，然后将地面、地下连接图形视为一条导线，按照导线的计算方法求出地下起始点B0、B1的坐标及地下起始边B0-B1方位角。这是经常使用的传统方法，适合井口小，深度大的竖井测量；缺点工作量大，占用井口时间长。
图2 联系三角形定向示意图
（2）导线直传定向
导线直传法主要是沿竖井的竖直方向布设导线点，通过测定相邻导线点之间的水平角，根据井上已知边推算井下待定边的方位角，简单易行，缺点是受场地狭小（通视条件如支撑等）和井口俯仰角大等因素影响较大，适合井口大深度浅（小于30米）的井口实施。
（3）两井定向法
两井定向法就是在两竖井中分别悬挂一根吊锤线，挂重锤10kg，利用地面上最近的导线点，采用导线测量测定两吊锤线的平面坐标值。在井下，将已布设的始发基线边控制点与竖井中的吊锤线联测，即可将地面坐标系中的坐标与方向角传递到地下去，经计算求得地下导线各点的坐标与导线边的方向角。该方法工作量小，精度高，易操作，缺点钻孔审批手续麻烦，适合车站两端有井口，区间钻孔有条件较容易地段。
（4）竖井高程传递
为满足竖井高程定位的需要，在井底必须设立相应等级的水准点。由于竖井结构的特殊性，不可能利用常规水准测量方法把地面已知高程引测到井底。通常竖井高程的引测采用钢尺进行传递。用鉴定后的钢尺，按钢尺标定拉长系数标准挂上重锤，两台水准仪在井上井下同步观测，将高程传至井下固定点。传递高程时，每次应独立观测三测回，测回间应变动仪器高，三测回测得地上、地下水准点间的高差较差应小于3mm。
2.3地下导线测量
地下盾构隧道掘进中，为了对开挖方向不断地进行标定和检核，以保证隧道能准确贯通，必须进行洞内的控制测量。同时隧道内控制测量点宜全部采用专用制造的强制对中吊篮在隧道结构稳定部位进行布点控制，减少人工对中误差。
在盾构始发推进后向前掘进时，应布设施工控制导线用以进行放样并指引盾构掘进。施工导线边长为30-50m。导线点应设置于洞壁一侧，并及时测定盾构观测台的坐标，为盾构施工测量做准备。当盾构掘进100-200m时，为了检查隧道轴线与设计轴线是否相符合，必须选择部分施工导线点敷设边长较长（120m以上）精度要求较高的基本导线。并且，为了保证隧道贯通的精度，在基本导线中选取敷设边长较长（200—500m）精度要求更高主要导线点，提高测量精度，确保隧道贯通。
地下导线测量按精密导线精度要求实施，同时在隧道掘进至150m～200m、掘进至350m～400m、掘进至距离贯通面150m～200m处分别对地下导线进行复测；若单向掘进长度超过1200m时需在掘进至800m时须增加一次包括联系测量在内的地下导线及水准，之后每400m均须增加一次，确认成果正确，保障贯通精度。
2.4地下导线测量的可靠性分析
在地下导线控制测量中，可靠性较好的地下导线控制网都应该在网中的适当位置构成几何条件，以便在施工过程中进行检核。由于地下导线是以支导线形式向前延伸的，地下导线的每一次接测都会受到前面测量过程中的误差影响，所以在实际工作中及时准确地对原测导线的可靠性进行检验就显得十分重要。具体如下：
（1）每次延伸控制导线前，应对已有的控制导线进行检测，并从稳定的控制点进行延伸测量。控制导线点在隧道贯通前应至少测量三次，并应与竖井定向同步进行。重合点重复测量坐标值的较差应小于30×d/D（mm），其中：d—控制导线长度，D—贯通距离，单位均为米。满足要求时，应取逐次平均值作为控制点的最终成果指导隧道掘进。
（2）水准测量应在隧道贯通前应至少测量三次，并应与传递高程测量同步进行。重复测量的高程点间的高程较差应小于5mm，满足要求时，应取逐次平均值作为控制点的最终成果指导隧道掘进。
（3）相邻竖井间或相邻车站间隧道贯通后，地下平面控制点应构成附合导线（网），地下高程控制点应构成附合水准路线。
3.结 论
本文概述了盾构法施工原理、施工方法，同时还研究了竖井联系测量和隧道地下导线测量的方法，并对当前盾构隧道施工测量中几种常用方法进行分析比较，对各种方法适用情况及优缺点进行说明。此外，本文还介绍了引起盾构隧道偏差的原因和目前盾构隧道精密定向控制理论进行探讨，并对地下导线测量的可靠性进行分析，希望本文的研究能为后续开发盾构导向系统软件提供了理论指导。
参考文献：
[1]于来法.广州地铁一号线的贯通测量及贯通误差限差的探讨[J]测绘通报，2008，1：10~12.
[2]刘岗，杨成宽.隧道贯通面水平重要方向上的误差预计[J]西部探矿工程，2012，01：95~98.
论文作者:林壮麟
论文发表刊物:《基层建设》2017年第35期
论文发表时间:2018/3/20
标签：盾构论文; 导线论文; 隧道论文; 测量论文; 竖井论文; 地下论文; 高程论文; 《基层建设》2017年第35期论文;