地铁测量论文

1、南宁地铁2号线土建4标地铁盾构测量施工方法摘 要结合深圳地铁2号线【蛇口站海上世界站】、昆明地铁1号线【广播电视大学站下庄站】 和深圳地铁9号线【鹿丹村站大剧院站红岭站】盾构工程,主要介绍运用高精度全站仪及精密电子水准仪进行控制测量、竖井联系测量（两井定向）、盾构机姿态测量、地下精密导线测量、管片姿态测量等方面；论证了提高盾构工程测量施工精度和质量的方法。 关键词：控制测量 竖井联系测量 盾构机姿态测量The construction method of subway shield tunnel measurementCombined with the Shenzhen Metro Line

2、2 shekouhaishangshijie, the station of Kunming Metro Line 1 guangdianxiazhuang and of Shenzhen Metro Line 9 ludancundajuyuanhongling shield project, mainly introduces the application of high precision of total station instrument control, measurement shaft connection survey (two well orientation), sh

3、ield posture measurement, underground traverse survey precision, segment attitude measurement and so on; discusses the way to improve the quality and precision of construction surveying of shield project.一、地铁盾构测量精度设计要求和原则地铁盾构测量的首要任务是保证隧道贯通，因此在盾构隧道工程测量精度设计中，合理的规定隧道贯通误差及允许值，是盾构隧道测量的一项重要任务。目前在地铁盾构测量中使用

4、的测量贯通误差要求，多来自新建铁路工程测量规范城市轨道交通工程测量规范，是根据山岭、隧道贯通误差测量的实际统计资料计算得知。该指标主要应用在盾构法施工和喷锚构筑法进行隧道施工的地下工程中，广泛应用与城市地铁。盾构隧道区间贯通误差根据设计给定的限界裕量（安全空隙）、隧道结构联接处的允许偏差和测量仪器设备的精度情况来确定。地铁盾构测量一般设计给定的隧道结构限界裕量每侧为100mm，则这100mm的限界裕量中主要包括施工误差、测量误差、变形误差等。地铁隧道给定的高程安全裕量比较大，一般为70100mm，因此根据补钱测量仪器和设备状况以及隧道结构的竖向允许偏差，很容易瞒住贯通误差设计要求，考虑到地铁隧

5、道整体道床铺轨对高程精度的要求，高程贯通测量误差确定为±25mm。采用不等精度分配方法，将高程贯通测量误差分配到高程测量的各个环节：其中：地面高程控制测量中误差：±12mm 高程传递测量中误差：±8mm 地下高程测量中误差±12mm 则高程贯通测量中误差mh=±18.8mm±25mm二、技术依据建筑变形测量规范 JGJ82007城市轨道交通工程测量规范 GB50308-2008城市测量规范 CJJ8-2011新建铁路工程测量技术规范 TB10101-99工程测量规范 GB50026-2009国家一、二等水准测量规范 GB/T 1289

6、-2006国家三、四等水准测量规范 GB/T 1289-2009全球定位系统（GPS）测量规范 TB/T 18314-2009铁路工程测量规范 TB 10101-2009城市地下管线探测技术规范 CJJ 61-2003建筑基桩检测技术规范 JGJ 106-2003三、盾构测量施工内容3.1、交接桩复测 一般我们在接到业主下发的交接桩成果表后,立即认真组织测量人员对管区内GPS点、精密导线、城市二等高程控制网进行复测，进行严密平差，复测成果与原成果较差在允许范围内方可使用。3.2、四等控制网加密交接桩复测结束后，在施工前或施工中，根据施工情况对控制网进行加密测量，加密测量的控制点成果必须上报测量

7、检测单位检测，检测合格后方可用于施工测量。精密导线沿线路方向布设，并应布设成附和导线、闭合导线或结点导线网的形式，加密点相邻边长小于1/3。施测时采用高精度全站仪、精密电子水准仪及配套铟瓦尺进行（目前测量一般都使用徕卡TS系列12高精度全站仪）。依据盾构施工需要，加密四等导线点与GPS点形成附和导线测量线路，采用强制对中观测装置，作为主以后的盾构施工需要。地面高程控制网点的布设应满足施工测量需要，需找牢固稳定的地点埋设，不受施工过程或其他外界条件的影响而导致沉降变化。3.3、地面控制测量导线测量的主要技术要求表1等级导线长度（km）平均边长（km）测角中误差（）测距中误差（mm）测距相对中误差

8、测回数方位角闭合差（）导线全长相对闭合差1级仪器2级仪器3级仪器三等1431.8201/1500006103.6n1/55000四等91.52.5181/80000465n1/35000精密导线测量的主要技术要求表2平均边长（m）闭合环或附合导线总长度（km）每边测距中误差（mm）测距相对中误差测角中误差（）水平角测回数边长测回数方位角闭合差（）全长相对闭合差相邻点的相对点位中误差（mm）级全站仪级全站仪、级全站仪35034±41/60000±2.546往返测回2测回±5n1/35000±8水平角观测的主要技术要求表3等级仪器精度等级测角中误差（）测回数

9、半测回归零差（）一测回内2C互差（）各测回方向较差（）一级1级仪器526962级仪器538139二级2级仪器821218126级仪器841824从地面向地下采用导线测量的方法进行定向，垂直角应小于30°且定向边中误差应小于8。精密导线只有两个方向时，按左右角观测，左右角平均值之和与360度的较差小于4。水平角观测遇到长、短边需要调焦时 ，应采用盘左长边调焦，盘右长边不调焦；盘右短边调焦，盘左短边不调焦的观测顺序观测。每条导线边应往返观测各两个测回，每测回间应重新照准目标，每测回三次读数。测距时一测回三次读数的较差小于3mm，测回间平均值的较差应小于3mm，往返平均值较差小于5mm。气

10、象数据每条边在一端测定一次。3.4、地面高程控制测量水准测量的主要技术要求表4等级每千米高差全中误差（mm）路线长度（km）水准仪型号水准尺观测次数往返较差、附和或环线闭合差与已知点联测附和或环线平地（mm）山地（mm）二等2DS1因瓦往返各一次往返各一次±4L三等650DS1因瓦往返各一次往返各一次±12L±4LDS1双面往返各一次四等1016DS3双面往返各一次往一次±20L±6L五等15DS3单面往返各一次往一次±30L水准网测量主要技术要求表5水准测量等级每千米高差中数中误差（mm）附和水准路线平均长度（km）水准仪等级水准尺

11、观测次数往返较差、附和或环线闭合差（mm）偶然中误差M全中误差Mw与已知点联测附和或环线一等±1±23545DS1铟钢尺或条码尺往返测各一次往返测各一次±4L二等±2±424DS1±8L在业主提供了二等精密水准点上利用2个或2个以上的精密水准点构成附和水准路线。在竖井附近先作附和水准路线然后再作趋近水准，将高程传递到竖井附近。水准网的测量均按二等水准测量作业指标执行。精密水准测量观测方法如下：往测 奇数站上为：后前前后 偶数站上为：前后后前返测 奇数站上为：前后后前 偶数站上为：后前前后每一测段的往测与返测，分别在上午、下午进行，也可

12、在夜间观测。3.5、联系测量3.5.1高程传递由竖井传递高程，是通过测量将地面水准点的高程传递至井下的水准点，采用钢尺导入法进行高程传递，高程传递应独立进行三次，与竖井定向同步，其互差应满足限差要求。钢尺导入法是传统的竖井传递高程的方法。将钢尺悬挂在支架上，尺的零端垂于井下，并在该端挂一重锤，其重量应为检定时的拉力。将地面高程按二等水准测量作业标准传递到近井水准点A上。井上和井下安置两台水准仪同时读数，井上用水准仪读取近井水准点A上水准尺的读数，读数为a，在钢尺上读取读数m，需独立观测三测回，每测回变动仪器高度；井下用水准仪读取钢尺上读数n，在车站里水准点B的水准尺上读取读数b，也需独立观测三

13、测回，每测回变动仪器高度。三测回测得地上、地下水准点的高差应小于3mm,观测时应量取地面和井下的温度，三测回测定的高差应进行温度、尺长改正。进而测定水准点B的高程，即为盾构始发及掘进的高程控制的依据。洞内水准点B的高程可按下式计算式中：钢尺温度改正数，即式中：钢尺膨胀系数，取为0.0000125/；井上、井下的平均温度；钢尺检定时的温度；=m-n。钢尺尺长改正数。高程传递示意图（1）3.5.2竖井定向平面联系测量的目的是统一井上下的平面直角坐标系统。隧道贯通前的联系测量工作不应少于3次，宜在隧道始发到100m、掘进一半以及距贯通面100200m时，分别进行一次，其具体任务是确定井下起始点和起始

14、边在地面坐标系统中的平面坐标和方位角。在这两项任务中，确定井下导线起始边方位角是主要的。在隧道里需建立一条支导线，起始边的方位角误差对隧道各导线点的影响是随各点与起始点的距离成正比增大。采用双井定向，通过增大两根钢丝的距离来减小钢丝的投向误差并提高起始边的方位角的精度。 双井定向的外业包括投点和连接测量两部分。车站施工达到始发要求后，分别在车站两竖井处各投挂一根钢丝，采用单荷重投影法，在每根钢丝上下两端适当位置上粘贴反射片，分别为A、B与。在车站竖井附近的加密导线点上架设全站仪，测出两根钢丝到导线点的角度和距离，从而计算出A、B的坐标。如图（2）所示，注意投点时先在钢丝上挂以较轻的荷重，徐徐将

15、其下入井中，然后在井底换上作业重锤，放入盛有机油或阻尼液的桶内，但不能与桶壁接触。桶在放入重锤后须加盖，以防滴水冲击。在车站底板适当位置上设置了两个比较稳固、采用强制对中装置的观测台，分别为1、2。井下连接的任务是测设导线，目的是测定井下两个导线点1、2的坐标和所构成边的方位角，此两点即为盾构始发及掘进的平面控制的依据。主要测设过程详见下面步骤说明。地面上测角和测距以及地下的导线测量均按精密导线测量的技术要求执行。 双井定向的内业计算步骤如下：由地面连接测量成果计算A、B的坐标对A、B两点进行坐标反算，求AB的方位角及其边长确定井下假定坐标系统。为方便起见，一般假定为原点，井下导线第一条边1为

16、轴（即）；然后计算井下连接导线各点的假定坐标，得。在假定坐标系中，反算的方位角和边长5、计算井下第一条边1的方位角6、 以A点坐标和为起算数据，重新计算井下连接导线各边 的方位角及各点的坐标。分别由地面和井下计算的B和点坐标，对闭合差按与边长成正比反符号分配到各边的坐标增值中。双井定向示意图（2）四、盾构始发前的测量准备4.1始发托架定位盾构机导轨测量主要控制导轨的中线与设计隧道中线偏差不能超限，导轨的前后高程与设计高程不能超限，导轨下面是否坚实平整等。它的位置主要是利用地下导线点分别在导轨的前后两端放样出隧道中线上的中心点，利用这两个中心点来控制导轨的平面位置如图（3）。利用水准仪通过地下水

17、准点测定始发托架的高程，每条导轨分别测5个点，根据测量结果进行调整，使托架的三维坐标测设值与设计值较差应小于3mm。始发托架定位示意图（3）4.2反力架的定位 反力架的安装位置测量分为平面定位及高程定位。平面定位主要是利用地下导线点直接精确定位反力架的轴线，并使此轴线与设计轴线严格重合。高程定位利用地下高程控制点直接测定底板预埋钢板的顶高程，并通过调整钢板使反力架轴线高程与设计轴线高程一致，反力架测量控制点的三维坐标测设值与设计值较差应小于3mm。如图（4）始发反力架定位示意图（4）4.3盾构机的初始姿态测量过程盾构掘进时，在土层的姿态（平面位置、高程位置、横向坡度、纵向坡度）必须通过测量的方

18、法来测定。如何测定，测定精度的高低将直接影响盾构在土层中姿态的正确性。 盾构测量固定点位标志，它的术语称盾构仪，它的测定精度将直接影响盾构姿态的正确性。盾构仪由前靶、后靶、横向坡度、纵向坡度组成。通过前靶和后靶的测定，根据盾构的横坡和纵坡进行一系列几何关系转换计算切口和盾尾中心的位置。 结合盾构工程所使用的盾构机的特点，在拼装机前方，铰接位置处的平面合理位置做测量固定点位标志点若干个（不少于3个点），做固定激光靶位托架平台一个，激光靶位平台用钢板加固，预留安装螺丝孔（孔位根据不同盾构机的激光靶位安装需求预留）。盾构机在出厂标定时，测出盾构机固定点位与盾构机轴线的极坐标，通过计算转换出激光靶的相

19、对位置关系，以及与盾构机与隧道轴线的位置关系，从而提供盾构机自动操作系统程序数据。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。盾构机姿态固定点位示意图（6）如图（6）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，由出厂前测设的固定点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

20、）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。由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姿态的目的。4.4、盾构机自动测量系统为了满足盾构掘进按设计要求贯通(横向贯通测量中误差为±50，高程贯通测量中误差为±25),必须研究每一步测量工

21、作所带来的误差,包括地面控制测量,竖井联系测量,地下导线测量,盾构机姿态定位测量四个阶段。在利用盾构机进行的隧道掘进施工过程中,为了将掘进线路与隧道设计曲线之间的误差控制在一定范围内,需要及时复测盾构机的位置和掘进的方位角。隧道设计曲线是在城市三维坐标系(绝对坐标系)中设计的,要得到盾构机掘进过程中的误差,就必须通过测量计算得到盾构机在绝对坐标系中的坐标位置和方位角。具体来说,就是要得到盾构机切口中心以及盾尾中心在隧道三维坐标系中的坐标位置以及盾构机轴线的方位角,通过与隧道设计曲线上的对应点坐标以及对应点所在位置的曲线方向相比较,得到位置偏差值(水平方向和垂直方向)以及角度偏差值(水平偏航角和

22、坡度)。4.4.1工作原理及特点始发掘进前，在主体结构中板适当位置安装强制对中托架测站及后视棱镜吊蓝，利用井下控制点和井下高程控制点引测出测站点和后视棱镜三维坐标，引测时仰角不大于8°，高程测量独立测量三次，测得的高差较差±5mm。系统采用跟踪式全自动全站仪（测量机器人），在计算机的遥控下完成盾构实时姿态跟踪测量。如图（7）测量方式：由固定在吊篮（或隧道壁）上的一台自动全站仪和固定于隧道内的一个后视点，组成支导线的基准点与基准线。按连续导线形式沿盾构推进方向，向前延伸传递给在同步跟进的车架顶上安置的另一台自动全站仪及棱镜，由测站全站仪测量安置于盾构机内的固定点激光标靶位，得

23、到三点的坐标。通过高性能界面高速传输数据实时进行位置分析，表示盾构机姿态数据，盾构机导向系统具有以线型管理为重点的各种位置分析功能。盾构机能够按照设计线路正确推进，其前提是及时测量、得到其准确的空间位置和姿态方向，并以此为依据来控制盾构机的推进，及时进行纠正。盾构机姿态测量示意图（7）4.4.2辅助测量和复测盾构推进实时姿态测量包括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的测量。应用井下导线成果实测并计算出盾构的前标、后标的坐标（并进行转角改正），再算出切口和盾尾的坐标与设计坐标进行比较后计算出切口和盾尾的平面偏离值。测出前标中心的竖直角及距离计算出前标的高程，再以盾构的

24、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。每推进一环后，以观测报表的形式提供以上数据。视施工需要也可在推进前和推进过程中增加观测报表次数。（1）平面偏离测定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），按测量步骤来测定盾构上前后两标（盾构仪）的坐标，然后通过程序归算出其偏离值。（2）高程偏离测定在控制观测台上，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（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

25、际的高程姿态。 为了保证自动测量与人工测量相互校核的原则，人工测量频率定为：始发一百米内，人工测量一环一测；确保自动测量的稳定性后，每5环进行一次人工校核测量；刀盘切口距贯通面50米时，人工再次采用一环一测的方法。当自动测量与人工测量相互校核不符时：（1）首先对施工控制导线和施工导线（测站及后视点坐标）进行复测，确认施工控制导线和施工导线准确无误。（2）检查盾构机内的固定点激光标靶位是否变动，对盾构机内的固定点激光标靶位进行校核。4.4.3衬砌环片测量管片成环现状测量的主要内容包括管片的水平和垂直直径、椭圆度、管片中心的平面和高程偏离值以及管片前沿里程的测量。根据盾构的姿态及管片与盾构的平面、

26、高程及里程的相对位置现场实测，从而推算出管片的姿态。每环管片拼装完毕后，立即进行实测，以观测报表的形式提供以上数据。（注：管片测量高程允许偏差25mm，水平允许偏差50mm）管片中心位置测量图（8）五、地下控制测量5.1地下控制导线测量隧道内平面测量分施工控制导线及施工导线，洞内施工控制导线由洞外联系测量所确定的导线点1、2直接延伸而来。地下导线是一条支导线，这条导线指示盾构推进方向，它必须十分准确。根据盾构内径空间，选择稳固、位置适当的地方建立施工导线点，组成施工控制导线。观测台由钢板焊接而成，采用强制对中装置，利用螺栓固定在管片侧壁上（如图7所示）。施工控制导线随隧道的掘进而延伸。施工控制

27、导线的平均边长选择在150m左右，尽量按等边直伸导线布设。特殊情况下，导线边不小于100m。曲线隧道施工控制导线埋设在曲线元素点上，边长大于60m。其测设满足精密导线的测量的技术要求。因盾构隧道中的管片在一定范围、一定时间内总是处于动态的，因此在洞内控制导线向前延伸时必须检查后三个导线点点位稳定情况，即检核作为已知导线的夹角有无变动，如有较大变动，应再向后检测直至满足为止。此时应用稳定的导线点重新测量移动的点，并用新坐标向前延伸。施工控制导线在隧道贯通前测量三次，测量时间与竖井定向同步。重合点重复测量的坐标值与原测量的坐标值较差小于10 mm时，采用逐次的加权平均值作为施工控制导线延伸测量的起

28、算值.施工导线是隧道掘进的依据，施工导线的精度高低，直接影响着盾构推进时的姿态和隧道的贯通。施工导线由控制导线点敷设而成，受施工控制导线控制。它由悬挂固定在隧道顶部的吊兰构成（如图7），以能满足自动测量系统中的测量机器人与盾构机的目标靶通视。一般施工导线边长在直线段为6080米，曲线段为2050米。其测设满足精密导线的测量的技术要求。地下控制导线测量示意图（9）5.2地下高程控制测量盾构进洞掘进后，将高程引致洞内控制导线点上作为高程控制点与平面控制点共用，测量时需满足二等水准测量的技术要求。作为施工导线用的吊兰高程可由洞内控制水准点用水准测量方法进行引测传递。地下控制水准测量应在隧道贯通前独立

29、进行三次，并与地面向地下传递高程同步。重复测量的高程点与原测点的高程较差应小于5mm，并应采用逐次水准测量的加权平均值作为下次控制水准测量的起算值。六、贯通测量当盾构掘进距接收井还有5080m时，进行贯通测量工作。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。 盾构进洞之前，应对地面控制测量、联系测量、地下控制测量、接收井预留洞和接收井内的盾构基座进行全面的贯通复测。盾构距贯通面约100m时，做一次定向测量，以三次定向测量成果直到隧道贯通，精确控制盾构轴线，要求其

30、切口中心的平面偏离值在±20mm以内，高程控制正值，其值一般为盾构外径与洞圈内径之差的1234。同时对接收竖井预留进洞口中心的三维坐标及直径进行实测，并与设计值比较其实际差值。对接收井内的盾构基座，按设计图纸放样出盾构基座的平面位置和高程位置，以迎合盾构进入竖井时的姿态。七、数据处理与信息化管理测量成果自检报验管理程序（10）八、盾构机姿态技术要求 1盾构机姿态测量的内容应包括平面偏差、高程偏差、俯仰角、方位角、滚转角及切口里程。2 应及时利用盾构机配置的导向系统或人工测量的方法对盾构机姿态进行测量，并应定期采用人工测量的方法对导向系统测定的盾构机姿态数据进行检核校正。3.盾构机配置的导向系统宜具有实时测量功能，人工辅助测量时，测量频率应根据其导向系统精度确定；盾构机始发10环内、到达接收井前50环内应增加人工测量频率。4.利用地下平面控制点和高程控制点测定盾构机测量标志点，测量误差应在±3mm以内。5.盾构机姿态测量计算数据取位精度要求应符合下标的规定。盾构机姿态测量计算数据取位精度要求表