沈阳地铁盾构隧道实施性测量措施

1、第十一章盾构隧道测量方案11.1 项目简况沈阳地铁 1 号线 4 标段洪湖北街站 重工街站区间隧道项目由中铁五局集 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 DK4+166.450 左 DK5+605.800 ，左线全长 1442.502m ；右线 DK4+166.450DK5+622.920 ，右线全长 1456.470m 。 盾 构 从 左 线 DK5+605.000 始 发 ， 在 洪 湖 北 街 站 掉 头 ， 沿 右 线 推 至 DK5+622.920 ，DK5+622.920DK5+725.241 是该区间的暗挖段，盾构空推

2、 过此段，盾构从 DK5+725.241 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 标段项目招标文件，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、轻轨交通项目测量规范 <GB50308 1999 )： 城市测量规范 <CJJ8 99

3、)新建铁路项目测量技术规范 <TB10101 99 ) 项目测量规范 <GB50026 93 ) 建筑变形测量规程 <JGJ/T8 97) 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 w±50mm ；路面、管线、建筑物的沉降与隆起限值：w -30/+10mm;相邻点的沉降值：w± 0.002Lmm ;铁路沉降的隆起值：w± 10mm。11.2.3. 平面控制网测量、复测和平面点放样必须使用 <2+2ppm,2" )级以上的 全站仪； 高程控制网测

4、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”进行本项目的施工测量工作。11.32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w± 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土 10mm，相邻区间 高程较差<±15mm。如较差超限立即以书面形

5、式上报监理项目师确认。由监理 项目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

6、高程控制点w±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项目师。根据测量仪器指标和 鉴定报告指标由监理项目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项目师 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，需由监理项目师确认后方可使用。11.4 测量技术方案的制定根据

7、项目的施工工序，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w± 12mm ;导线边长互差<±8mm ;高程点的高程差=± 3mm。11.4

8、.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、轻轨交通项目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w±25mm。11.4.4. 建立施工测量导线控制(1 在业主提交的的 GP

9、S 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=± 3.6Vn , n为测站数，导线全长相对闭合差w 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 1，2+2ppm )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w±，导线边长采取对向观测各 4 测

10、回，为了减少仪器的对中误差，采取变换1 80 °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w ±8mm，对隧道贯通面影响的横向误差w± 16mm 。(5 高程控制网 、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M 全中误差不大于±4mm/km ，往返观测高差较差不大于 8VL， L 为往返测段的水准路线长度。 、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

11、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。 、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 。 、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 、针对我项目部的项目情况，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。 、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100

12、m作为实验性掘进），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DK5+725.241 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 ：2+2ppm ）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土5，可以满足定向要求保证隧道正确贯通。 、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

13、，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

14、施测，角度观测10测回，边长对向观测 6测回，边长测距较差w 3mm，导线测角中误差w± <2 ）使用全站仪 < 标称精度1 ,+2ppm ）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w 3mm，测角中误差<±4<5

15、）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 ：2+2ppm ）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w±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

16、，按三等水准 测量标准进行控制。<3 ） 洞内水准点每 200M 布设一个点，测量精度指标要求：每千 M 全中误差 <±5mm/km，往返观测高差的较差=± 12 vL，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w±20，前后视的距离相对中误差w 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

17、内的全面检测。<3 ）施工水准用水准仪施测，往返闭合差w± 20 vLo<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 o<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W3mm。高差测定后加入温度和尺长改正。11.54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

18、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<x i, yi, Zi）分别计算出Lab,

19、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：因为盾构机的结构原因， 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、

20、 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

21、作。<2 ）托架的制作和安装：托架底板采用 400 X400 XlOmm钢板，四角上用50 X50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w± 5mm。<4 ）隧道环片测量：用铝合金型材加工长水准尺，规格50 X50 X30

22、00mm 、50 X50 X4000mm ，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 3M 和 4M 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

23、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. 对参加本项目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。项 目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

24、理审核批准后方可遵照执行。11.6.4 投入本项目项目的测量仪器设备及人员 、测量仪器配备：2台全站仪标称精度：1 2+2ppm ;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； 、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 因为项目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 经测量项目师复核。<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 ）用于本项目的测量仪器和设备，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