盾构施工控制测量

/中铁三局西南公司盾构施工作业指导书盾构施工限制测量中铁三局西南公司盾构工程段1.盾构施工限制测量1.1目的和适用范围为了保证盾构机精确定位始发，依据设计蓝图计算出的隧道中心线在规范偏差允许范围内掘进并精确贯穿，制定本作业指导书。本作业指导书适用于接受盾构施工的区间隧道工程。1.2工作内容及技术要点盾构施工测量主要分为四部分：地面限制、联系测量、洞内限制和竣工测量，具体内容及技术要求见表1.2-1。表1.2-1盾构施工测量内容及技术要点序号工作内容技术要点1地面限制交接桩及复测2地面限制点加密导线应避开长短边3联系测量平面联系测量优先接受两井定向4高程联系测量5井下及洞内限制洞门钢环安装定位6始发洞门测量，托架及反力架定位7隧道平纵断面图识图及隧道中心线线型计算8盾构机导向系统初始化9洞内延长导线点及延长水准点布设及测量10盾构机姿态人工复核11管片姿态测量12到达洞门测量，托架定位，纠偏支配制定13贯穿误差测量14竣工测量1.3测量前准备工作1.3.1盾构施工前，项目部应成立特地的测量组织机构，测量人员应具备相应的测量技能等级及执业资格。1.3.2项目应配置精度满足要求的测量仪器，全站仪测角精度不低于2″，测距精度不低于Ⅱ级（5～10mm）。1.3.3盾构施工前，应编制测量方案，并按程序经过审查、批准后方可实施。1.4测量作业1.4.1交接桩及复测1项目中标后，交接桩资料包括平面限制点坐标及高程以及相应的“点之记”，经业主方代表（或者业主托付的第三方测量（以下简称“业主测量队”）单位代表）、施工承包方代表签字确认后生效，并到各限制桩点现场确认。2施工承包方完成接桩后，应刚好编写复测方案并组织实施。复测成果上报监理及业主（或业主测量队）审查。如发觉有交桩限制点精度不满足要求，应在复测报告中明确申请业主测量队进行复测确认。3一条区间隧道交桩限制点应不少于6个，即在隧道两端各有2个以上平面限制点和1个以上水准点。4依据精密导线的要求进行限制导线复测，具体要求依据《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）“3.3精密导线测量”执行。1.4.2地面限制点加密1加密导线点和交桩限制点宜形成附合导线，附合导线的边数宜少于12个，相邻的短边不宜小于长边的1/2，个别短边的边长不应小于100m。2受条件限制，加密导线点和交桩限制点只能形成闭合导线时，应在《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）要求基础上增加至少一倍的观测频率。3加密水准点应设置在施工影响范围之外且比较稳固的地方，至少每半年对加密水准点和交桩水准点进行一次联测。1.4.3平面联系测量1平面联系测量一般可接受一井定向（如图1.4.3-1）、两井定向（如图1.4.3-2），投点方式可接受钢丝或者投点仪。2一井定向联系三角形测量具体要求依据《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）“9.3联系三角形测量”执行。3两井定向联系测量1）在盾构施工时，可以利用车站两个端头井或者是一个端头井和中间的出土口位置进行两井定向。2）左右线的地下限制边可以同时测量，但应分开计算。3）利用两侧端头井吊钢丝或放置投点仪，依据常规导线测量方法在地面上测量钢丝坐标，在井下测量导线的水平角和边长，依据无定向导线方法进行平差计算，推算井下限制边的坐标和方位角，见图。4）受现场条件限制，只能利用一个端头井和中间的出土口时,应保证井下限制边长度，增加测量次数，提高精度。1.4.4高程联系测量1用于高程联系测量的近井水准点必需和加密水准点或者交桩水准点联测后方可运用。2高程联系测量接受井上井下两台水准仪同时观测，具体要求依据《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）“9.7高程联系测量”执行。3高程联系测量示意图见图，井下水准点B的高程计算公式为：其中：HB——B点的高程；HA——A点的高程。1.4.5洞门钢环安装定位1盾构井端墙结构施工时，接受全站仪放样出洞门中心线，限制底部和顶部两部分钢环连接处的中心位置；接受水准仪先在洞门施工旁边位置引测出一个标高限制点，洞门钢环就位过程中，干脆调整底部和顶部的标高。2定位完成后应实行必要的钢环固定及爱惜措施，保持钢环的状态，防止移位。1.4.6成型洞门测量1洞门钢环施工完成后应刚好对洞门位置进行测量，计算钢环实际位置，为盾构始发、接收定位供应依据。2成型洞门测量宜接受具有免棱镜测距功能的全站仪，运用干脆测取洞门钢环内边缘三维坐标的方法进行。1.4.7托架及反力架定位1依据实测的洞门位置以及线路设计状况，计算托架及反力架的定位坐标和高程，如附录A中的图所示。2接受全站仪及水准仪进行托架及反力架的定位放样。3若实测洞门中心和设计中心相差较大，应以实际洞门位置为基准进行放样坐标及高程的计算。4对于高程的限制，始发时一般抬高10～20mm，接收时一般降低10～20mm。1.4.8隧道中心线计算1依据设计蓝图中的平、纵断面图及平曲线偏移量图进行隧道中心线计算。2隧道中心线计算完成后，载入盾构机导向系统的源文件应上报上一级测量管理部门复测，经公司审批后方可运用。3源文件应通过经格式化过的U盘载入盾构机导向系统工业电脑，载入后在导线系统中，再次对计算元素或坐标成果进行核对，确保数据精确无误。1.4.9盾构机导向系统初始化1盾构组装完成，起先进行导向系统初始化。对于主动铰接型盾构还需将铰接收为0。2棱镜导向系统初始化方法1）在盾尾内接受全站仪实测盾构机轴线上的两个点（附录A中的图中的Z1、Z2）三维坐标，接受水准仪实测盾尾两侧同步注浆壳位置（附录A中的图A.0.5中的a、b点）高差，量取a、b间距。2）利用Z1、Z2的坐标推算盾构机前点、后点坐标，盾构机的俯仰角及偏航角，利用a、b点的高差及间距推算盾构机的滚动角。3）用实测的盾构机滚动角及俯仰角等对倾斜仪数据进行修正，用计算的盾构机前点、后点坐标输入（或修正）棱镜局部坐标。3激光导向系统初始化方法1）运用激光导向系统的盾构机在出厂时已经设置了参考点，并给出了参考点的局部坐标。2）接受全站仪干脆测量盾构机参考点的三维坐标，计算出盾构机前点、后点坐标，盾构机的俯仰角、偏航角及滚动角。3）工厂测量时，已经对激光靶进行了初始设置，盾构机到达施工现场组装完成后，干脆运行激光导向系统，可以测得盾构机前点、后点坐标，盾构机的俯仰角、偏航角及滚动角。4）一般状况下，盾构机出厂后，激光靶位置相对于盾构机是固定的，在激光靶初始设置功能界面中，只输入人工测量和导向系统测量得到的盾构机的俯仰角、偏航角及滚动角差值，其他参数不变，进行激光靶初始设置。初始设置完成后，激光导向系统测量的盾构机前点、后点坐标，盾构机的俯仰角、偏航角及滚动角应和人工测量结果一样。1.4.10洞内延长导线及延长水准点的布设和测量1洞门延长导线边长在150m为宜，曲线段不能小于60m，宜沿着隧道两侧交叉布设，视线距离隧道侧壁应大于0.5m。水准点每120m～150m左右布设一个。2延长导线点宜接受强制对中托盘，固定在两侧管片上（如附录A中的图所示）。接受导线测量的方法对延长导线的角度和边进步行测量，并计算延长导线点坐标。3延长水准点宜接受在管片底部埋设不锈钢测点，接受精密水准仪对延长水准路途进行测量，并计算延长水准点高程。4对延长导线点及延长水准点编号、标识、记录，防止错用或误用，并实行相应的爱惜措施。5延长导线点坐标及水准点高程必需经双检复核后运用。6每增加一个洞内限制点应当刚好测量，对于一条隧道，在掘进100m左右及掘进到一半时进行至少两次联系测量及延长限制点的复测。联系测量计算的井下起始边方位角较差小于12″时取平均值进行洞内导线计算。1.4.11盾构机姿态人工复核1每掘进100米，应依据盾构导向系统初始化的方法进行一次盾构机姿态人工测量，和导向系统显示姿态进行对比，防止导向系统错误，影响隧道施工质量。在小曲线半径线路上应加大人工复核频率。2在进行盾构机姿态人工测量前，首先须要对洞内延长导线及延长水准路途进行复核，确保洞门延长限制点的精度。3洞内延长限制点精度随着隧道长度增加而降低，因此，盾构机姿态人工测量的成果主要用于和导向系统显示成果进行对比，防止导向系统错误，当二次对比结果在±20mm之内时，不修正导向系统参数。1.4.12管片姿态测量1管片姿态测量接受横尺法（如附录A中的图所示）。2每向前掘进20m必需对相应部位的管片进行姿态测量。3在盾构始发后的100m范围内，每次管片姿态测量应当包含盾尾内的一环管片、刚脱出盾尾的2～3环管片及其余可以进行管片姿态测量的管片，确保至少应有10环以上，同时有在拼装完成未脱出盾尾时的姿态及此时的盾尾间隙测量数据、盾尾姿态数据；刚脱出盾尾时的管片姿态数据及脱出盾尾稳定后的姿态数据，，以便于统计、分析管片上浮量。1.4.13贯穿前纠偏计算制定1在隧道贯穿前100m进行地面限制网、联系测量及洞门延长限制网的复测，依据复测成果对接收洞门实际位置进行测量，对盾构机导向系统进行复站，依据实测洞门数据及盾构机姿态数据，制定贯穿数据限制值。2盾构机姿态限制应在进入加固体之前（无加固时，应为距离接收洞门10m左右），将盾构机趋向和线路走向调整为近似平行关系，前点的姿态数据和制定的贯穿数据限制值相符。3依据《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）要求，贯穿面一侧的隧道长度大于1500m时，必需加测陀螺边方位角，对洞门延长导线数据进行修正。1.4.14贯穿误差测量1贯穿测量包括平面贯穿测量和高程贯穿测量。隧道贯穿后应利用贯穿面两侧平面和高程限制点进行贯穿误差测量。2平面贯穿测量方法1)接受中线法测量的隧道，贯穿之后，应从相向测量的两个方向向贯穿面延长中线，并各钉一临时桩A、B。丈量出两临时桩A、B之间的距离，即得隧道的实际横向贯穿误差，A、B两临时桩的里程之差，即为隧道的实际纵向贯穿误差。2)接受地下导线作洞内限制的隧道，可由进洞的任一方向，在贯穿面旁边钉一临时桩点，然后由相向的两个方向对该点进行测角和量距，各自计算临时桩点的坐标。两组成果Y坐标的差数即为实际的横向贯穿误差，X坐标之差为实际的纵向贯穿误差（或者将两组坐标差投影至贯穿面及其垂直的方向上，得出横向和纵向贯穿误差）。在临时桩点上安置全站仪测出角度，以便求得导线的角度闭合差（也称方位角贯穿误差）。3高程贯穿测量方法由隧道两端洞口旁边的水准点向洞内各自进行水准测量，分别测出贯穿面旁边的同一水准点的高程，其高程差即为实际的高程贯穿误差。1.4.15竣工测量1竣工测量内容依据《城市轨道交通工程测量规范》，盾构隧道区间竣工测量主要为线路横断面测量，横断面测量是通过对盾构隧道的限界限制点位置的测量，确定各个限界限制点和线路中线的关系，即和线路中线的水平距离和距底板的垂距，圆形隧道横断面测点布置参见附录A中的图。2竣工测量方法1）测设线路中线点必需以区间贯穿平差后的施工限制点为起算依据。2）线路中线点应分段和施工限制点联测并形成附合导线，平差后应对线路中线点依据设计位置进行归化改正；同时，以贯穿平差后的高程限制点为依据，施测线路中线点的高程。3）一般状况下，依据直线段区间每6m、曲线段每5m(盾构可按4环)放样线路中心线，在中心线的法线上依据4）断面结构类型变更处应分别测量各类型断面数据，曲线段各线路要素点如：直缓点ZH（或缓直点HZ、直圆点ZY、圆直点YZ）、圆缓点YH（或缓圆点HY），竖曲线起点、终点、曲中点应进行横断面测量。5）施工偏差较大段应加测断面。6）将全站仪架在每个断面上（需置0后视，后拨90度转到基法线上）用全站仪的免棱镜功能干脆测量支距并记录；或将全站仪架在洞内导线点上设站后干脆测量每个断面点的坐标，并记录。3将竣工测量数据依据业主规定的格式填表提交设计及业主等相关单位。1.5质量限制1.5.1地面限制导线复测精度较低1缘由分析1）该问题主要是加密导线网型设计不好导致，交接桩之后，依据施工须要进行地面导线加密，加密导线点的选择应尽量使边长等距且高差较小，加密导线点和交桩点之间尽量构成附合导线。加密导线点尽量设置在施工影响范围以外的区域。2）此外，通过大量实践表明，全站仪的测距精度对于地面限制导线复测精度有很大影响。影响全站仪测距精度的主要因素有温度气压等环境参数设定问题、全站仪自身测距问题、棱镜问题、三脚架不稳定、边长改正等。2对策1）地面限制导线的复测数据精密导线测量作业，必需严格依据规范要求，运用空盒气压计及温度表测定观测时的环境温度，输入仪器内，每站都应进行设置，这一环节对全站仪测距影响很大，尤其是在冬季或者夏季气候变更较大的时候。2）边长改正和各个城市轨道交通工程坐标系投影面高程设置及项目所在地的实际高程有关，跟所测边长长度有关，一般状况下边长小于300m时改正数很小，可以忽视。3）三脚架应经常维护，防止由于三脚架松动引起测量过程中的错误，降低测量精度。每次加设仪器的时候，将三脚架加设稳定后，用手拧一下，看是否会活动，确保三脚架不会拧动后方能架设仪器进行观测。4）全站仪经长时间运用或者运用过程中的一些碰撞等，也会引起测距精度降低的状况，遇到这种状况时应刚好和全站仪售后服务部门联系，对全站仪进行调校。5）全站仪配套棱镜质量对全站仪的测距精度也有很大的影响，因此在全站仪配套棱镜的购买上，优先考虑购置进口原装的棱镜，购置时须要对棱镜测距精度进行实地的比对检测，确保满足精度后方可购置。1.5.2联系测量井下起始边精度低1缘由分析该问题主要是由于井下起始边过短造成。对于1000m以上的隧道，井下起始边长度最少不小于80m。在进行井下起始边设置时，充分对车站内状况进行现场勘查，起始边一般设置在侧墙一侧，也可以设置在车站中部，以通视及观测便利为准。联系测量一条区间隧道至少应做4次以上，始发前做两次，互差小于12″时取平均值进行洞内导线计算。2对策在联系测量的实施过程中，四周环境的影响、钢丝直径、重锤的设置等均会对联系测量精度产生影响。建议联系测量最好在停止施工的状况下进行，钢丝在满足承载力要求的前提下越细越好，重锤的重量应满足规范要求，重锤浸入油桶中，待完全静止稳定后再起先进行测量。1.5.3洞内导线精度较差1缘由分析该问题主要是由于洞内导线边长设计不好，出现长短边导致。2对策在盾构始发前就应当依据隧道平纵断面图进行洞内延长导线点的设计，在通视状况允许的条件下，尽量将边拉长，兼顾等距原则，做好洞内导线点的设计。1.5.4测量仪器的运用及维护不到位1盾构施工必需运用状态良好的Ⅱ级及以上的全站仪，仪器运用及维护由各项目部负责，按时进行测量仪器的年检。对于盾构机上配套的全站仪，也应当依据一年一次的频率进行检验，并出具相应的检验证书。2全站仪及棱镜基座磨损主要是由于强制对中托盘锈蚀引起，为避开此问题，托盘宜接受铜螺丝。3对于盾构机导向系统的维护除了对配套全站仪进行年检之外，还应留意盾构机组装、盾构机拆卸以及盾构机维护保养阶段导向系统的管理和爱惜。防止在盾构机拆机、组装及存放阶段导向系统部件丢失。盾构机导向系统的主要部件：全站仪、处理器、激光靶、棱镜、数据交换的黄盒子均是有运用寿命的，在盾构机正常掘进过程中应进行清洁维护，调查了解清楚各部件