隧道施工方法-盾构法施工之施工测量与监测（隧道施工课件）

施工测量与监测本次课内容及学习目标盾构隧道施工测量的目的是保证隧道掘进和管片拼装按隧道设计轴线施工，是建立隧道贯通段两端地面控制网之间的直接联系，是将地面上的坐标、方位和高程适时地导入地下联系测量，作为后续工程(铺轨、设备安装等）的测量。CONTENTS目录施工前期测量工作建立地面控制网竖井联系测量地下控制测量盾构掘进施工测量盾构贯通测量地表沉降监测及控制措施施工前期测量工作对业主所交的水平控制网的点位和高程控制网的水准点,在开工前应复测一次水平控制网的点位主要有两部分组成,一部分是GPS控制点;另一部分是加密的导线点。导线点与其旁边所做的附点组成闭合导线环进行复测,开工前复测一次以后根据施工进度在复测洞内控制点时进行复测,或根据现场需要组织复测。高程控制网的水准点,开工前复测一次,以后根据施工进度在复测洞内控制点时进行复测,或根据现场需要组织复测。（1）交桩复核测量施工前期测量工作如图表10-1课本160页（2）仪器安装及配备建立地面控制网平面控制网测量高程控制网测量地面控制测量建立地面控制网一、地面控制测量控制网布置应了解工程已有控制网的现状、坐标和高程系统、布网方法、布网层次和精度等状况,并对本施工段测量控制点分布的合理性、可靠性等通过踏勘和检测做出评价(交接桩前,然后对设计院或业主提供的控制点进行复测),选择适宜的坐标、高程起算控制点,制订合理的盾构施工控制测量方案。因施工现场条件限制,可布设独立施工平面控制网和高程控制网。有条件时该网应与当地控制网联测,建立明确的数据转换关系。同时应注意采用的坐标系统(国家或地方)。建立地面控制网盾构施工平面控制网一般分两级布设,首级为GPS控制网、二级为精密导线网。在满足精度要求的情况下可采用其他方法布网。施工路线长度较短时,可次布网。盾构施工平面首级GPS控制网应在已有的国家二等三角网或B级GPS控制网下布设。精密导线网应在C级GPS控制网或国家三等三角网下扩展。建立地面控制网二、高程控制测量盾构施工高程控制网应在已有的国家二等水准网下一次布设全面网。盾构工高程控制网可采用精密水准等测量方法一次布设全面网。当水准路线跨越江河、湖塘视线长度小于100m时,可采用一般方法进行观测,大于100m时,应进行跨河水准测量。跨河水准测量可采用光学测微法倾斜螺旋法经纬仪倾角法和测距三角高程法等,其技术要求应执行国家一、二等水准测量规范。竖井联系测量地面近井导线测量和近井高程测量、工作井定向测量和导入高程测量以及地下近井导线和近井高程测量。联系测量内容应包括竖井联系测量二、高程传递采用悬吊钢尺（已检定）法一、平面坐标传递三角测量方法脱落坐标传递法采用联系三角形法、陀螺仪与垂准仪组合定向法精度要求根据《城市轨道交通工程测量规范》要求。竖井联系测量特点地面近井导线和近井高程路线应采用附和路线形式,利用最近的导线点为基点,采用边角三角形测量,在隧道两端各引测至少5个导线点,水准点不少于3个。地下应理设永久近井点。近井导线点不应少于3个,点间边长宜大于50m。近井高程点不应少于2个。各类点间应构成检核条件。在一个贯通区间始发井联系测量应不少于3次,在隧道初始掘进50~100m及贯通前200m应进行联系测量定向测量若采用陀螺仪与垂准仪联合定向方法,其定向精度取决于陀螺仪本身的定向精度。竖井联系测量该方法的特点是：陀螺仪定向以前的各个环节的方向测量误差不累计,垂准仪投点误差比较大,但其作为一个误差常量影响贯通误差。地下控制测量地下控制测量应包括地下导线测量、施工控制测量导线测量和地下施工水准测量、施工控制水准测量。地下控制测量一、控制网布设地下控制测量起算点必须采用直接从地面通过联系测量传递到井下的平面和高程控制点,一般地下平面起算点不应少于3个,起算方位边不应少于2条,起算高程点不应少于2个。每次延伸地下控制导线和控制水准,应对已有施工控制点进行检测,检测点如有变动应剔除,并选择其他稳定点进行了延伸测量地下控制测量二、平面坐标测量一般直线隧道平均边长150m,曲线隧道平均边长60m；01采用DJ2全站仪施测,左、右角各测两测回,左、右角平均值之和与360°较差应小于6''02导线点横向中误差应满足下列要求：m横≤m中×4l/5L(mm)03地下控制测量m横——导线点横向中误差；式中:m中——贯通中误差；I——导线长度，m；L——贯通距离地下控制测量水准控制测量技术要求04（1）水准点宜按每200m间距设置一个（2）水准点可利用导线点标石,也可埋设墙上标志（3）精密水准测量的主要技术要求与地表控制测量相同地下控制测量三、测量精度要求城市轨道交通工程地下平面控制的测量时指导隧道施工沿着设计给出的轴线掘进，达到贯通，并使贯通测量误差在±50mm以内所进行的平面控制测量工作。根据《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308--2008）规定。地下控制测量四、地下水准测量地下高程控制测量是以通过竖井传递至地下的水准点为高程起算依据,采用水准测量方法,沿掘进方向布设水准点,并确定隧道、设备在竖直方向的位置和关系的工作。盾构掘进施工测量一、盾构掘进施工测量的主要内容盾构掘进施工测量的工作贯穿于三个阶段，即盾构始发前的测量工作、盾构掘程中盾构姿态和管片安装测量及盾构接收测量。盾构始发工作井建成后,通过联系测量方法将坐标和高程传递到工作井的近井点上,并作为井下测量工作的起算数据。测量前应对这些起算数据进行复测检查,确保起算数据正确。

1、盾构始发前的测量工作内容盾构掘进施工测量盾构基座定位测量与检测。01反力架定位测量与检测。02

(1)盾构基座和反力架定位测量与检测利用井下近井点进行盾构基座和反力架的定位测量,测量放样的轴线和点位标志清楚,放样后要进行检核测量,确保放样数据正确。盾构掘进施工测量预留洞门钢圈位置测量同样可使用全站仪并采用极坐标法进行测设。测设完成后应对安装好的工作井预留洞门钢圈安装位置和尺寸进行检测，其安装位置和尺寸应满足始发要求。

2、预留洞门钢圈位置测量盾构掘进施工测量二、盾构掘进过程中盾构姿态和衬砌环安装测量1、盾构要态和村动环安装测量内容盾构姿态测量主要内容包括盾构的横向偏差、竖向偏差、俯仰角、方位角、滚转角及切口里程。01衬砌环安装测量在盾尾内完成管片拼装和衬砌环完成壁后注浆两个阶进行。第一阶段，在盾尾内管片拼装成环后测量盾尾间隙;第二阶段，在衬砌环后注浆和管片出车架后进行测量,测量内容包括衬砌环中心坐标、底部高程、水直径,垂直直径和前端面里程。02盾构掘进施工测量盾构掘进过程中盾构姿态和管片安装测量,应根据盾构是否安装有自动导向测量系统来确定测量方法。

2、盾构掘进测量方法的选择盾构接收测量指构到达接收井前，在接收并内应完成的测量工作，主要内容包括预留洞门钢圈位置测量、盾构基座位置测量等。

3、盾构接收测量盾构接收测量方法和技术要求与盾构始发前的相关测量工作基卡相同。盾构掘进施工测量三、盾构自动导向系统简介现代新型的盾构都装备有可选的成套测量与控制系统，既自动导向系统，指导盾构掘进施工。导向系统种类主要有四种:陀螺仪导向系统，德国VMT公司SLS-T导向系统、我国盾构姿态实时监测系统以及英国ZED导向系统。优点是适合长距离方向控制和快速运动物体;缺点是仅对方控制提供参考,精度偏低,需定时归零,操作较繁复,不给定三坐标量(X、Y、H)推进只起到有限的参考作用。

1、陀螺仪导向系统盾构掘进施工测量优点是稳定、可靠、实时、精度高；缺点是构成复杂、维护量大、对人员要求高、进口价格相对昂贵。

2、德国VMT公司SLS-T导向系统盾构姿态自动监测系统利用高精度全自动化的测量机器人,采用同步跟进测量方式,精确测定盾构上观测点的三维坐标值,通过对盾构刚体进行独立解算,计算盾构姿态。测量过程达到完全自动化和计算机智能控制,在盾构推进过程中无需人工干预,具有运行稳定、精度高、适用性强等特点。

3、我国盾构姿态实时监测系统盾构掘进施工测量优点是结构简单、操作方便、性能稳定可靠、实时连续测量等；缺点是结构复杂、维护量大、对人员要求高、进口价格相对昂贵、通视条件要求高。

4、英国ZED导向系统盾构掘进施工测量四、盾构姿态和管片测定的基本要求盾构姿态测量主要内容包括盾构的横向偏差、竖向偏差、俯仰角、方位角、滚转角及切口里程。目前多由自动测量系统完成,但要定期进行人工测量符合,测量频率应根据导向系统精度确定。盾构始发10环内,到达接收井前50环内应增加人工测率。以地下控制导线点和水准点测定盾构测量标志点,测量误差应在士3mm以内。衬砌测量应在盾尾内完成管片拼装和衬砌环壁后浆两个阶段进行。村动测量的基本要求盾构掘进施工测量五、人工进行盾构姿态和管片安装测量基本方法在盾构掘进的过程中,对未安装自动导向测量系统的盾构,应采用人工测量法进行盾构姿态和管片安装测量,对安装自动导向测量系统的盾构,在一定的件下也要采用人工测量方法进行盾构姿态和管片测量,这是因为受所配置的盾构自动导向系统精度限制,超过一定距离测量精度不能满足隧道施工对偏差控制的要求。加之隧道内测量条件差,同时也是为了加强检核,在每掘进一定的距离后必须采用独立于自动导向测量系统外的方法,对盾构的姿态和位置进行检核测量检核测量时间间隔取决于盾构自动导向系统能够指导隧道按测量精度和设计差要求进行掘进的距离。盾构掘进施工测量采用人工测量方法进行盾构姿态和管片安装测量时,应针对不同构造盾构的特点,制订相应的测量方案。测量方案中应包括测量观测标志点的设置位置、测量方法、盾构姿态和管片偏差计算等。盾构贯通测量一、贯通测量隧道贯通后应进行贯通量，主要包括随道的平面贯通测量和高程贯通测量。当两相向开挖的道通后,应及时进行平面贯通测量。贯通测量作业时，利用贯通面两边的已知控制导线点,在贯通面两侧设3个左右的导线点,并在贯通面附近设一点(临时点也可),这些点与洞内已知导线边形成附和导线,按四等导线对边角测量的有关要求测量贯通附和导线,外业资料满足要求后,求算贯通是否满是≤50mm的要求。

1、平面贯通测量盾构贯通测量当两相向开挖的隧道贯通后,应及时进行高程贯通测量。高程贯通测量采用的方法及对仪器的要求与地下高程控制测量相同。按国标GB50308-1999对精密水准测量要求进行作业,求出高程贯通误差,判断是否满足≤士25mm的要求。

2、高程贯通测量盾构贯通测量二、地面控制网复测图10-18GPS网复测工作流程图数据传输、存储交接GPS测量地面装、接受有关资料现场踏勘、熟悉GPS的有关资料制定GPS复测方案制定GPS测量方案依据计划进行GPS外业观测基线预处理通过是否满足基线网精确要求是三维无约束自由网平差约束平差计算及精确评定技术总结及检测成果书基线网处理未通过否删除基线盾构贯通测量三、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,竖井洞中心的测定可分下列3种。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、常规求竖井门洞中心法(简称八点法)盾构贯通测量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、测定一步到位。

2、坐标法测定门洞中心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一定准确度,从计算关系上看也比较严密,该法一直深受道测量技术人员的欢迎,弦长取中法也称量弦取中挂垂法。

3、弦长取中法地表沉降监测及控制措施一、沉井监测1、监测的目的认识各种施工因素对地表和土体变形的影响,以便有针对性地改进盾构施工工艺和施工参数,减小地表和土体变形,保证工程安全01预测施工引起地表和土体变形,根据地表变形发展趋势和周围建(构)筑物、地下管线沉降情况,决定是否需要采取保护措施,并为确定经济、合理的保护措施提供依据02地表沉降监测及控制措施检查施工引起的地表沉降和建(构)筑是否超过允许范围,并在发生环境事故时提供仲裁依据03为研究地层、地下水、施工参数和地表和土体变形的关系积累数据,为研究地表沉降与土体变形的分析预测方法等积累资料,并为改进设计提供依据04地表沉降监测及控制措施2、主要监测项目确定监测项目考虑的因素有工程地质与水文地质01隧道埋深、直径、盾构施工方法02双线隧道的间距或邻近建筑物情况03设计提供的变形及其他控制值（如图）04地表沉降监测及控制措施地表沉降监测及控制措施3、监测控制基准的确定控制基准确定原则监测控制基准值在监测工作实施前，由建设、设计、监理、施工、市政、监测等相关部门共同确定，列入监测方案。01有关结构安全的监测控制基准值应满足设计计算中对强度和刚度的要般应小于或等于设计值。02有关环境保护的控制基准值,应考虑被保护对象(如建筑物、地下工程线等)主管部门所提出的确保其安全和正常使用的要求03地表沉降监测及控制措施监测控制基准值的确定应具有工程施工可行性,在满足安全的前提下考虑提高施工速度和减少施工费用。04监测控制基准值应满足现行的相关设计、施工法规、规范和规程的要来。05对一些目前尚未明确规定控制基准值的监测项目,可参照国内外类工的监测资料确定。在监测实施过程中,当某一监测值超过控制基准值时,除了B报警外,还应与有关部门共同研究分析,必要时可对控制基准值进行调整。06地表沉降监测及控制措施4、主要监测项目实施方法地表沉降监测01建筑物变形监测02隧道变形监测03深层土位移监测04地下水位监测05孔隙水压力监测06土压力监测07钢筋应力与应变监测08地表沉降监测及控制措施分析隧道施工引起的纵横沉降槽曲线及最大沉降坡度、最小曲率半径和沉降速率等，以评估盾构施工对周围环境的影响程度，为合理确定和调整施工参数提供反馈信息。1、地表沉降监测地表沉降监测及控制措施沉降监测方法是根据监测对象周围的水准点高程进行的。基准点埋设方法示意图（尺寸单位：cm）地表沉降监测及控制措施建筑物变形监测包括：沉降监测（差异监测）、倾斜监测、水平位移监测、裂缝监测。2、建筑物变形监测建筑物沉降观察点埋设示意图地表沉降监测及控制措施分析隧道变形包括隧道隆起与水平位移。隧道隆起采用水准仪测量,管片安装