盾构施工测量与施工监测

第一节地面测量控制网 

地面控制测量的主要任务是建立合适的测量控制系统，提供可靠的平面控制点。施工前，对与本工程有关的地面主控网（GPS 网、精密导线网、精密水准网）进行局部检测，检测范围应包括本隧道工程及贯通工程采用的控制点。在地表应进行中线及纵断面测量，必须设置可作为此类测量基准的基准点。建立本工程所需控制点与贯通工程所需控制点之间的直接联系。根据隧道长度及地形条件等建立基准点，基准点应设在方便使用且不受变形影响的地点并充分加以保护，且易于检测和复原。并进行定期检查。中心线测量宜采用直线视准方式。由于构造物等的制约，不能采用直线视准时，应从导线网来设定中心线。为地面隆陷观测、地面建筑物及地下管线保护等目的，在地面按设计图根据精度要求，放样线路中线，测定线路纵断面。

第二节 竖井联系测量 

联系测量包括方向传递、坐标传递及高程传递等内容。对于盾构法隧道工程，联系测量是通过施工竖井将方位、坐标及高程由地面上的控制点传递至地下控制导线点及地下水准点，从而组成地下控制测量的起算点。 

 1、坐标及方位导入 

联系测量由于受竖井长度、深度等因素影响，是测量误差的主要来源。联系测量的方法主要有：一井定向、陀螺定向及直接导入。为提高联系测量精度，采取了两项措施：

⑴在近井点及地下导线点建立强制对中点，即在竖井圈梁及隧道内固定的位置安置强制对中设备。强制对中设备为一中间有螺孔的圆形铁盘，将铁盘直接焊接到预埋的钢管上，并使其基本保持水平。测量时，将测量仪器直接置于铁盘上，用螺拴紧固，不必对中，只进行精平，即可进行测量工作。地下导线起点的强制对中与近井点强制对中设备基本相似，不同之处是制作特殊的铁盘架，使铁盘能够方便地紧固于隧道砌块上。

⑵适当增加后视边长度，减小对中误差。联系测量还可采用几何定向法(一井定向)或陀螺定向法。几何定向法由于操作起来比较繁琐，定向精度也受到很大的；陀螺经纬仪定向技术虽然是一种可靠且又有发展前途的定向测量手段，但在使用陀螺经纬仪定向测量时，盾构法隧道施工环境可能会由于电磁等因素对陀螺定向精度产生影响。故在联系测量时，如具备直接导入坐标的条件，则宜采用直接导入坐标。注：每次定向测量至少应观测两次以上成果并结合实际情况综合分析与处理，减少测站和目标的偏心误差；每条隧道的贯通，应在盾构始发前、初始掘进50-100m 途中及距贯通面约100m 时各进行一次定向测量；采用几何定向手段传递方位，可将地面控制点的坐标联测到地面测点上，然后用方向传递的观测成果计算井下控制点坐标。 

2、高程传递 

高程传递一般采用悬挂卷尺法，即将铜卷尺悬挂于竖并内，配备标准拉力，地面、地下两台水准仪同时观测。导入时，改变仪器高或适当错动钢卷尺，观测2 至3次，并对观测成果进行尺长改正和温度改正。高程传递方法注：在盾构始发前、初始50-100m 途中及距贯通面约100m 时各传递一次高程。 

第三节 地下导线测量 

1、井下导线测量 

地下导线测量的目的是以必要的精度按照与地面控制测量统一的坐标系统，建立地下的控制系统。根据地下导线的坐标，即可放样出隧道轴线，指导盾构掘进方向，确保盾构沿理论轴线跟踪。地下导线的起始点通常设在隧道衬砌的上弦位置，这些点的坐标是由地面控制测量测定的。隧道施工过程中所进行的地下导线测量与一般地面上的导线测量相比较，具有以下一些特点：

⑴地下导线系随着盾构掘进而向前延伸，因此，只能敷设支导线，而不是将整条导线一次测定完毕。根据支导线敷设规定只能支两至三个支点，否则，支导线终点的自由度太大，点位误差大，为此，支导线只能用重复观测的方法进行检核。此外，导线是在隧道施工过程中进行，测量工作时断时续，所隔时间的长短，取决于盾构掘进速度。

⑵地下导线系在隧道内敷设，其形状直伸或曲折完全取决于隧道的形状，没有选择的余地。隧道内光线暗淡，通视困难，加上气流和旁折光等因素影响，对测角和量边精度影响甚大。当我们采用直伸等边导线测角时，照准目标不调焦，通过减少调焦来提高测角精度；

⑶地下导线是先敷设精度较低的施工导线，然后再敷设精度较高的基本导线。布设地下导线时，为确保盾构在土层中掘进姿态的正确性，导线点应满足必要的精度与一定的密度，为了减少两者在敷设时的矛盾，通常采用分级布设的方法，即施工导线、基本导线和主要导线。                                      施工导线:

盾构出洞后向前掘进时，用以进行放样而指引盾构掘进的导线测量。施工导线边长为25～50m。 

基本导线:

当掘进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(50～100m)、精度要求较高的基本导线。当隧道长度大于1km 时，基本导线将不能保证应有贯通精度，这时就要选择一部分基本导线点来敷设主要导线。主要导线的边长为150～350m。最后一个导线点离开贯通工作面的距离不应过大，一般为60～80m，导线点的编号应按照有关技术规范，尽量做到号码简单又能按次序排列，使用方便，利于寻找，便于分析。因为地下导线是布设成支导线的形式，而且每测一个新点(放样一个观测台)中间要隔一段时间，这样就需要在每次测定新点时，将以前的点子进行检核测量，不论是直线或曲线，都必须对角度、边长进行检核测量，根据检核测量的结果，证明标志(观测台)没有发生变动，就将各次观测的结果取平均值，如果证明标志(观测台)有变动，则应根据最后一次观测的结果进行计算。

2、地下水准测量 

地下水准测量的目的是为了在地下建立一个与地面统一的高程系统，以作为隧道施工放样的依据，保证隧道在竖向的正确贯通。 

地下水准测量应以竖井地面水准点的高程作为起始依据，通过竖井将高程传递到井下，然后测定隧道内各水准点的高程，作为测定盾构在土层中的高程姿态依据。根据隧道施工的情况，地下水准测量具有以下特点： 

⑴水准路线一般与地下导线测量的线路相同，在隧道贯通之前，地下水准路线均为支水准路线，因而需要用往返观测及多次观测进行检核。 

⑵通常利用地下导线点作为水准点，也可将水准点设定在上弦右侧螺丝孔位上。 

⑶隧道施工中，地下水准线路是随盾构掘进的进展而增长的。为满足施工放样要求，一般先测设精度较低的临时水准点，然后，再测设较高精度的永久水准点。永久水准点间距一般以200~350m 为宜。地下水准测量作业方法常采用中间法进行测定。由于隧道内光线暗淡，通视条件差，仪器到水准尺的距离不宜选大，并用目估法使其相等(前距等于后距)，每个测站应在水准尺黑红面上进行读数，若使用单面水准尺，则应用两个仪器高进行观测。由水准尺两个面或两个仪器高所求得的高差的差值不应超过±3mm。由于隧道内受施工影响，地下水准路线可采用空中水准路线法进行，即用挂钩将水准尺吊在上弦右侧上自成垂直，不需要测量人员扶尺。为检查地下水准点标志稳定性，应定期地根据地面水准点进行重复的水准测量，将所测得的高差成果进行分析比较。根据分析的结果，若水准标志无变，则取所有高差的平均值作为高差成果，若出现水准标志变动，则应取最近一次测量成果。

影响盾构贯通误差的主要来源及应对措施

盾构轴线的控制是盾构隧道施工中一项关键技术，精心掌控好盾构的推进轴线，是保证盾构法施工工程质量和隧道顺利贯通的先决条件。盾构隧道内施工控制测量不同于地表建筑物(如房建、桥梁等)的控制测量。在房建、桥梁控制测量工作中，所测成果可在相同时间段内采用不同的测量方法和手段进行检核，能够及时发现所测成果精度高低和正确与否。而隧道控制测量成果的精度，则必须等到全隧贯通后方能得到验证。可以说隧道贯通误差的大小是检验隧道内外控制测量质量精度高低的重要标准之一。 下面就影响盾构隧道贯通误差的几个主要误差来源及其针对几个主要误差来源的解决措施作相应的浅析。 

1、影响盾构隧道贯通误差的几个主要来源

在盾构法施工的隧道中，影响隧道贯通误差主要来源于以下几个方面：

1.1      地面控制测量引起的横向误差； 

1.2      盾构始发井与接收井联系测量误差；

1.3      盾构始发井与接收井洞门中心测量误差； 

1.4      盾构初始姿态的定位测量误差； 

1.5      地下导线传递过程中的测量误差。 

2、对影响盾构隧道贯通误差来源的解决方案

在测量工作的实施中，针对影响盾构隧道贯通误差的几个主要误差来源，除加强和提高测量人员技术熟练程度、使用高精度等级测量仪器外，主要应用了以下几种方法：

 2.1     合理优化水平控制网，提高地面控制测量精度

 对于地面控制测量引起的横向误差，比较有效的方法是对网形进行合理的优化。在工程控制网的技术设计中，首先应考虑的是控制网的精度指标，其次才是网的费用指标。盾构隧道工程的控制网，是由业主提供的。而在业主提供的控制中，由于在布设时和布控后随着周围环境的变化及测量使用的仪器不同等，施工单位在使用业主提供的控制网时，一般都需对网点进行增设加密，形成有利的闭合检核条件，从而保证地面控制网的精度指标。 

2.2     使用多种测量方法，减小竖井联系测量误差 

盾构始发井和接收井处竖井联系测量，以住因考虑多是短边传递坐标方位角，在规范中联系测量允许误差为±20mm。而盾构隧道设计要求隧道的最终贯通误差应为±50mm。此时竖井联系测量误差所占整个隧道的贯通误差的比例就比较大。因此，竖井联系测量的精度必须提高，才能更加有利于保证隧道内导线的精度。目前比较有效的方法是在竖井处的联系测量使用红外线铅垂仪竖井投点、吊钢丝测量联系三角形和增设陀螺定向。虽然几种方法的工作量和成本都比短边直接传递要大得多，但几种方法均比短边直接传递的精度要高，更有利于保证隧道内导线传递的精度和隧道最终的贯通技术指标要求。

 2.3     采用不同的方法，精测盾构隧道洞门钢环中心坐标

关于盾构隧道的始发井和接收井洞门，俗称之为进洞出洞。对于盾构进出洞洞门，目前长三角地区定义为：盾构始发井处洞门为出洞，盾构接收井处洞门为进洞，因其主要是把竖井看作洞而言。其他地区对于隧道进出洞的定义或许有异，在些不作多述。 对于盾构进出洞洞门钢环中心坐标的测量，比较直接的方法是钢环分中法，能较快找出圆心测出洞门中心坐标。还可测量钢环圆弧上多个点的坐标进行拟合

求出圆心坐标，用两种测量方法进行对比，既能相互复核测量成果，也可提高洞门中心坐标成果的精度。

2.4     人工测量与自动测量系统比较，精确测出盾构中心首尾坐标 

盾构机定位后姿态的测量，最直观的是盾壳分中法。利用盾壳分中法计算盾构中心坐标，由于在盾构的组装过程中，难免有误差的存在，盾壳分中测量归算到盾构中心后必然存在误差。精度较高的方法是在盾构内选择一些特征点进行测量，通过这些特征点与盾构机固定的几何关系，能更精确地求出盾构机中心的首尾坐标，从而提高盾构始发姿态的精度。

 2.5     设置强制归心标、勤测勤量、增设陀螺定向，确保地下导线的贯通精度 

盾构隧道内所有的控制点均采用强制归心标与仪器连接，不仅能减小仪器的对中误差，且提高了测量的工作效率。测量工作来不得半点马虎和松懈，勤测勤量是检验测量成果很重要的一种方法，通过多次对同一导线进行测量，能够及时发现问题解决问题，提高测量成果精度。同时，增设陀螺仪定向，是检验隧道内导线传递精度强有力的措施，陀螺定向虽然增加一定的费用，但通过增设陀螺定向，能更有力保证导线传递的成果精度，提高贯通质量，减小贯通误差，降低施工风险。