复合式TBM施工区间段测量方案

重庆轨道交通六号线二期铜锣山隧道

复合式TBM施工区间段测量方案

中铁十八局集团

二零一一年

复合式TBM施工测量方案

一、区间隧道概况

重庆轨道交通六号线二期铜锣山隧道刘家坪站～上新街站区间铜锣山隧道复合式TBM段，位于南岸区南山，右线总长2736m，左线总长2692m，左右线间距较小，平行设置，线间距15m。区间共设九处联络通道。本区间段小里程端与铜锣山隧道进口段钻爆发区间相连，大里程端与铜锣山隧道出口钻爆法区间相连。区间线路纵坡采用“V”型坡，最大纵坡-28‰，最小纵坡-3‰，竖曲线半径5000m。线路平面主要位于直线及半径800m～1200m不等的曲线上。

二、编制依据

（1）《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）

（2）《盾构法隧道施工与验收规范》（CB50446－2008）

（3）重庆轨道交通六号线二期铜锣山隧道刘家坪站～上新街站区间铜锣山隧道复合式TBM段设计图

三、仪器配置

根据本工程实际，考虑配备以下仪器设备：

根据工程需要，考虑配置以下人员：

（1）所有测量工作均要符合国家相关规范要求。

（2）根据精度分析并结合施工的特点，测距边只进行温度、气压等气象改正和倾斜改正，不进行高斯投影和大地基面投影改正。

（3）平面测量采用悬挂铅垂对中。因受施工条件的，不可避免会有短边出现，此时对中误差对角度观测影响特别明显，可采取加强测回数和测回间重新整平仪器的方法，有效削弱对中误差的影响。

（5）对测量数据，由两人采用两种不同方法计算，以进行校核。

由于隧道施工测量工作的重要性，及特殊性，对于每日的复合式TBM姿态和管片姿态都应进行检查，复核，如发现有问题应及时上报有关部门，另外，在线路线型变化的地方，尤其要注意变化情况。导线要定期复测，建立测量资料的两级复核制度，并作好对日常资料的整理工作。

同时，定期对姿态测量进行复核，真正做到数据的正确、可靠，不出现错误和粗差。

六、前期准备

（1）资料准备

对于甲方提供的控制点桩位应认真确认，并做好测量桩位交接手续，同时，还应组织设备和人员准备对交桩成果进行复核，并熟悉设计单位提供的设计图纸，对轴线的关键元素进行复算确认。

（2）仪器检查

在开工前应对即将在本工程中使用的测量仪器进行检查，所有需计量的仪器都必须有在有效使用期内的鉴定证书，并把原件保存在工地现场，或应保留复印件，对鉴定证书即将过期的仪器应提早送交相关单位检校，避免影响工程施工。如发现存在影响测量精度的问题，应及时上报，只有当确定仪器无问题时，方可使用。

七、控制网测量和前期准备

（1）平面控制点检测、平面控制网的布设及洞内导线测量

业主提供的平面控制点应该满足每个洞口附近至少有三个，作为向隧道内传递坐标和方位的测量依据，并确保区间隧道两端的控制点的通视。对业主所提供的平面控制点在进场后两周内进行首次复核，并上报监理给予复核，如果检测的成果超限，立即以书面形式报监理工程师确认，由监理工程师及时汇同业主和控制网测量单位研究解决。之后定期进行双月复测。复测完成后，为确保隧道顺利贯通,并满足工程施工及放样的需求，根据甲方提供的平面控制点进行加密。

在隧道内布置用以控制隧道的平面偏差的测量导线，它主要分为控制导线和施工导线。施工导线精度较低、边长较短作为一般工作导线，用于施工放样，每150m布设一个导线点。控制导线是作为施工首级控制，用来准确指导掘进方向的边长较长、精度较高的导线。每250m～300m布设一精密控制点，每1000米形成闭合环。

在洞口布设永久导线点，作为施工导线传递的起始点。观测时采用徕卡TM30全站仪及配套棱镜组，测角采用铅垂挂线对中方式对中，每站六测回，左右角各三个测回。左角三个测回，重新对中后右角三个测回，测回差≤6″（最大角与最小角差值）,2C较差≤9″（正镜与倒镜差值）。圆周角闭合差为4″。

（2）高程控制网测量

1）水准控制点检测

业主提供的水准控制点应满足规范要求，对业主所提供的水准控制点进行定期检测，并依据二等水准要求进行施测，并上报监理给予复核，如果检测的成果超限，立即以书面形式报监理工程师确认，由监理工程师及时汇同业主和控制网测量单位研究解决。

2）高程控制测量

在业主提供的控制水准网下布设水准网，布设成环线闭合路线。点位与控制导线布置在同一位置，采用往返测。

主要技术要求为：

视距小于60m，往返较差、附合或环线闭合差≤±8mm，L以km计。

八、复合式TBM姿态日常测量

复合式TBM法隧道施工区别与一般的土木工程，对施工的精度要求非常高，管片的制造精度接近于机械制造的程度。施工时对设计的掘进断面不能随意调整，对隧道轴线的偏离、管片型拼装的精度都有很高的要求。掘进过程中的复合式TBM姿态控制除了与隧道贯通有直接影响外，还与隧道设计、施工的质量要求以及围岩的扰动、地层的沉降有关。因此，准确的复合式TBM姿态控制，是平稳推进，保证施工质量与安全，减少对周围环境影响的关键。本工程复合式TBM日常推进测量采用先进的自动导向系统以保证TBM施工轴线准确性，日常测量主要是对复合式TBM机每环推进的三维姿态进行测量同时测量已成形的管片姿态。

（1）TBM姿态的测定

采用杠尺法测定TBM姿态。根据TBM尺寸结合现场实际可操作空间来定制一根刚性杠尺，量取杠尺中心，将反射贴片贴在正中心。如下图1在尾盾上选择两处位置放置杠尺作为测量点，在中盾上找到同一个平面的刚体，利用卷尺精确量取放置杠尺左右两边到中盾的距离，两测距离一致。通过两次测得杠尺中心三维坐标，来确定TBM轴线三维位置，参考TBM结构尺寸图，从而反算出盾首、盾尾三维坐标，水平角，俯仰角。盾首、盾尾的水平偏差、竖直偏差。

图1

复合式TBM前进方向左偏为“－”，右偏为“+”，在设计高程下为“－”，设计高程上为“+”，水平角左转为“－”，右转为“+”，俯仰角为实测坡度，回转角为实测TBM轴向转角。左侧高为“+”，右侧高为“－”，在人工导向复核TBM姿态表上表示。

（2）管片姿态测量

管片成环后主要测量其与隧道设计轴线的偏离情况、整圆度、环面平整度、旋转度等，若这些指标不符合要求，将会影响到复合式TBM推进轴线的控制、后续管片的拼装、管片开裂等。

2.1  管片姿态测量

管片姿态测量是指成环后的管片中心偏离隧道设计轴线的关系，以及管片的整圆度情况。管片在盾尾内部拼装完成后，根据测量管片与盾尾之间上下左右的间隙以及管片拼装位置与复合式TBM的关系，可以求得管片中心的实际坐标和横竖直径。同时测量左上、左下、右上、右下的间隙，可以求得管片“米”字型直径。

环面平整度测量

     同一环管片在拼装完成后，面向千斤顶一侧的环面若不在同一平面上，或不同块之间有凹凸不平的现象存在，则会给下一环的拼装带来困难，甚至会导致管片的开裂。通过测量环面的平整度，可指导加贴楔子来纠正环面，使其平整。当全站仪架设在底部时，由于受管片拼装机及联系梁的影响，不能直接进行断面扫描，因此，采用上下架设2个站的方法，分别扫描每环管片的两端及两腰，得出它们与仪器照准面的差值，然后将上下观测数据联系成一个统一的系统，最后按照管片环的坡度换算出环面的平整度（见图2）。

图2  环面平整度测量

管片安装位置始终在尾盾，根据已测定的复合式TBM尾盾姿态可以提前预测出管片姿态。

2.2 管片整圆度

     管片成环后，必须测量其整圆度是否符合设计要求，同时根据测量结果对后续管片拼装进行指导，从而保证隧道施工的质量。日常推进是通过测量盾尾间隙来求“米”字型的，而盾尾形状在推进中是不断变化的，因此我们必须经常实测管片的整圆度与盾尾整圆度之间的关系，使得盾尾间隙测量能够如实反映管片的整圆度。                                                                             

2.3管片沉降、收敛变形及旋转度测量

    管片沉降是隧道沉降的直接反映，影响隧道建设的质量；管片旋转度过大，会使复合式TBM的后续车架及路面的铺设不平整，影响设备的运行，同时增加了封顶成环的拼装难度。

⑴ 采取三角高程和普通水准测量，均能监测到管片的沉降，它是通过测量管片顶部沉降的方式来完成的。

为了监测复合式TBM推进过程中隧道的沉降变化情况，应在隧道管片上设立一定数量的隧道沉降观测标志点，进出洞段、连接通道段每环设1个点，正常段推进每2环设1点（监测点布设在管片顶部）。若遇特殊施工情况则根据工程需要酌情增加测点。

同时，为了隧道贯通后的后续工作，应每隔500m布设一个永久监测点。测量方法：采用三角高程测量和三等水准测量相结合的方法，测量布设在管片顶部监测点的高差变化情况，从而得出隧道的沉降观测值。

⑵ 隧道收敛变形观测

为了监测复合式TBM推进过程中隧道的隧道收敛变形情况，主要是管片的横竖径变化情况，应在隧道管片上设立一定数量的隧道隧道收敛变形监测标志点，进出洞段、连接通道段每环设监测标志点，正常段推进每隔5环设监测标志点（监测点布设在管片两腰及管片顶部）。若遇特殊施工情况则根据工程需要酌情增加测点。

测量方法：采用水准测量方法，测量布设在管片顶部和底部的实际高程，然后通过计算高差得出管片的竖径。采用对边测量的方法和用测距仪直接测量隧道的横径。

⑶ 管片旋转度是指成环后的管片与设计要求相比旋转了一定的角度。用水平尺找到实际拼装后的管片中心（在管片顶部预留设计的管片中心）后，量取其与设计中心的距离D，即能反映出管片的旋转度（见图12）。通过测量值的大小，以指导施工。

图12  管片旋转度测量

九、地表沉降测量

（1）掘进前，施工单位必须详细了解施工影响范围内的地面建、构建筑物、地下构建筑物、地下管线的情况及保护要求。一般情况下，复合式TBM掘进过程中隧道中心线的地面沉降和隆起量应控制在＋10～―30mm以内。有特殊保护要求的区段应根据实际情况予以严格控制。

（2）在隧道推进方向上，沿隧道中心线每10m布置一沉降点。每100m布置一沉降测量断面。每一测量断面以轴线为中心，向两侧3m、9m、15m各布置一沉降测点，总计11点（含左右线轴线上的点）。

十、隧道沉降测量

（1）要求在复合式TBM施工全过程中设立一定数量的隧道沉降观测标志，每10m设一个点。测试频率为：距推进面20m范围内1次/天；距推进面20m～50m范围时，1次/2天；距推进面大于50m范围，1次/周；隧道贯通后一个月一次，直至终验。

（2）若有较大的隧道沉降或隧道直径变形时可根据监理工程师意见增加测点。测量数据须及时提交监理工程师，如果变形值接近极限值时，监理工程师可要求施工单位及时处理。

十一、贯通测量

为保证隧道后阶段复合式TBM推进贯通，应在贯通前进行专门的贯通测量。其内容应包括：洞外精密控制网复测、洞内控制导线测量、水准导线测量、施工导线测量和施工水准测量。

十二、竣工测量

（1）复合式TBM隧道贯通后进行贯通误差测量，贯通误差测量是TBM施工段与钻爆发施工段贯通面设置贯通相遇点，利用两端控制点分别测定贯通相遇点三维坐标，贯通误差归化到线路纵向、横向和高程各方向上的数值。

（2）隧道贯通后进行贯通隧道内导线的附合路线测量，并重新平差作为以后测量依据。

3）竣工测量内容包括成型管片的横向偏差值、高程偏差值、水平直径和竖直直径等。

根据惯例对已成隧道进行竣工测量，一般直线段每10环一点，曲线段每5环一点。测出三维坐标报出偏值，沿里程桩号增大方向平面位置，偏右为“+”，偏左为“－”，竖直方向偏上为“+”，偏下为“－”。

①平面测量方法：采用4米铝合金杠尺在中心处贴好反射片，再用一把水平尺固定在杠尺中间控制杠尺是否水平。把杠尺放在所要测环的底部，使用杠尺水平放置，全站仪安置在隧道内控制导线点上直接测量这环的中心平面坐标。

②高程测量方法：测量所要测环的中心底部和顶部的实测高程，计算平均值。

③管片横竖直径测量方法：用手持测距仪分别放在管片底部和腰侧来测得管片的横竖直径，通常取2-3次测量结果的平均值。管片竣工测量方法如图1所示。

4）竣工测量完成后，按监理工程师要求填写测量成果数据。

5）对竣工测量数据妥善保存，最后作为竣工资料归档。

图1管片竣工测量示意图

十三、提高贯通精度的方法和测量复核

影响贯通精度的主要是横向贯通误差，横向误差估算公式如下：

式中：n为设站数，L为隧道总长，mβ为测角中误差，ρ为常数，mα为起始方向中误差。

由上式可看出，为了减少横向贯通误差，必须采取如下测量措施：

（1）提高定向边的精度，即减少mα的值。测量时采取各种措施减少因仪器对中误差和因边长短、竖直角大而引起的测角误差。尽可能拉长定向边的距离，定期对控制导线点进行测量复核，提高测量的精度。定向边精度每提高1″，将极大提高贯通精度。

（2）提高测角精度，即减少mβ的值。控制测角中误差。

（3）减少测站数n的值，即增大施工控制导线的平均边长。