盾構(gòu)施工測(cè)量

1、盾構(gòu)法施工測(cè)量與監(jiān)測(cè)盾構(gòu)法施工測(cè)量與監(jiān)測(cè) 主講第一部分：施工測(cè)量盾構(gòu)施工測(cè)量可分為三大部分：一、地面測(cè)量二、地下測(cè)量三、聯(lián)系測(cè)量地鐵隧道盾構(gòu)法施工測(cè)量工作流程地面控制測(cè)量地下控制測(cè)量施工導(dǎo)線測(cè)量盾構(gòu)進(jìn)洞出洞洞口實(shí)測(cè)盾構(gòu)初始姿態(tài)盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量襯砌管片測(cè)量聯(lián)系測(cè)量入洞洞口實(shí)測(cè)地面測(cè)量 精密導(dǎo)線測(cè)量 業(yè)主共提供了5個(gè)GPS高級(jí)控制點(diǎn)、5個(gè)精密導(dǎo)線點(diǎn)、9個(gè)高程控制點(diǎn)。為滿足施工的需要，我們?cè)诮虺嗦奋囌九栽O(shè)置兩個(gè)加密導(dǎo)線點(diǎn)，采用強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)裝置，并與車站附近4個(gè)高級(jí)控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)，構(gòu)成附和導(dǎo)線。其中加密導(dǎo)線點(diǎn)布置在車站端頭井附近，作為聯(lián)系測(cè)量的依據(jù)，向地下傳遞坐標(biāo)和方位。 CK147附和導(dǎo)線測(cè)量觀測(cè)示意圖CK

2、146GPS2329CK143GPS2328CK141選擇控制點(diǎn)時(shí)應(yīng)符合以下要求： 附和導(dǎo)線的邊數(shù)宜少于12個(gè)，相鄰邊的短邊不宜小于長(zhǎng)邊的1/2，個(gè)別短邊的邊長(zhǎng)不應(yīng)小于100m。 導(dǎo)線點(diǎn)的位置應(yīng)選在施工變形影響范圍以外穩(wěn)定的地方，并應(yīng)避開地下構(gòu)筑物、地下管線等。 樓頂上的導(dǎo)線點(diǎn)宜選在靠近并能俯視線路、車站、車輛段一側(cè)穩(wěn)固的建筑上。 相鄰導(dǎo)線點(diǎn)間以及導(dǎo)線點(diǎn)與其相連的GPS點(diǎn)之間的垂直角不應(yīng)大于30度，視線離障礙物的距離不應(yīng)小于1.5m，避免旁折光的影響。水準(zhǔn)測(cè)量 地面高程控制網(wǎng)點(diǎn)的布設(shè)滿足既方便施工測(cè)量，又牢固穩(wěn)定的條件，不受施工過程或其他外界條件的影響而導(dǎo)致沉降變化。在車站附近業(yè)主提供了兩個(gè)精

3、密水準(zhǔn)點(diǎn)，并利用附和導(dǎo)線中的兩個(gè)精密導(dǎo)線點(diǎn)構(gòu)成符合水準(zhǔn)路線。在車站附近選擇一個(gè)近井水準(zhǔn)點(diǎn)，將高程傳遞到車站附近。水準(zhǔn)網(wǎng)的測(cè)量均按二等水準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)指標(biāo)執(zhí)行。BM044水準(zhǔn)點(diǎn)布置示意圖CK142GPS2328BM043聯(lián)系測(cè)量 平面聯(lián)系測(cè)量的目的是統(tǒng)一井上下的平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)，具體任務(wù)是確定井下起始點(diǎn)和起始邊在地面坐標(biāo)系統(tǒng)中的平面坐標(biāo)和方位角。 在以上兩項(xiàng)任務(wù)中，確定井下導(dǎo)線起始邊方位角是主要的。在隧道里需建立一條支導(dǎo)線，起始點(diǎn)的點(diǎn)位誤差對(duì)隧道支導(dǎo)線的影響是固定的且很小，而起始邊的方位角誤差對(duì)隧道各導(dǎo)線點(diǎn)的影響是隨各點(diǎn)與起始點(diǎn)的距離成正比增大。 采用雙井定向，通過增大兩根鋼絲的距離來減小鋼絲的投向

4、誤差并提高起始邊的方位角的精度。 雙井定向 通過在定向水平上已連通的兩個(gè)立井用幾何方法進(jìn)行定向叫雙井定向。 分別在兩豎井懸掛兩根鋼絲，由井上導(dǎo)線點(diǎn)測(cè)定與鋼絲的距離和角度，從而算得兩根鋼絲的坐標(biāo)、距離以及它們之間的方位角。確定井下假定坐標(biāo)系統(tǒng)，計(jì)算井下連接導(dǎo)線各點(diǎn)假定坐標(biāo)，得到井下兩鋼絲的方位和邊長(zhǎng)。將邊長(zhǎng)與井上結(jié)果進(jìn)行比較。如下圖所示：中板頂板在做平面聯(lián)系測(cè)量時(shí)，必須保證兩根鋼絲嚴(yán)格鉛直，這樣才能保證A、A和B、B點(diǎn)具有相同的點(diǎn)位坐標(biāo)及它們之間連線具有相同的方位角，但懸掛的鋼絲由于受到井筒內(nèi)的氣流和風(fēng)力和鋼絲本身的內(nèi)應(yīng)力以及單擺的擺動(dòng)作用等諸多因素的影響，觀測(cè)期間不可能完全嚴(yán)格地位于鉛垂位置。

5、鋼絲下端的偏移量：其中:L-鋼絲長(zhǎng)，p-錘重，F(xiàn)-風(fēng)力， -位移量。偏移誤差對(duì)地下導(dǎo)線起始邊方位角的影響為： 式中:D-兩根鋼絲的距離。PFL11兩井定向的內(nèi)業(yè)計(jì)算步驟如下計(jì)算井下第一條邊 1的方位角以A點(diǎn)坐標(biāo)和 為起算數(shù)據(jù)，重新計(jì)算井下連接導(dǎo)線各邊的方位角及各點(diǎn)的坐標(biāo)。ABABABABABABABABABxxyyxxyycxxyyarctgcossin)()(22。、BBAAyxyx100000; 0AAAyxBByx、BBABBABBBBBBAxyxycxyarctgcossin)()(221ABAABA11A 高程傳遞測(cè)量 由豎井傳遞高程，是將地面水準(zhǔn)點(diǎn)的高程傳遞至井下的水準(zhǔn)點(diǎn)上，采用鋼

6、尺導(dǎo)入法進(jìn)行高程傳遞，高程傳遞應(yīng)進(jìn)行往返觀測(cè)，每次應(yīng)獨(dú)立觀測(cè)三測(cè)回，測(cè)回間應(yīng)變動(dòng)儀器高，三測(cè)回測(cè)得地上、地下水準(zhǔn)點(diǎn)間的高差較差應(yīng)小于3mm，高差應(yīng)進(jìn)行溫度、尺長(zhǎng)改正。整個(gè)測(cè)量過程按二等水準(zhǔn)測(cè)量的要求測(cè)設(shè)。地下測(cè)量 地下導(dǎo)線測(cè)量隧道內(nèi)平面測(cè)量分施工控制導(dǎo)線及施工導(dǎo)線，洞內(nèi)施工控制導(dǎo)線由洞外聯(lián)系測(cè)量所確定的導(dǎo)線點(diǎn)1、2直接延伸而來。施工導(dǎo)線由控制導(dǎo)線點(diǎn)敷設(shè)而成，受施工控制導(dǎo)線控制。地下導(dǎo)線是一條支導(dǎo)線，這條導(dǎo)線指示盾構(gòu)推進(jìn)方向，它必須十分準(zhǔn)確。控制導(dǎo)線觀測(cè)臺(tái)由鋼板焊接而成，采用強(qiáng)制對(duì)中裝置，利用螺栓固定在管片側(cè)壁上。控制點(diǎn)應(yīng)避開強(qiáng)光源、熱源、淋水等地方，控制點(diǎn)間視線距隧道壁應(yīng)大于0.5m。施工控制

7、導(dǎo)線的平均邊長(zhǎng)選擇在150m左右，曲線隧道控制點(diǎn)間距不應(yīng)小于60m,盡量按等邊直伸導(dǎo)線布設(shè)。在距貫通面10050m時(shí)，應(yīng)增加控制導(dǎo)線的測(cè)量頻率，可按閉合導(dǎo)線進(jìn)行測(cè)設(shè)。 地下高程控制測(cè)量 高程控制測(cè)量應(yīng)采用二等水準(zhǔn)測(cè)量的方法，起算于地下近井水準(zhǔn)點(diǎn)。 高程控制點(diǎn)可利用地下導(dǎo)線點(diǎn)，單獨(dú)埋設(shè)時(shí)宜每200m布設(shè)一個(gè) 。地下控制水準(zhǔn)測(cè)量在隧道貫通前獨(dú)立進(jìn)行三次，并與地面向地下傳遞高程同步。重復(fù)測(cè)量的高程點(diǎn)間的高程較差應(yīng)小于5mm，滿足要求時(shí)，應(yīng)取逐次平均值作為控制點(diǎn)的最終成果指導(dǎo)掘進(jìn)。 盾構(gòu)機(jī)初始姿態(tài)測(cè)量、掘進(jìn)姿態(tài)測(cè)量 盾構(gòu)機(jī)初始姿態(tài)測(cè)量 準(zhǔn)確的測(cè)定盾構(gòu)機(jī)的初始姿態(tài)目的是確定目標(biāo)棱鏡與盾構(gòu)機(jī)的盾首、盾尾之

8、間的位置關(guān)系，即在同一坐標(biāo)系下測(cè)量出目標(biāo)棱鏡的坐標(biāo)及盾構(gòu)機(jī)盾首、盾尾的坐標(biāo)，為以后盾構(gòu)掘進(jìn)中盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)計(jì)算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 全站儀托架和后視托架安置在隧道頂上，然后全站儀托架上安放激光全站儀，后視托架上安放后視棱鏡。通過人工測(cè)量將全站儀托架和后視托架的中心位置的三維坐標(biāo)測(cè)量出來后，作為控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的起始測(cè)量數(shù)據(jù)。 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)測(cè)量自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)為日本enzan公司（演算工房）的robotec測(cè)量系統(tǒng)。 系統(tǒng)主要由 Trimble5603全站儀和RMT棱鏡組成。Trimble5603全站儀具有伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以自動(dòng)搜索RMT棱鏡，不需人工照準(zhǔn)。 在盾尾合適位置布設(shè)三個(gè)RMT棱鏡，在盾構(gòu)機(jī)調(diào)試階段，

9、確定了三個(gè)RMT前視棱鏡與盾構(gòu)機(jī)前后胴體中心的幾何關(guān)系。在盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí),自動(dòng)全站儀會(huì)對(duì)目標(biāo)靶進(jìn)行連續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并把采集的數(shù)據(jù)傳回中央控制室,通過軟件處理，在控制屏上實(shí)時(shí)顯示盾構(gòu)機(jī)軸線與設(shè)計(jì)軸線的平面偏差、高程偏差、縱向坡度、橫向旋轉(zhuǎn)偏差和切口里程，可以得到盾構(gòu)姿態(tài)的實(shí)時(shí)狀態(tài)畫面，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)偏離過大時(shí)，畫面上的報(bào)警裝置就會(huì)顯示。整個(gè)測(cè)量過程不影響施工測(cè)量精度高，滿足盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)測(cè)量的誤差技術(shù)要求。 為了使隧道能夠順利貫通，必須對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行人工復(fù)測(cè)，進(jìn)而檢測(cè)盾構(gòu)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)所測(cè)結(jié)果，若出現(xiàn)差異，以便及時(shí)調(diào)整。 管片姿態(tài)的測(cè)量管片姿態(tài)的測(cè)量，可以為盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)提供有效的數(shù)據(jù)參考，對(duì)優(yōu)化盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)有

10、很大幫助。同時(shí)也可以驗(yàn)證盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，為盾構(gòu)隧道順利貫通提供有效保證。 盾構(gòu)機(jī)出、入洞洞口中心坐標(biāo)的測(cè)量 在盾構(gòu)機(jī)出洞和入洞時(shí)，需測(cè)量洞口的中心坐標(biāo)。尤其是盾構(gòu)機(jī)即將入洞時(shí)，需準(zhǔn)確的測(cè)量出洞口的中心坐標(biāo)，根據(jù)洞口位置控制盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)姿態(tài)，保證盾構(gòu)機(jī)順利入洞。 貫通誤差測(cè)量 隧道貫通后應(yīng)利用貫通面兩側(cè)平面和高程控制點(diǎn)進(jìn)行貫通誤差測(cè)量。包括隧道的縱向、橫向和方位角貫通誤差測(cè)量以及高程貫通誤差測(cè)量。隧道的縱向、橫向貫通誤差，可根據(jù)兩側(cè)控制點(diǎn)測(cè)定貫通面上同一臨時(shí)點(diǎn)的坐標(biāo)閉合差，并應(yīng)分別投影到線路和線路的法線方向上確定；方位角貫通誤差可利用兩側(cè)控制點(diǎn)測(cè)定與貫通面相鄰的同一導(dǎo)線的方位角較差確定。隧道高程貫

11、通誤差應(yīng)由兩側(cè)地下高程控制點(diǎn)測(cè)定貫通面附近同一水準(zhǔn)點(diǎn)的高程較差確定。隧道貫通測(cè)量的誤差來源 地面控制測(cè)量誤差 豎井聯(lián)系測(cè)量誤差 盾構(gòu)進(jìn)洞處洞口中心坐標(biāo)測(cè)量誤差 地下導(dǎo)線測(cè)量誤差 盾構(gòu)姿態(tài)的定位測(cè)量誤差通常把誤差來源分為三大類，第一類為地面控制測(cè)量誤差和盾構(gòu)進(jìn)洞聯(lián)系測(cè)量誤差，現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展，使得該類誤差相對(duì)容易獲得較高精度，而且實(shí)際均能實(shí)現(xiàn);第二類為盾構(gòu)出洞處聯(lián)系測(cè)量誤差和盾構(gòu)姿態(tài)控制誤差，兩者誤差影響較復(fù)雜。而且要提高精度必須花較大的人力、物力，不易實(shí)現(xiàn);第三類為地下導(dǎo)線測(cè)量誤差，考慮到地下導(dǎo)線測(cè)量施工條件限制，而且為支導(dǎo)線，檢核條件較少不易獲得較高的精度，必須采取一定的措施，才能保證施工

12、的要求。 盾構(gòu)施工測(cè)量是為盾構(gòu)施工服務(wù)的測(cè)量工作,不僅要求測(cè)量精度高,而且對(duì)測(cè)量成果的可靠性和及時(shí)性都有很高的要求。因此,除選擇先進(jìn)、成熟的測(cè)量方法外,還要事先對(duì)各項(xiàng)誤差有充分的認(rèn)識(shí),措施得力,定能取得好的成效.第二部分 盾構(gòu)施工監(jiān)測(cè) 采用盾構(gòu)法在軟土中修建地鐵隧道，會(huì)引起地層移動(dòng)而導(dǎo)致不同程度的地面沉降。引起地表沉降的因素很多，如開挖模式、注漿量、注漿開始時(shí)間、土壓倉壓力、地下水位、盾構(gòu)姿態(tài)、推進(jìn)速度、注漿量等。除了這些施工參數(shù)外，一些外在與內(nèi)在荷載，如水壓力、隧道自重、上覆荷載等，施工過程中必須綜合考慮這些因素。 施工監(jiān)測(cè)工作在施工過程中起到“眼睛”的作用，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)變形影響，監(jiān)測(cè)和分析

13、各種施工因素對(duì)地表變形的影響，提供優(yōu)化施工參數(shù)減少沉降的依據(jù)；根據(jù)前一步的觀察結(jié)果，預(yù)測(cè)下一步的地表沉降和對(duì)建筑物和地下管線及其它設(shè)施的影響，以合理的代價(jià)采取保護(hù)措施，保證地面建筑物及地下管線的安全；檢驗(yàn)施工結(jié)果是否達(dá)到控制地面沉降和隧道沉降的要求；研究土壤特性、地下水條件、施工方法與地表沉降的關(guān)系，以作為改進(jìn)設(shè)計(jì)的依據(jù)。 地表沉降的5個(gè)階段：前期沉降階段；開挖面前的隆沉；通過期間沉降階段；盾尾間隙沉降階段和后期沉降階段。 主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容：地表沉降和地下管線安全監(jiān)測(cè)；地面建筑物沉降、傾斜和裂縫觀測(cè)；管片裂縫、沉降、變形監(jiān)測(cè) 。 地表沉降和地下管線安全監(jiān)測(cè)地表沉降和地下管線安全監(jiān)測(cè)地表沉降監(jiān)測(cè)國內(nèi)

14、外大量的實(shí)測(cè)資料及理論分析結(jié)果表明，就單條隧道而言，沉降槽曲線似正態(tài)分布曲線。兩條隧道沉降曲線類似兩條單線的迭加。地表測(cè)點(diǎn)的布設(shè)：地表沉降點(diǎn)一般沿軸線進(jìn)行布設(shè)（一般情況均是軸線上測(cè)點(diǎn)變化最大），點(diǎn)距4-5 m。進(jìn)出洞和遇有重要建筑物時(shí)適當(dāng)加密。相隔距離（50m）布設(shè)沉降槽觀測(cè)斷面。監(jiān)測(cè)方法：用精密水準(zhǔn)儀、銦鋼尺按二等水準(zhǔn)測(cè)量的技術(shù)要求對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行跟蹤測(cè)量。 地下管線沉降監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)方式：抱箍式、直接式、模擬式。抱箍式：制作一抱箍固定在管線上，抱箍上焊接測(cè)桿。直接式：明挖至管線頂部，選擇突出點(diǎn)作為測(cè)點(diǎn)。模擬式：打入鋼筋頭至管線頂部作為測(cè)點(diǎn)。多采用模擬式。監(jiān)測(cè)方法同地表沉降監(jiān)測(cè)。地面建筑物沉降

15、、傾斜和裂縫觀測(cè) 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè) ：測(cè)點(diǎn)范圍布設(shè)應(yīng)能控制整座建筑物不均勻沉降為原則，在建筑物四角或沿外墻每10-15米處或每隔2-3根柱基上布置沉降觀測(cè)點(diǎn)，每一構(gòu)筑物不少于4點(diǎn)。 建筑物傾斜觀測(cè)可采用差異沉降法推算 AB為變形前兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位置，當(dāng)建筑物發(fā)生傾斜時(shí)，B點(diǎn)將變化到B點(diǎn)位置，由此即可按公式推算建筑物傾斜度和判斷傾斜方向。即：=arctg(h/L) （式中推算的傾斜角度，h相 對(duì)沉降差，L兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平距離）。 建筑物裂縫觀測(cè)主要采用先觀察后量測(cè)的方法，采用裂縫觀測(cè)器進(jìn)行量測(cè)。 管片裂縫、沉降、變形監(jiān)測(cè)管片裂縫、沉降、變形監(jiān)測(cè) 管片的裂縫監(jiān)測(cè)用目測(cè)的方法隨時(shí)進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)裂縫后立即用裂縫觀測(cè)器實(shí)測(cè)裂縫寬度 。 襯砌環(huán)的沉降、變形監(jiān)測(cè) 沉降觀測(cè)可利用水準(zhǔn)測(cè)量的方法測(cè)出測(cè)點(diǎn)高程，可求出沉降值。 管片變形監(jiān)測(cè)可利