海底m超長距離混凝土頂管實用測量技術

1、奉賢1856m超長距離混凝土頂管實用測量技術概況奉賢縣污南排1600砼頂管工程位于奉賢縣杭州彎畔，全長1856m，其中56m為陸上頂進，穿過海堤后1800m在海底下頂進。整個1856m頂進前1656m坡度為-0.9斜直線段，端部200m為平直線段，在平直線部分布置有14只垂直排放口，在頂進結束后再進行14只排放口的垂直頂升。本工程頂管工作井外徑尺寸為11.4m8.6m底板至地面高度17.5m。陸上部分頂管覆土16m，海上部分覆土從15m4.5m。該工程特點，工期要求特別緊，在海邊施工，地質條件復雜，本工程為超長距離頂進施工，頂進測量難度很高。二、超長距離頂管施工測量的重要性一般頂管工程中測量工

2、作主要是通過定向測量在頂管工作井內布置一指示軸線(頂管設計中心線)，頂管每頂進一節(jié)，測量人員以此軸線為基準測出頂管工具管偏離設計軸線數值(平面偏差)，利用工作井內高程控制點測出工具管高程偏差，開出測量報表，頂管施工人員以此為依據進行必要的糾偏，以達到頂進軸線與設計軸線一致。頂管施工中測量一直被認為是頂進施工的眼睛，確實測量在頂進施工中占有相當重要的地位，特別是超長距離頂進，首先是貫通測量，貫通測量是頂管能否貫通的一個先決條件，一個頂管工程如果不能順利貫通，就談不上是一個成功的工程。第二是頂進施工中軸線偏差測量，所謂的軸線偏差，即頂進工具管偏離設計軸線的偏差值，包括橫向偏差(平面偏差)和縱向偏差

3、(高程偏差)，由于本次頂進距離超長，為1856米，實際頂進軸線的好壞直接影響到頂進阻力大小、頂進軸線質量好壞及工具管管節(jié)的旋轉，只有在測量正確測出每節(jié)管節(jié)頂進的軸線偏差，頂進施工人員才能進行正確的糾偏，糾正頂管工具管的前進姿態(tài)，才能使頂進沿著設計軸線前進，使頂進順利進行。三、超長距離頂管測量難度分析1.首先是工作井內定向測量難度。由于頂管工作井內凈尺寸較小，為8.86m，而深度又較深達17m。往常頂管工作井內方位傳遞無法一次完成，而如果方位經多次傳遞至井下則無法保持定向的精度。另外，由于本次頂管頂程超長，定向精度的好壞將直接影響貫通誤差精度及頂管軸線偏差，考慮到頂管貫通誤差主要來自定向誤差，如

4、果定向誤差mo達到30”，則定向產生的貫通誤差：m=mos/pm=3018561000/206265 =270mm可見由于頂程超長，不考慮其它誤差，單定向誤差對頂管貫通精度影響非常大。2.超長距離頂管軸線偏差測量難度。難度一是頂進距離較長時，井下進行軸線偏差測量，誤差隨著頂程越來越大，這是因為指示軸線后視瞄正誤差達0.2mm，頂程達1000米時，指示軸線長度7m，軸線偏差測量誤差0.21000/7=28mm，如果每頂進一節(jié)管節(jié)軸線平面偏差在2030mm之間擺動，頂管施工人員就無法進行正確的糾偏，從而使測量起不到正確的導向作用。另外，隨著頂進距離不斷增加，工具管內布置的測尺無法在井內一站看清，須

5、在管節(jié)內直線接站觀測，勢必產生接站引起的誤差，這都是需要解決的困難。3.頂進時間與測量用時之間矛盾。本次頂進采用螺旋機出土，土方經過泥水化后，通過泥水系統輸送至地面，因此，每節(jié)管節(jié)的頂進都是連續(xù)的，頂進速度較快。整個頂程1856米，平均日頂進距離達18.5米，每節(jié)管節(jié)3米，平均每天要頂6節(jié)多管節(jié)，按常規(guī)軸線平面、高程偏差測量管內接站觀測，此時頂進要停止，每次偏差測量時間按1小時計，則每天要費在測量上的時間就達6小時多，本來軸線偏差測量是為頂進服務的，而過多的占用頂進時間，顯然對整個頂管工程的工期是不利的。四、測量技術措施及方法上面分析了超長距離頂管測量難度，概括起來一是測量精度較難保證，二是測

6、量用時過多。下面針對這二個問題分析解決問題的技術措施及方法。1.定向測量精度保證措施方法由于該工程工作井尺寸較小且較深，對于該工程的定向測量，首先，采用瑞士進口的精度1/30000投點儀，把地面測量控制系統投至井下，測出洞門實際中心坐標，結合設計終點坐標，計算出頂進軸線方位及實際頂進距離，然后在井內精確放出頂進指示軸線，在工作井后靠位置布置好強制對中心的觀測臺，在出洞口上方布置好精確的后視目標。為保證定向測量的精度，另利用二次聯系三角定向法，對井內指示軸線進行復核，如圖所示：在井上觀測角度、，量邊a、b、c，在井下觀測角度、 ，量邊a、b、c，則頂進軸線方位通過解算聯系三角形得：BDPP+18

7、0o從式中看出方位傳遞是通過角完成的，利用正弦定律：sin/sinb/a求得，對的精度進行分析，運用最小二乘法原則，可得：m EQ R(,tgs(2)(1/bs(2)+1/as(2)mss(2)s(2)+(bs(2)/as(2)coss(2)-tgs(2)ms(2)sdo2() 從式中可以看出，要有效地提高方位傳遞的精度，必須做到：1)盡量減小的觀測誤差m。2)增大懸錘間距a的值，盡量減小b/a邊長比值。3)聯系三角形形狀采用狹長形狀。這樣的精度公式可簡化為：mmb/a實際施工中a為6米，b為4米，m取2。計算得m1.3”通過投點測得洞門中心坐標與設計終點坐標算得指示軸線的方位為160o580

8、7.5”，而二次聯系三角形定向測得指示軸線方位為160o5801.3”和160o5802.7”，幾次測量方位誤差最大6.2。按式：mmos/ 6.21860103/206265 56mm基本滿足貫通誤差要求。2.超長距離頂進井下軸線偏差測量誤差分析及測量方法。眾所周知，由于頂管頂進過程中每一節(jié)管節(jié)都在往前移動，因此管內無法布置固定的測量控制點，對頂管工具管軸線偏差的測量只能利用井內布置的指示軸線來測定，這樣也決定了超長距離頂管較大的軸線偏差測量誤差不可避免，因此如果按指示軸線定向誤差mo5計算，頂管至500米時，不考慮其它誤差，單指示軸線方位誤差引起的貫通誤差按式：mmos/得：m550010

9、3/20626512mm頂進距離1000米時，m24mm。頂進距離1500米時，m36mm。頂進距離1856米時，m45mm。由于此誤差在每一次軸線偏差測量中基本是一個定值，是一個系統誤差。每一次偏差測量并不影響到施工中的導向，相反地，偏差測量中后視瞄準誤差帶來的軸線偏差測量誤差是一個偶然誤差，且隨著頂進距離的延長不斷增大，由于該誤差是隨機性的，對指導頂管施工人員糾偏必定產生影響，為此除了精確布置好指示軸線的后視外，在井內觀測臺擬采用二測回取平均數的方法測定工具管平面偏差，這樣就較好地消除了偶然誤差。另外，隨著頂進距離的不斷增加，軸線偏差測量需接站觀測，從而產生接站誤差。因此，按不同的頂進里程

10、，有必要制定不同的軸線平面偏差測量方法。頂程0200m，利用J2激光經緯儀置于頂進軸線上，跟蹤工具管內光靶測尺，頂進時，施工人員隨時可以直觀地看出工具管偏差情況及行進方向，測量人員不必占用頂進時間測量軸線偏差，此時測量誤差可忽略。頂程200500m，利用T2經緯儀二測回直接在井內觀測工具管內平面測尺偏差讀數，此時的瞄正誤差引起的偏差測量誤差可按式：m0.1mm500m/7m EQ R(,4) 3.6mm式中0.1mm為后視瞄正誤差，500米為頂距，7米為觀測臺至后視距離。頂程500m1000m，仍采用T2經緯儀二測回，進行直線接站觀測，測定工具管平面偏差，此時，測量誤差可控制在:m EQ R(

11、,2) 0.1mm1000m/7m EQ R(,4) 10.2mm頂程10001856米，需在管內利用T2經緯儀直線接站兩次測出工具管平面偏差，誤差最大可達:m EQ R(,3) 0.1mm1856m/7m EQ R(,4) 23mm高程偏差測量采用水準接站測量測得工具管中心標高，再與設計高程比得高程偏差。另外，指示軸線在頂進過程中，必須利用聯系三角形法定期進行復測，以保證整個頂進軸線的一致性。3.頂進中工具管前進趨勢的測定。為了能較好地解決測量用時問題，一方面通過盡可能減少接站數，轉站處利用特殊發(fā)光源作為目標，再利用放大倍率較大的瑞士T2經緯儀觀測；另一方面測定工具管前進趨勢，同樣能達到減少

12、測量時間的目的。頂進中施工人員對工具管的糾偏也迫切需要及時了解工具管走勢，以能夠較有效的糾偏。施工人員及時了解工具管走勢，如果軸線偏差較小，且走勢較好(沿設計方位)，有時就可省去不必要的軸線偏差測量，提供更多的頂進時間，如軸線偏差較小，但工具管前進趨勢背離設計軸線方向，施工人員也能夠及時進行有效的糾偏，使工具管不致偏離較大?？梢娬莆樟斯ぞ吖艿淖邉莺锰庯@而易見，為此我們設置了工具管前進趨勢測量及計算方法。在頂管工具管內一前一后布置二把平面測尺，最小刻劃1厘米，尺中心置于工具管中心位置，用于平面偏差測量，另在工具管內設置一把水準尺用于工具管高程偏差測量，再在工具管內布置一坡度板，通過觀測測出兩支平

13、面尺偏差值和水準尺位置的高程偏差，讀取工具管坡度值，然后就可以計算出工具管切口、尾端偏離設計軸線的數值，圖示及計算方法如下：圖中X1、X2分別是前尺、后尺設計軸線偏差值，以偏右為正，偏左為負，則工具管切口、尾端設計軸線偏差值分別為：M切X1-a(X2-X1)/cM尾X1+b(X2-X1)/c高程偏差計算：實量水準尺位置至工具管切口距離為e，至尾端距離為f，坡度板讀數為g，水準尺位置高程偏離測定為y，則工具管切口、尾端高程偏差值分別為：H切y + egH尾yfg式中正坡g取正，負坡g取負。通過對工具管切口，尾端平面及高程偏差值測定，工具管與設計軸線的夾角(包括平面與垂直面)也可求得：平面夾角：

14、arctg(M切-M尾)/(a+b)垂直面夾角：arctg(H切-H尾)/(a+b)現在已知了工具管平面高程偏離值及工具管與設計軸線平面及垂直面夾角，整個工具管前進的趨勢一目了然，這樣對于控制頂管頂進軸線相對就容易得多了。五、實施結果本次頂管工程98年9月20日開頂，頂進長度1856米，99年1月8日順利頂進到位，如果扣除整修總結時間，實際頂進時間100天，創(chuàng)國內一次頂進長度之最，頂進速度之最，究其原因相當程度在于頂力控制得較好，不使用中繼間一次超過一千米頂進軸線偏差小，直線性好是一個非常有利的因素，整條頂管軸線偏差控制在50mm左右，達到了前所未有較好的軸線質量。下為1600頂管結束后軸線偏差竣工測量數據及軸線偏差單值曲線圖。1600頂管軸線偏差竣工測量匯總表管節(jié)編號606590575560545530515500485470455440425410395380高程偏差+6+33+40+20+3+30+32+48+52+41+32+48+4+2+32+47平面偏差-38-10-500-50-20-55-45-36-28-15-35-40-48-52-32管節(jié)編號3653503353203052902752