隧道測(cè)量總結(jié)

帖]隧道測(cè)量總結(jié)\o"推薦此帖到排行榜"0上中隧道工程南線隧道經(jīng)過(guò)幾個(gè)月緊鑼密鼓的施工已經(jīng)順利穿越黃浦江，正朝著接收井挺進(jìn)。為了能使隧道順利貫通還有許多障礙及難關(guān)，如穿越多層民房、地下管線及準(zhǔn)確進(jìn)洞都是對(duì)我們考驗(yàn)。

測(cè)量工作的重要性是不可忽視的。從工程開(kāi)始的圍擋，地面基礎(chǔ)設(shè)施的施工，盾構(gòu)的出洞進(jìn)洞，直至工程的竣工驗(yàn)收都有著測(cè)量工作人員的汗水結(jié)晶，更是智慧與科學(xué)的體現(xiàn)。

隧道測(cè)量的誤差主要由地面控制、聯(lián)系測(cè)量、地下控制及盾構(gòu)儀的精度四方面構(gòu)成。為了減少誤差確保貫通，我們做了大量的工作。現(xiàn)對(duì)前期測(cè)量工作進(jìn)行回顧總結(jié)，以更好地做好下一步工作。

一控制測(cè)量

隧道施工在公路、鐵路施工中都是一個(gè)重點(diǎn)。對(duì)于長(zhǎng)隧道或曲線隧道，確保盾構(gòu)推進(jìn)能沿著設(shè)計(jì)軸線推進(jìn)及全線貫通，主要取決于控制測(cè)量、聯(lián)系測(cè)量和地下控制測(cè)量。

1．地面控制測(cè)量

地面控制測(cè)量誤差對(duì)地下橫向貫通誤差的影響較為復(fù)雜，主要控制其測(cè)量終點(diǎn)橫向點(diǎn)位誤差即終點(diǎn)的橫向位移。這是盾構(gòu)機(jī)能否順利進(jìn)洞的關(guān)鍵因素之一。終點(diǎn)的橫向點(diǎn)誤差是由測(cè)角誤差和邊長(zhǎng)誤差的共同影響所產(chǎn)生。開(kāi)工前由業(yè)主提供地面控制網(wǎng)。我們嚴(yán)格按照要求對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行3個(gè)月一次的復(fù)測(cè)，保證其點(diǎn)位的穩(wěn)定。平面控制我們選用了Leica的TCR1201進(jìn)行觀測(cè)，此儀器為一秒級(jí)，其相對(duì)精度均符合規(guī)范。在盾構(gòu)推進(jìn)前項(xiàng)經(jīng)部還委托有專(zhuān)業(yè)資質(zhì)的第三方采用二等GPS測(cè)量，對(duì)平面控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)以確保精度。

高程控制我們也按規(guī)范進(jìn)行聯(lián)測(cè)，選用Leica的NA2水準(zhǔn)儀加平行玻璃板，使精度達(dá)到0.1毫米。同樣在盾構(gòu)推進(jìn)前項(xiàng)經(jīng)部還委托有專(zhuān)業(yè)資質(zhì)的第三方采用二等水準(zhǔn)及跨河水準(zhǔn)測(cè)量，對(duì)高程控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)以確保精度來(lái)有效地控制隧道高程貫通誤差。

2．聯(lián)系測(cè)量

在隧道施工中為了保證隧道正確貫通，就必須將地面控制網(wǎng)中的坐標(biāo)、方向及高程，經(jīng)由豎井傳遞到地下。這個(gè)傳遞工作稱(chēng)為豎井聯(lián)系測(cè)量，是聯(lián)系測(cè)量中常用地一種。坐標(biāo)與方向地傳遞又稱(chēng)為定向測(cè)量，通過(guò)定向測(cè)量，使地下平面控制網(wǎng)與地面上有統(tǒng)一地坐標(biāo)系統(tǒng)。而高程傳遞則使地下高程系統(tǒng)獲得與地面統(tǒng)一地起算數(shù)據(jù)。提高測(cè)量精度及分析測(cè)量誤差通常我們可采用附和或閉合路線來(lái)完成這項(xiàng)工作。定向工作可分為幾何和物理方法。但隧道測(cè)量是工程測(cè)量中很特殊的一個(gè)部分，由于受條件的限制無(wú)法按常規(guī)的方法。我們公司在高級(jí)工程師（教授級(jí)）的主持下，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的深化，確立了運(yùn)用幾何法進(jìn)行定向測(cè)量（聯(lián)系三角形測(cè)量）的方法將地面控制點(diǎn)傳遞到地下。實(shí)踐證明，幾何法定向成本低、收斂快、可靠性強(qiáng)、不受施工影響，施工企業(yè)在經(jīng)濟(jì)上容易承受。根據(jù)幾何學(xué)原理通常情況下在豎井內(nèi)投放兩根鋼絲與井上測(cè)站沿軸線布置成狹長(zhǎng)三角形，鋼絲下掛重錘，使其構(gòu)成鉛垂。建立豎直面，在該面上兩垂線間任意兩點(diǎn)連線的方位角均相等，同一垂線上任意點(diǎn)的坐標(biāo)也都相等。測(cè)量是一份責(zé)任心相當(dāng)重的工作，每個(gè)測(cè)量人員對(duì)自己都是嚴(yán)格要求，考慮問(wèn)題相當(dāng)?shù)膰?yán)密謹(jǐn)慎，顧由唐工倡議由原有懸掛兩根鋼絲的基礎(chǔ)上增加一根。使之組成兩個(gè)聯(lián)系三角形，以提高精度又能校核成果。對(duì)于三跟鋼絲的布置也有相當(dāng)?shù)闹v究?jī)筛摻z與儀器的夾角不能超過(guò)2度，這樣在平差過(guò)程中可以減少計(jì)算角的誤差。定向懸掛高強(qiáng)度的鋼絲（0.3mm），并吊以重錘拉直鋼絲，由于定向測(cè)量有4－5個(gè)方向、9個(gè)測(cè)回且需井上井下同時(shí)進(jìn)行，將地面和地下連成一個(gè)整體，形成一個(gè)系統(tǒng)。難度較高，故重錘需置于油桶中，是其更為穩(wěn)定不易晃動(dòng)同時(shí)又可減輕鋼絲的壓力。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備及隧道長(zhǎng)度及施工要求，我們我們已經(jīng)將傳統(tǒng)定向中用鋼尺人工量邊改為全站儀無(wú)棱鏡測(cè)距。使每條邊的精度達(dá)到0.1mm,大大高于限差≤2mm的規(guī)范要求。同時(shí)我們準(zhǔn)備每條隧道施工期間安排三次定向測(cè)量。定向測(cè)量由總公司唐震華高級(jí)工程師把關(guān)，并有多名技師現(xiàn)場(chǎng)參與，現(xiàn)已完成了二次。結(jié)果比較滿(mǎn)意。各方面的誤差均小于規(guī)范要求。

高程控制點(diǎn)我們采用高程傳遞的方法將地面控制點(diǎn)傳遞至地下，這也就是所說(shuō)的高程導(dǎo)入法。在進(jìn)行高程傳遞前，必須對(duì)地面上的起始水準(zhǔn)點(diǎn)的高程進(jìn)行核對(duì)。在井上井下設(shè)置兩架水準(zhǔn)儀，鋼尺懸掛在固定支架上，下端懸掛重量為10kg的重錘。由地面上的水準(zhǔn)儀在起始水準(zhǔn)點(diǎn)的水準(zhǔn)尺上讀書(shū)a,鋼尺的讀數(shù)為β1。井下水準(zhǔn)儀的鋼尺讀數(shù)為β2，而井下水準(zhǔn)點(diǎn)的讀數(shù)為b。井下水準(zhǔn)點(diǎn)的高程HB可用一下公式計(jì)算：

HB=HA+a-[(β1-β2)+△t+△l]－b

式中：△t為鋼尺的溫度改正

△l為尺長(zhǎng)改正

HA為井上水準(zhǔn)點(diǎn)的高程

在經(jīng)過(guò)3次同樣的高程傳遞后，才可以確定井下水準(zhǔn)點(diǎn)是否穩(wěn)定，有沒(méi)有受到豎井和隧道自身沉降的影響。同時(shí)不同儀器所求得的井下水準(zhǔn)點(diǎn)高程不同，一般高程的不符值不應(yīng)超構(gòu)機(jī)的起始姿態(tài)。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)主體結(jié)構(gòu)完全焊接安裝完成，靜止在基座上時(shí)，通過(guò)垂吊麻線求出盾構(gòu)切口及盾尾的外殼兩端地象限點(diǎn)，實(shí)測(cè)其坐標(biāo)。然后將切口兩端象限點(diǎn)坐標(biāo)與盾尾兩端象限點(diǎn)坐標(biāo)的平均線作為盾構(gòu)機(jī)的平面中心線，同時(shí)求出盾構(gòu)機(jī)的轉(zhuǎn)角。然后實(shí)測(cè)切口與盾尾頂和底的高程求出盾構(gòu)的高程中心線，以及盾構(gòu)靜止?fàn)顟B(tài)的坡度。在盾構(gòu)機(jī)內(nèi)選擇合適的位置安裝姿態(tài)測(cè)量標(biāo)志，由于盾構(gòu)機(jī)中心部位已被自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)占據(jù)，因此我們只能安裝在盡可能靠近中心線的位置，與此同時(shí)只能將后靶加長(zhǎng)至千斤頂頂塊的后部，使前后靶距離增加至兩米。為了避免標(biāo)志被破壞或變動(dòng)，同時(shí)也可以進(jìn)行校核，安裝了三個(gè)標(biāo)志，通常情況下使用兩個(gè)，一個(gè)備用。接著按實(shí)測(cè)的靜止盾構(gòu)坡度及轉(zhuǎn)角安裝坡度板

（如圖）

坡度板的垂線距離同樣要求盡可能的放長(zhǎng)，以消除坡度板的誤差。同時(shí)我們打破常規(guī)，淘汰了原有通過(guò)環(huán)號(hào)累積來(lái)求得盾構(gòu)里程的做法，

在標(biāo)志上安裝棱鏡（如圖）通過(guò)實(shí)測(cè)坐標(biāo)反算切口及盾尾的里程，同時(shí)通過(guò)這一里程更為準(zhǔn)確的判斷盾構(gòu)的偏離值。但是，隨著精度的提高，井下測(cè)量人員的素質(zhì)也需要相應(yīng)的提高。采用這種新的標(biāo)志后，人工測(cè)量必須能夠熟練操作全站儀，所以對(duì)測(cè)量人員又是一種挑戰(zhàn)。

三．盾構(gòu)及管片姿態(tài)的測(cè)定

在隧道施工過(guò)程中，測(cè)量人員的主要任務(wù)是隨時(shí)確定盾構(gòu)的掘進(jìn)方向。雖然現(xiàn)在我們有自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，人工測(cè)量還是一種讓人較為放心的方法，畢竟在我們隧道施工過(guò)程中得到了廣泛和長(zhǎng)久的使用，而且效果顯著。人工測(cè)量還是每天擔(dān)當(dāng)著復(fù)合自動(dòng)系統(tǒng)的重任。利用安放在控制臺(tái)上的儀器測(cè)量盾構(gòu)前后靶的坐標(biāo)。特別要提的是控制臺(tái)上所使用的是可以消除對(duì)中誤差的強(qiáng)制對(duì)中盤(pán)，以前的強(qiáng)制對(duì)中盤(pán)是通過(guò)插入銅螺絲來(lái)固定，但是隨著現(xiàn)在儀器摩擦制動(dòng)運(yùn)用的增多，銅螺絲與孔之間存在間隙，所以使用銅螺絲固定并不理想。因此我們采用了螺紋式的強(qiáng)制對(duì)中盤(pán)，將螺絲焊接在對(duì)中盤(pán)上，基本消除了對(duì)中誤差。在得到切口盾尾坐標(biāo)后，反算盾構(gòu)的位置也就是求出里程。對(duì)于盾構(gòu)平面來(lái)說(shuō)通常都會(huì)經(jīng)過(guò)直線－緩和曲線－圓曲線－緩和曲線－直線這一過(guò)程，因此里程的判斷相當(dāng)重要。

直線段中計(jì)算偏離值公式：(aX＋bY＋c)÷√(a2+b2)

緩和曲線段中計(jì)算偏離值公式：L3÷(6RL0)-L7÷(336R3LO3)

圓曲線段中計(jì)算偏離值公式：R-√(△X2＋△Y2)

由于隧道的坡度盾構(gòu)的直徑較大，在盾構(gòu)的長(zhǎng)度上需要用坡度加以改正，這在以前的地鐵盾構(gòu)中是可以忽略不計(jì)的，同樣轉(zhuǎn)角改正也是不可忽視的，盾構(gòu)標(biāo)志高出盾構(gòu)中心將近六米，盾構(gòu)每旋轉(zhuǎn)一分就會(huì)有Xmm差值。坡度、轉(zhuǎn)角及盾構(gòu)總長(zhǎng)的改正使盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)定能有較高的精度（小于5mm）。有了正確的里程后，用實(shí)際坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行比較就可以得出盾構(gòu)得偏差值。在直線、緩和曲線、圓曲線得計(jì)算方法都有所不同。

高程偏離的測(cè)定，是利用觀測(cè)臺(tái)的高程加上盾構(gòu)轉(zhuǎn)角改正后的標(biāo)高歸算前靶處盾構(gòu)的中心高程。然后通過(guò)盾構(gòu)實(shí)際坡度歸算切口中心標(biāo)高及盾尾中心標(biāo)高，同樣通過(guò)里程算出設(shè)計(jì)高程與實(shí)際高程比較得出差值即偏離值。

管片中心偏值是實(shí)量管片成環(huán)后管片四周與盾殼的間隙加上根據(jù)測(cè)定的盾構(gòu)姿態(tài)按幾何尺寸與定分比數(shù)字公式導(dǎo)出推算管片拼裝位置的偏離值。

使用公式：（L-S）÷L×B+S÷L×A+X(Y)÷2

L－盾構(gòu)總長(zhǎng)

S－管片前沿至盾尾距離

A－實(shí)測(cè)盾構(gòu)切口偏離值

B－實(shí)測(cè)盾構(gòu)盾尾偏離值

X－為管片與盾殼左右兩側(cè)的間隙之差

Y－為管片與盾殼下上兩側(cè)的間隙之差

在測(cè)定盾構(gòu)偏離值時(shí)需要運(yùn)動(dòng)大量的計(jì)算，為了不影響施工進(jìn)度，我們使用攜帶方便的CASICfx-4800,SHARPPC—E500計(jì)算機(jī)，運(yùn)用Q-BASIC語(yǔ)言編寫(xiě)計(jì)算程序來(lái)完成，避免了人為的失誤。

五．自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)

南線隧道大型盾構(gòu)機(jī)的測(cè)量原先完全采用法國(guó)PYXIS系統(tǒng)。如何使PYXIS系統(tǒng)在我們上中路隧道工程中順利應(yīng)用，上中項(xiàng)經(jīng)部領(lǐng)導(dǎo)著實(shí)花了大力氣。丁志誠(chéng)經(jīng)理更是運(yùn)籌帷幄，得知香港落馬州地鐵盾構(gòu)運(yùn)用的也是PYXIS系統(tǒng)，早在工程的初期就已經(jīng)派測(cè)量人員赴香港地鐵工地學(xué)習(xí)。雖然落馬州地鐵盾構(gòu)已經(jīng)拆除，不能進(jìn)行實(shí)地的勘察，但還是在香港測(cè)量工程師那里了解到許多關(guān)于PYXIS系統(tǒng)情況，并對(duì)盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中的使用與維護(hù)有了較為清晰的概念。結(jié)合后期法國(guó)人的說(shuō)明和講解，使盾構(gòu)推進(jìn)前PYXIS系統(tǒng)的安裝調(diào)試進(jìn)行的非常順利。

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的實(shí)際運(yùn)行及一系列PYXIS的界面操作，我們覺(jué)得這套系統(tǒng)能與瑞士（VMT）、英國(guó)（ZED）相媲美，給我們耳目一新的感覺(jué)，其功能強(qiáng)大，所有測(cè)量數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算和反饋及一些盾構(gòu)的參數(shù)設(shè)定、管片拼裝選型等都能簡(jiǎn)便的操作于界面上。

針對(duì)這套測(cè)量系統(tǒng)方面，我們認(rèn)為可以再增加適當(dāng)?shù)臏y(cè)量距離，頻繁的轉(zhuǎn)站會(huì)使系統(tǒng)不能發(fā)揮其最大功能，而我們的導(dǎo)線轉(zhuǎn)站的累計(jì)誤差也會(huì)相應(yīng)增大。另一方面，激光器的選型應(yīng)與全站儀配套，其功率要大型號(hào)的，盡量減少對(duì)其的調(diào)節(jié)使之增加使用壽命。

總之，地下測(cè)量的工作項(xiàng)目較多，每天都在進(jìn)行。盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量更是受到領(lǐng)導(dǎo)重視。的確，盾構(gòu)的姿態(tài)直接關(guān)系到隧道施工的進(jìn)度和質(zhì)量。所以盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量我們淘汰了以前一貫使用的普通經(jīng)緯儀，而使用全站儀測(cè)量，使盾構(gòu)里程的精度大大提高，那么偏差值的準(zhǔn)確性也更高了?？梢约皶r(shí)準(zhǔn)確地反映出盾構(gòu)機(jī)的趨勢(shì)。

為了更詳細(xì)地了解隧道的變形情況，我們對(duì)管片的橫徑、管頂?shù)某两颠M(jìn)行監(jiān)測(cè)，橫徑通常是五環(huán)一點(diǎn)，每一點(diǎn)測(cè)三次（盾尾、一號(hào)車(chē)架后、二號(hào)車(chē)架后），如數(shù)據(jù)變化大，我們會(huì)在管片離開(kāi)車(chē)架后運(yùn)用對(duì)邊測(cè)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確及時(shí)和完整。與此同時(shí)管頂?shù)某两狄彩俏覀兊囊粋€(gè)重要工作，受車(chē)架的限制，測(cè)點(diǎn)只能布置在管片