盾構施工測量

1、精品文檔盾構施工測量技術 盾構法隧道施工是一項綜合性的施工技術，它是將隧道的定向掘進、運輸、襯砌、安裝等各工種組合成一體的施工方法。其埋設深度可以很深，不受地面建筑、天氣和交通等的影響，機械化和自動化程度很高，是一種先進的土層隧道施工方法，廣泛應用于城市地鐵、越江隧道等的施工中。盾構施工測量主要是控制盾構的位置和推進方向，目的是確保盾構按照設計軸線推進，管片拼裝后型后滿足隧道軸線誤差控制要求。利用洞內(nèi)導線點測定盾構機的位置（當前空間位置和軸線方向），通過推進油缸施以不同的推力，調(diào)整盾構的位置和推進方向，使盾構機的掘進按照設計的線路方向推進。盾構推進只是盾構施工技術的一部分，在整個施工過程中，施

2、工測量還包括地面測量(地面控制測量沉降觀測和井位放樣等)聯(lián)系測量(方位傳遞坐標傳遞和高程傳遞等)以及地下施工測量(地下導線點的測設、洞門鋼環(huán)的安裝、始發(fā)臺的定位、反力架的定位、盾構始發(fā)測量盾構掘進過程中的測量、隧道沉降測量聯(lián)絡通道的施工測量、盾構到達測量、貫通測量、斷面測量以及竣工測量等)。每一步的測量工作都十分重要，直接影響下一步的施工。在各項工作中,最為重要的是地面控制測量聯(lián)系測量地下控制測量和盾構施工測量。這些工作決定著隧道能否達到設計要求，盾構機能否準確進入接受井并確保隧道準確貫通。一、 地面控制測量1、 地面平面控制測量對于隧道工程，地面控制測量的主要任務是建立合適的測量控制系統(tǒng)，提

3、供可靠的地面控制點，為聯(lián)系測量和地下控制測量提供起算依據(jù)，同時也作為以后復核測量和竣工測量的起算數(shù)據(jù)。地面測量控制網(wǎng)的點位和起算數(shù)據(jù)由建設單位負責提供，一般要求暗挖隧道的地面控制網(wǎng)精度不應低于國家四等三角網(wǎng)測量的技術指標及精度要求，同時要根據(jù)盾構隧道的貫通長度、聯(lián)系測量和地下控制導線的精度等條件，估算地面控制網(wǎng)應達到的精度。施測時，以現(xiàn)有平面GPS控制點為依據(jù)布置平面控制點，建立地面導線控制網(wǎng)。2、 地面高程控制測量以現(xiàn)有的二等水準點從工作井至接收井布設水準線路，用此精密水準點來控制隧道的施工高程。在施工前、施工中和進洞前分三次復核水準路線。二、 聯(lián)系測量為了保證地下工程的正確貫通，使得=地下

4、控制與地面控制建立一定的幾何聯(lián)系，形成一個統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)，必須將地面控制網(wǎng)中的坐標、方位角和高程通過聯(lián)系測來那個傳遞下去。對于盾構法隧道工程，聯(lián)系測量是通過施工 豎井將方位、坐標及高程由地面上的控制點傳遞至地下控制點以及地下水準點，從而確定地下控制測量的起算點。1、平面坐標和方位角傳遞聯(lián)系測量的方法主要有一井定向法、兩井定向法、陀螺定向法等。但在具體實施時，由于現(xiàn)場條件的限制，應用最多的是一井定向。一井定向法實施方便，但容易受到投點誤差、井口大小和豎井深度等因素的影響。為了減小一井定向時垂線投影的誤差，條件允許時可以采用兩井定向。兩井定向能顯著的提高無定向地下導線最后一條邊的方向角的精度。陀螺

5、經(jīng)緯儀定向速度快、操作簡便，但在使用時其精度可能受到隧道施工環(huán)境中電磁波的影響，必須注意陀螺方位角與坐標方位角之間的差異。一井定向示意圖兩井定向示意圖2、 高程傳遞高程傳遞一般采用懸掛鋼尺法，即將鋼卷尺懸掛于豎井內(nèi)，鋼尺下面懸掛一定重量的重物，兩臺水準儀在井上和井下同步觀測（如下圖所示）。導入時，改變儀器高或適當錯動鋼卷尺，共測量三次，測定的高差必須進行溫度、尺長改正，三次高差較差小于3mm時取其平均值作為洞內(nèi)高程傳遞的依據(jù)。高程傳遞示意圖三、 地下控制測量1、洞內(nèi)平面控制測量由于隧道呈狹長形狀，在加上盾構掘進和測量幾乎同時進行，因此洞內(nèi)平面控制只能采用支導線的形式。因為支導線是隨著隧道的開挖

6、面而向前延伸的，為了保證橫向貫通誤差不超過限差，應減少導線轉(zhuǎn)折角數(shù)，即導線邊應越長越好，但為了利用導線點進行方向監(jiān)控，變長又不能太長，所以，在布設地下導線時最好采用分級布設的方法布設兩種導線：主導線和施工導線。因為主控導線是選擇一部分施工導線點布設而成的，因此只能在施工導線布設到一定程度時才能布設。隨著盾構的掘進，應首先布設施工導線，再用主控導線來檢核施工導線。兩種導線應布設成跳點式導線（如下圖）。ABC為主控導線 123456為施工導線2、洞內(nèi)高程控制測量以豎井傳遞的水準點為基準點，沿隧道直線段每150m左右布設一固定水準點，曲線段每100m左右布設一個水準點。其閉合差±8Lmm（

7、L為全程長度，單位：km）。地下控制水準測量在隧道貫通前獨立進行三次，并與高程聯(lián)系測量同步；重復測量的高程與原測高程之差5mm時，取其加權平均值做為下次水準控制測量的起算值。地下施工測量一、 洞門鋼環(huán)的安裝定位洞門鋼環(huán)的安裝包括始發(fā)洞門鋼環(huán)和到達洞門鋼環(huán)的安裝，它是盾構機始發(fā)和到達的一個重要組成部分。洞門鋼環(huán)內(nèi)圓設計半徑為3.25米，外圓半徑為3.40米，在內(nèi)圓和外圓之間有螺栓孔，螺栓孔圓心與鋼環(huán)圓心距離為3.31米，相鄰螺栓孔間距0.174米，弧度為3度。洞門鋼環(huán)通常是整體安裝，但根據(jù)施工工藝的不同，有時候會采用分塊安裝的形式。1、 對于整體鋼環(huán)，在安裝前需要把鋼環(huán)放在地面上，用水準儀抄平鋼

8、板面，在不同的位置用鋼卷尺檢查洞門鋼環(huán)的直徑，保證直徑?jīng)]有大的偏差。在吊裝前需要對檢查好的鋼環(huán)進行加固，防止在吊裝過程中出現(xiàn)大的變形。安裝時，測量人員只需控制住A、B（如圖1-1）兩點的高程和里程，同時保證C、D兩點的里程就可以。2、 對于分兩塊安裝的洞門鋼環(huán)來說，通常是先安裝下面的一塊，下板塊鋼環(huán)的安裝直接影響整個鋼環(huán)的安裝。在安裝時保證B、C、D（如圖1-2）三點的高程和里程， B、C兩點一定要在同一個高度上。如果B、C兩點高程有較大的出入，則洞門鋼環(huán)的中心會出現(xiàn)偏移，直接影響盾構機進洞時的姿態(tài)。下半部分固定好以后，就可以將下半部分直接放上去。上半部分放上去以后，測量A、C、D（如圖1-3

9、）的里程和高程，若A點的高程低于設計高程，則在C與C或者D與D 之間加焊鋼板，保證洞門鋼環(huán)的凈空。圖1-1圖1-2圖1-33、 對于從上往下分層安裝洞門鋼環(huán)并澆筑混凝土的情況來說，最關鍵的是第一層和最后一層的鋼環(huán)。第一層鋼環(huán)安裝時同樣是要控制住A、E、F（如圖1-4）三點的高程和里程，保證E、F兩點在同一高度；第二層鋼環(huán)可在第一層的基礎上直接安裝；第三層鋼環(huán)安裝時要用倒鏈將G、H兩點的弦長拉長2公分（目的是為第四層鋼環(huán)的安裝預留空間），將鋼環(huán)加固好后再澆鑄混凝土；第四層鋼環(huán)安裝時可根據(jù)GH和GH的實際弦長來調(diào)整，如LGH>LGH,則在兩層鋼環(huán)之間加焊一塊鋼條，如LGH<LGH，則需

10、將GH向內(nèi)拉緊，保證洞門鋼環(huán)的凈空要求。圖1-4洞門鋼環(huán)安裝的總體原則是保證洞門的凈空，就大不就小，為盾構機進洞和出洞提供足夠的空間。洞門鋼環(huán)安裝時，我們可以將線路的大地坐標轉(zhuǎn)化為施工坐標，X是里程，Y是偏軸，Z是高程。洞門中心坐標為（X,Y,Z）,鋼環(huán)上任意點坐標為（X2,Y2,Z2）,通過計算(Y,Z)和（Y2,Z2）的距離與半徑相比較，就可以知道鋼環(huán)的凈空。二、 始發(fā)臺的安裝定位始發(fā)臺既是盾構機進洞的平臺，也是盾構機出洞的承接臺。盾構始發(fā)的時候定位尤其關鍵。盾構始發(fā)分直線和曲線兩種情況，直線始發(fā)比較簡單，曲線始發(fā)相對復雜。1、 直線始發(fā)直線上始發(fā)臺定位時，我們?nèi)匀豢梢詫⒕€路的大地坐標轉(zhuǎn)化

11、為施工坐標，X是里程，Y是偏軸，Z是高程。只需控制好ZQ、ZH(如圖2-1)的里程和偏距，然后調(diào)整導軌Z1、Y1和Z2、Y2到設計標高，整個始發(fā)臺的定位工作基本上完成。通常情況下為了轉(zhuǎn)動盾構機刀盤，檢查刀盤，始發(fā)臺前端和洞門鋼環(huán)之間有0.8-1米的空間。圖2-1始發(fā)臺導軌的高程通過如下關系換算，以海瑞克S-261（如圖2-2）為例：現(xiàn)場量取始發(fā)臺導軌（中對中）之間的距離為2.66米，盾構機刀盤直徑6.28米。圖2-2則盾構機前體圓心到始發(fā)臺導軌的垂直距離為:OA=（OB2-AB2）=2.8444m導軌中心B點標高=圓心標高-2.8444m2、 曲線上始發(fā)曲線上始發(fā)通常有兩種方式：切線始發(fā)和割線

12、始發(fā)（如下圖）。最需要關注的是盾構機進洞時在始發(fā)臺上沒法調(diào)向（圖2-3），如果曲線半徑過小，盾構機進洞后姿態(tài)很容易超限。盾構始發(fā)時既要保證進洞的姿態(tài)，同時還要給盾構機一個轉(zhuǎn)彎的趨勢，使得盾構機完全進洞后能平滑的沿著隧道線路中線前進，因此在始發(fā)臺定位時就需要固定住始發(fā)臺前端，把始發(fā)臺后端往線路轉(zhuǎn)彎的反方向偏移一定的距離（如圖2-4），因此，曲線上始發(fā)時，始發(fā)臺前中心點和線路中心重合，而始發(fā)臺后的中心與線路中線不重合。由于洞門鋼環(huán)的位置已經(jīng)確定，始發(fā)臺前端的里程和中線點也就跟著確定下來，所以M點的坐標就是固定的。我們假設盾構機離開始發(fā)臺后到達隧道中線的設計位置Q，那么Q、M兩點就決定一個方向，可以

13、做為盾構機進洞的方向。有始發(fā)臺前端中線坐標、始發(fā)臺的長度，始發(fā)臺的方向，通過坐標正算，我們就得到始發(fā)臺后端的中線坐標S?？梢钥闯?，相對于始發(fā)臺偏移前（用綠色表示），后端產(chǎn)生了一個偏移值SS。偏移值我們不予考慮，只需將始發(fā)臺后端中心定位到S點即可。曲線上始發(fā)臺高程的定位可以參考直線上始發(fā)臺高程定位的計算方法。圖2-3圖2-4 始發(fā)臺定位時需要注意的幾個問題：1、 根據(jù)始發(fā)的方式和盾構機的不同，始發(fā)臺的尺寸也不相同，再加上始發(fā)臺加工的精度，經(jīng)過多次始發(fā)等因素，始發(fā)臺有可能變形，因此定位前需要人工現(xiàn)場量取導軌中對中的尺寸；2、 由于盾構機主機前體重量大，重心在前體，因此始發(fā)臺前端就容易變形下沉，盾構

14、進洞時容易發(fā)生“低頭”現(xiàn)象，尤其是大坡度始發(fā)時，這種現(xiàn)象更為明顯。為了減緩出現(xiàn)“低頭”現(xiàn)象，給盾構機一個向上抬頭的趨勢，始發(fā)臺前端高程應當在設計高程上抬高2-3cm。為了使盾構進洞時與洞門鋼環(huán)的相對關系美觀，我們也可以在做洞門的時候就將洞門圓心標高抬高2-3cm；3、 始發(fā)臺底部一定要墊密實，固定牢固，以免盾構機放上去之后始發(fā)臺發(fā)生大的變形，造成盾構機放樣姿態(tài)與實際姿態(tài)產(chǎn)生大的出入。三、反力架的安裝定位一般情況下，反力架的長度為6.6米，寬度為1.1米。反力架的定位里程往往跟聯(lián)絡通道有關系，正常情況下，聯(lián)絡通道的中線里程正好在相鄰兩環(huán)管片的環(huán)縫上。這就要求反力架定位時考慮0環(huán)管片外漏洞門鋼環(huán)的

15、長度。只有這個長度確定了，我們才知道反力架前端的里程，反力架前端的里程確定下來后，對應的高程也就確定了。以重慶軌道交通6號線二期蔡家站盾構始發(fā)為例，設計始發(fā)里程為YDK43+442.031，第一個聯(lián)絡通道的里程為YDK43+200，兩個里程相差242.031米，可以安裝161.35環(huán)管片（管片寬度為1.5米）。也就是說聯(lián)絡通道中心里程在第162環(huán)管片上，距161環(huán)和162環(huán)管片環(huán)縫0.35*1.5=0.53米，那么0環(huán)管片就要外漏1.5-0.53=0.97米；再加上安裝的6環(huán)負環(huán)，最終得到反力架前端的里程為43442.031+1.5*6+0.97=43452米。根據(jù)反力架前端的里程，我們可以算

16、出該里程對應的圓心標高H，則反力架底部D點的高程為H-2.7米（如圖3-1）。反力架為盾構始發(fā)時提供反推力，在安裝反力架時，反力架端面應與始發(fā)臺水平軸垂直，以便盾構軸線與隧道設計軸線保持平行（即我們可以根據(jù)線路坡度放樣出反力架的俯仰角）。反力架定位好以后，我們還需要檢查盾構機尾端上下兩點S、X以及左右點距反力架前端的距離是否相等或接近（如圖3-2-1和3-2-2）。圖3-1 圖3-2-1盾構平坡始發(fā)圖3-2-2盾構下坡始發(fā)、四盾構機始發(fā)姿態(tài)的測量以聯(lián)測后地下平面和高程控制點為基準，精確測定盾構機零參考面的58個點的坐標，選取其中的三個點作為基點（這三個點形成的空間三角形盡可能的接近等邊三角形，

17、各點間距離盡量遠）。已知盾構機主機長度L的情況下，我們可以得到盾構機刀盤切口A的坐標為（L，0，0），盾尾B坐標為（0，0，0），后點右邊1米點C的坐標為（0，1，0）在AUTOCAD中，通過修改三維操作三維對齊后，就可以捕捉上述三個點的實際坐標，最終得到盾構機刀盤切口、盾尾的里程、平面和豎直方向的偏差值以及盾構機的滾動值，有盾構機的長度，我們進而可以求得盾構機在水平方向和豎直方向上的趨勢。將盾構機導線系統(tǒng)的各項參數(shù)輸入到系統(tǒng)中，DTA 數(shù)據(jù)文件在輸入前需要經(jīng)過兩人獨立計算或者是不同的的軟件進行復核，確保DTA數(shù)據(jù)的正確性。將測站坐標和后視點坐標輸入導向系統(tǒng)，檢查系統(tǒng)顯示的數(shù)據(jù)與人工計算的盾構

18、機姿態(tài)是否一致。如果在誤差范圍內(nèi)，就啟用系統(tǒng)來指導掘進方向。五、盾構施工中的施工測量盾構機正常掘進后，施工測量就變得比較重復，測量人員的主要工作如下：1）測定全站儀站點坐標、后視棱鏡的坐標。2）隨著隧道向前掘進，盾構導向系統(tǒng)前移（通常說的測量搬站）。由于只有當全站儀的激光束垂直射入激光靶屏幕時，入射光才有效，而激光靶里面的感光屏幕的角度參數(shù)是有一定限制的，如下所示：旋轉(zhuǎn)角（Max .roll）±40°上下傾角(Max.yaw angle)±5°左右傾角(Max.pitch)±15°所以，激光全站儀的位置在曲線上不能與激光靶距離太長，一

19、般為50米到80米，在直線段時與洞內(nèi)的施工環(huán)境有關，一般為120米到200米之間。具體可通過反射激光的強度和激光靶面板上激光斑點的大小來決定。3）定期檢查隧道邊墻上控制點的穩(wěn)定性。由于盾構機刀盤開挖直徑比管片外徑大28公分，這個空隙通常采用管片壁后注漿的方法來填充，砂漿凝固需要一個時間過程，再加上盾構機掘進時的震動、電瓶車運動、隧道線路轉(zhuǎn)向、二次注漿、管片上浮下沉及旋轉(zhuǎn)等因素，管片的穩(wěn)定需要一個較長的時間。根據(jù)經(jīng)驗，管片在拖出盾尾后100米左右時基本上已經(jīng)穩(wěn)定下來。因此，定期檢查洞內(nèi)控制點的穩(wěn)定性非常必要。4）確保導向系統(tǒng)正常工作（保證全站儀與目標棱鏡間的通視，防止人員或物體遮擋棱鏡；定期檢查

20、數(shù)據(jù)傳輸電纜，保證數(shù)據(jù)能正常傳輸；定期除去全站儀、激光靶面板、目標棱鏡和后視棱鏡上面的灰塵，保證全站儀能正常觀測目標棱鏡和后視棱鏡；隨時對全站儀托架和后視托架以及電纜線進行巡視和維護，避免發(fā)生刮擦、碰撞，電纜線被拉斷等情況）。5）盾構掘進姿態(tài)測量盾構（TBM）掘進實時姿態(tài)測量內(nèi)容應包括盾構（TBM）軸線與線路設計軸線（DTA）之間的平面夾角、相對縱向坡度差、橫向滾動角度的測量和靶平面處盾構（TBM）軸線相對于線路設計軸線（DTA）的方向偏差、高程偏差以及里程，并由此計算出刀盤中心處相對于線路設計軸線（DTA）的方向偏差、高程偏差以及里程。 各項測量誤差應滿足下表： 盾構（TBM）姿態(tài)測量誤差技

21、術要求測量項目測量誤差靶平面方向偏差±5mm靶平面高程偏差±5mm靶平面里程偏差±10mm兩軸線間平面夾角±1mm/m縱向坡度±1mm/m橫向旋轉(zhuǎn)角±1mm/m 刀盤處的位置測量誤差根據(jù)上表考慮靶平面到刀盤中心的距離按照下式計算： C= 其中 C 為刀盤處的位置誤差(mm)； A 為靶平面處的位置誤差(mm)； L 為靶平面到刀盤中心的里程差(m)； 為軸線夾角測量誤差(mm/m)應建立獨立的人工測量盾構（TBM）位置的方法，作為自動導向系統(tǒng)的檢查和備用系統(tǒng)。人工測量方法的起始數(shù)據(jù)宜從洞內(nèi)已經(jīng)穩(wěn)定的控制點引用，也可引用導向系統(tǒng)中的部分

22、已知數(shù)據(jù)。但人工測量時應對這些已知數(shù)據(jù)進行檢查。人工測量方法的誤差不超過上表的倍。 定期采用獨立的人工測量方法對盾構（TBM）的姿態(tài)進行測量，并與導向系統(tǒng)測出的結果進行對比，兩者較差的誤差為上表項誤差的倍，如超過該值，應根據(jù)人工測量結果對導向系統(tǒng)的各項原始值進行修正。6）管片測量管片安裝后，應及時對管片位置進行檢測，檢測是對導向系統(tǒng)顯示姿態(tài)的一個復核，內(nèi)容主要包括管片的橫向和高程變化。監(jiān)測間隔為每掘進5環(huán)一次。當管片的姿態(tài)與導向系統(tǒng)顯示的姿態(tài)有較大出入時，應人工復測全站儀和后視棱鏡的坐標，人工復測盾構機姿態(tài)，找出偏差的原因，避免隧道軸線與設計軸線產(chǎn)生大的偏差。管片的總位移量大于20mm時，應提

23、高監(jiān)測頻率，每掘進2環(huán)監(jiān)測一次。管片的監(jiān)測到每天的變形量不大于1mm時為止。管片凈空測量應包括管片中心偏差、管片的橢圓度、和管片的姿態(tài)。管片測量間隔執(zhí)行相關規(guī)范或技術標準要求。7）聯(lián)絡通道施工測量在聯(lián)絡通道處附近加密導線點，與原有地面控制點組成附合導線進行聯(lián)測，平差后作為聯(lián)絡通道放線的平面控制點。其精度要求同地面控制測量。高程由附近控制高程點按三等水準引洞內(nèi)。洞內(nèi)聯(lián)絡通道放線由洞內(nèi)控制點在聯(lián)絡通道口加密后引入方向和高程。管片在安裝時，管片之間有1-2mm的環(huán)縫，造成左右線聯(lián)絡通道處管片環(huán)縫不在一條直線上，如果單從左線向右線開挖或者是從右線向左線開挖，就會造成通道開挖之后與對面管片的環(huán)縫對接不上

24、。在開挖之前，要人工測量左右線聯(lián)絡通道相鄰兩塊管片環(huán)縫的坐標（如聯(lián)絡通道開挖示意圖ABCD點）。人工計算環(huán)縫的里程，也可以在AUTOCAD上將上面測的四個點展出來。從右線向左線開挖時，如果按照DC兩點決定的方向開挖的話，開挖到左線隧道右側(cè)時，就會與AB兩點環(huán)縫環(huán)縫方向相差0.4米。由于聯(lián)絡通道開挖時洞門中線為相鄰兩塊管片的環(huán)縫（如聯(lián)絡通道洞門圖），因此，必須將BC兩點的連線作為聯(lián)絡通道的中線?？梢酝ㄟ^BC和CD的邊長關系，將E點在管片上標識出來，EC的連線方向即為聯(lián)絡通道的中線。聯(lián)絡通道開挖示意圖 聯(lián)絡通道洞門圖8）貫通前的測量盾構機在進入到達段前100米要進行一次貫通前的測量。在到達段掘進時

25、，應將盾構機姿態(tài)逐步調(diào)整至到達洞口允許偏差范圍內(nèi)。同時，應減慢推進速度以維持盾構機姿態(tài)的穩(wěn)定，水平偏差值應控制在±10mm之內(nèi)，同時將垂直偏差放在20-30mm之間（特別是盾構機需要上導臺接著始發(fā)推進的情況下，將高程抬高2-3公分非常必要，確保盾構機順利上導臺）。在到達前，應減小盾構機的推力，同時減慢刀盤轉(zhuǎn)速，以減小對洞門維護結構及周圍土體的擾動。9）貫通測量隧道貫通后應進行貫通測量，將地面和洞內(nèi)控制點聯(lián)測后進行平差，平差后的數(shù)據(jù)作為隧道中線測量、斷面測量和線路調(diào)整的基準。貫通測量包括隧道的縱橫向貫通誤差、方位誤差和高程貫通誤差。相向開挖的兩條施工中線，具有貫通面里程的中線點不重合性

26、，兩點連線的空間線段成為貫通誤差。實際的貫通誤差只能在隧道貫通后才能確定；測定貫通誤差時，應在盾構接收井的貫通面做導線相遇點。貫通誤差在水平面上的正射投影稱為平面貫通誤差，在鉛垂面上的正射投影稱為高程貫通誤差，簡稱高程誤差。平面貫通誤差在水平面內(nèi)可分解為兩個分量：與貫通面平行的分量稱為橫向貫通誤差；與貫通面垂直的分量，稱為縱向貫通誤差。隧道的橫向和縱向貫通誤差，可利用隧道貫通面兩側(cè)的平面控制點來測定貫通面導線相遇點的坐標閉合差確定，也可以通過隧道貫通面兩側(cè)中線在貫通相遇點的間距測定。橫向貫通誤差是由平面控制測量誤差引起的，這主要有三方面：地面控制導線的測量誤差、聯(lián)系測量的誤差和地下控制導線的測

27、量誤差。因此，應將上述的中誤差加以適當?shù)姆峙?，每個環(huán)節(jié)的中誤差為貫通誤差中誤差的0.58倍，即±29mm。但不能把該原則絕對話，因為不同誤差源的影響實際上是不相等的。例如，對于平面控制測量而言，地面上的條件要比洞內(nèi)要好，故地面控制測量的精度要求應高于±29mm?？v向貫通誤差影響線路中線的長度和線路的設計坡度；橫向誤差影響線路的方向，如果超過一定的范圍，就會引起隧道設計幾何形狀的變化，甚至造成侵入建筑界限而迫使大段襯砌拆除重建（或者調(diào)線），因此必須對隧道橫向貫通誤差加以限制；高程貫通誤差主要影響線路的坡度。橫向貫通誤差和高程貫通誤差的限差控制測量對橫向貫通誤差的限制方位角貫通

28、誤差可利用兩側(cè)平面控制點測定相鄰貫通面同一導線邊方位角較差確定。隧道的縱、橫向貫通誤差應投影到線路的法線方向上。隧道高程貫通誤差，可利用隧道貫通面兩側(cè)高程控制點測定與貫通面鄰近水準點的高程較差確定。高程貫通誤差是由高程控制測量誤差引起的，對于高程控制測量，洞內(nèi)的水準線路短，高差變化小，這些條件比地面好；但洞內(nèi)也有煙塵、水氣、溫差等不利因素；豎井傳遞高程時也會受到高差、空氣流動、尺長改正等不利因素的影響，所以也按等影響原則來分配，即每個環(huán)節(jié)的中誤差為貫通誤差的0.58倍，即±14mm。10）竣工測量隧道貫通后，以始發(fā)井和接收井內(nèi)的控制點為起算點，對隧道內(nèi)的導線點和水準點分別重新組成附和

29、線路或者是附和網(wǎng)，進行竣工測量，平差后的成果作為以后建設工作的測量依據(jù)。應包括隧道的平面偏差值、高程偏差值、橢圓度以及縱橫斷面測量等。地鐵、鐵路隧道一般直線段每6米，曲線段每4.5米測量一個凈空斷面，斷面上的測點位置以及數(shù)量應按設計要求來做。斷面測量可采用斷面儀或者是全站儀極坐標等測量方法。斷面點測量誤差在±10mm以內(nèi)?？⒐y量資料按要求整理歸檔，作為隧道驗收的依據(jù)。常用的盾構施工全站儀托架及附件圖片盾構機掘進姿態(tài)控制與糾偏技術導向系統(tǒng)采用基于帶隧道激光的全自動全站儀和激光感應器（ELS標靶）的隧道施工連續(xù)測量方案，通過全站儀自動采集的測量數(shù)據(jù)及ELS標靶采集的數(shù)據(jù)傳達PC,再由P

30、C中軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行處理計算，從而得出盾構機切口及盾尾的三維坐標，在結合DTA數(shù)據(jù)庫就能生成相應的盾構偏差報表，能實時的顯示盾構機的里程、掘進趨勢、盾構機的旋轉(zhuǎn)角、水平傾角、俯仰角、盾構機偏離隧道設計中心線的位置等。在掘進過程中根據(jù)導向系統(tǒng)在電腦屏幕上顯示的數(shù)據(jù)，盾構主司機通過合理調(diào)整各分區(qū)千斤頂?shù)耐屏暗侗P轉(zhuǎn)向等來調(diào)整盾構機的姿態(tài)。常用的導向系統(tǒng)和顯示界面有如下幾種： PPS（法瑪通盾構機導向系統(tǒng)）VMT（德國海瑞克盾構機導向系統(tǒng)）ZED（中國中鐵號盾構機導向系統(tǒng)）TACS（加拿大羅瓦特盾構機導向系統(tǒng)） PPS（法瑪通盾構機導向系統(tǒng)）VMT（德國海瑞克盾構機導向系統(tǒng)）ZED（中國中鐵號盾構

31、機導向系統(tǒng)）TACS（加拿大羅瓦特盾構機導向系統(tǒng)）盾構機姿態(tài)的控制包括機體滾轉(zhuǎn)控制和前進方向控制，其控制操作原則有兩條：1、 滾動角應控制在±10mm/m以內(nèi)。盾構機滾角值太大，盾構機不能保持正確的姿態(tài)，影響管片的拼裝質(zhì)量，如果盾構機的滾角值過大，可以通過反轉(zhuǎn)刀盤來減小滾角值。目前，有些盾構機在盾殼兩側(cè)安裝了可以伸縮的“翼”固定在圍巖上，以防止盾構機的滾動。2、 如果盾構機水平向右偏，則需提高右側(cè)千斤頂?shù)耐屏?；反之，則需提高左側(cè)千斤頂?shù)耐屏?。如果盾構機機頭向下偏，則需提高下部千斤頂?shù)耐屏?；反之亦然。（一）、盾構機姿態(tài)控制的一般細則在一般情況下，盾構機的方向偏差應控制在±20

32、mm以內(nèi)，在緩和曲線段以及圓曲線段，盾構機的方向偏差應控制在±30mm以內(nèi)，曲線半徑越小，控制難度越大。這將受到設備狀況、地質(zhì)條件和施工操作等方面原因的影響。當開挖面土體較均勻或者軟硬程度上下相差不大時，保持盾構機軸線與隧道設計軸線平行比較容易，一般情況下方向偏角應控制在±5mm/m以內(nèi)，特殊情況下不易超過±10mm/m；否則，會因盾構機轉(zhuǎn)彎過急造成盾尾間隙過小和管片錯臺破裂。當盾構機遇到上硬下軟土層時，為防止盾構機“低頭”，保持上仰姿態(tài)（即傾角為正）；反之，則保持下俯姿態(tài)（傾角為負）。掘進時要注意上下兩端或左右兩側(cè)的千斤頂行程差不能相差過大，一般控制在±

33、;20mm以內(nèi)，特殊情況下不能超過60mm。當開挖面內(nèi)的地層左右相差很大而且又是處于曲線段時，盾構機的方向控制將比較困難。此時，可降低掘進速度，合理調(diào)節(jié)各分區(qū)的千斤頂推力，必要時，可將水平偏角放寬到±10mm/m，以加大盾構機的調(diào)向速度。當以上操作仍將無法將盾構機的姿態(tài)調(diào)整到合理位置時，將考慮在硬巖區(qū)使用仿形刀進行超挖。在曲線段掘進時，管片易往曲線外側(cè)發(fā)生偏移，因此，一般情況下讓盾構機向曲線內(nèi)側(cè)偏移一定量。根據(jù)曲線半徑不同，偏移量通常取10-30mm，即掘進進入緩和曲線前，應將盾構機水平位置偏離調(diào)整至0mm，右轉(zhuǎn)彎掘進逐步增加到+20mm，左轉(zhuǎn)彎則調(diào)整至-20mm，以保證隧道成型后與

34、設計軸線基本一致。在盾構機姿態(tài)控制中，推進油缸的行程控制是難點。對于1.5米的管片，原則上推進油缸的行程控制在1700-1800mm之間，行程差控制在0-50mm之間。行程過大，則盾尾刷容易露出，管片脫離盾尾較多，變形較大，易導致管片姿態(tài)變差；行程差過大，易使盾體與盾尾之間的夾角增大，鉸接油缸行程差加大，盾構機推力增大，同時造成管片的選型困難。盾構糾偏的基本原則是盾構與設計軸線水平與豎向偏差控制在75mm（設計容許偏差100mm）以內(nèi)為目標，避免糾偏過猛，保證管片拼裝所需的最小盾尾間隙（初步定10mm），每環(huán)的最大糾偏量不應大與9.0mm。鉸接油缸的控制是盾構姿態(tài)控制的另一個問題，鉸接油缸伸出

35、的長度，直接影響到掘進時盾構機的姿態(tài)，應減少鉸接油缸的長度差，盡量將長度差控制在30mm以內(nèi)，將鉸接油缸的行程控制在40-80mm之間為宜。（二）、不同圍巖環(huán)境中盾構機掘進姿態(tài)的控制技術1、富水砂層中盾構機掘進姿態(tài)的控制盾構機在全斷面富水砂層中掘進，由于富水砂層的自穩(wěn)性極差，含水量大，極易出現(xiàn)盾構機“載頭”現(xiàn)象。同時在含水砂層中盾構機和管片也易出現(xiàn)上浮現(xiàn)象。為了避免盾構機在富水砂層中出現(xiàn)“載頭”現(xiàn)象，在推進過程中盾構機應保持向上“抬頭”的趨勢，即盾構機刀盤垂直偏差應比盾尾垂直偏差小5-10mm。如果發(fā)現(xiàn)盾構機有“載頭”的跡象，應立即調(diào)節(jié)上下油缸的推力，維持盾構機向上的趨勢。為避免盾構機在含水砂

36、層中掘進時出現(xiàn)向上漂浮的趨勢，在掘進時應減小刀盤的轉(zhuǎn)速，控制好盾構機的姿態(tài)，避免過大的 “蛇形”姿態(tài)，減小對周圍砂層的擾動，同時應改善同步注漿的性能，提高漿液的早期強度和縮短初凝時間，盡早約束管片。2、淤泥質(zhì)或黏土質(zhì)土層中盾構機掘進姿態(tài)的控制盾構機在軟土地層中掘進時，由于地層自穩(wěn)性極差，掘進時應采用土壓平衡模式掘進，保持密封土倉壓力以保持開挖面的穩(wěn)定。同時要嚴格控制出土量，保持出土量與進土量的平衡。為控制盾構機水平及垂直偏差在允許范圍內(nèi)，避免盾構機蛇形量過大造成對地層的過量擾動，宜將盾構機掘進速度控制在40-50mm/min之間，刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.5r/min左右。一般來說，在沒有發(fā)生涌水涌砂

37、情況下，該種地層渣土的含水量小，黏性大，在推進過程中應根據(jù)實際情況加注一定量的添加劑，以保持出土順暢。在掘進時應盡量保持盾構機的連續(xù)推進，同時，要嚴格控制同步注漿量，加大注漿壓力，以保證管背間隙被有效填充。3、巖層層面起伏大的地層中盾構機掘進姿態(tài)的控制巖層層面起伏大必然導致隧道開挖面內(nèi)的巖層出現(xiàn)軟硬不均。軟硬不均地層是指隧道洞身穿越土工性能指標或巖石性指標差異較大的地層。盾構機在這種地層中掘進時姿態(tài)控制難度大，易產(chǎn)生盾構機垂直方向上的蛇形過量，嚴重時造成管片錯臺及開裂。在此類地質(zhì)條件下掘進過程中 必須時刻觀察測量導向系統(tǒng)提供的盾構機姿態(tài)（水平偏移值、高程偏差值、滾動角、趨勢），結合推進千斤頂?shù)?/p>

38、行程差值，不斷調(diào)整各分區(qū)油缸的推力及總推力，以保持盾構機姿態(tài)的平穩(wěn)。如果不注意調(diào)整推進油缸的行程差，就會造成管片選型變化大，甚至造成盾尾間隙過小使管片不能順利脫出盾尾。因此，在推進過程中不能單一的只注意測量系統(tǒng)所提供的盾構機姿態(tài)來指導掘進，還應兼顧各分區(qū)推進油缸的行程差，宜將油缸行程差控制在35mm以內(nèi)。4、盾構始發(fā)段及到達段盾構機掘進姿態(tài)的控制盾構始發(fā)段及到達段的掘進是盾構工程的重點及難點，尤其是始發(fā)段及到達段端頭隧道埋深淺、地層軟弱時，盾構機姿態(tài)控制更顯得極為重要。盾構機始發(fā)通過端頭加固地段后，盾構機由改良加固后的地層進入到原狀土層，即由硬土層至軟土層的掘進過程。由于盾構機重量主要集中在刀

39、盤和前體，在這一過程中易產(chǎn)生“載頭”現(xiàn)象。在這種情況下，一般經(jīng)驗是宜將盾構機姿態(tài)抬高20-30mm，即保持盾構機向上運動的趨勢。盾構機在進入到達段前100米要進行一次貫通前的測量。在到達段掘進時，應將盾構機姿態(tài)逐步調(diào)整至到達洞口允許偏差范圍內(nèi)。同時，應減慢推進速度以維持盾構機姿態(tài)的穩(wěn)定，水平偏差值應控制在±10mm之內(nèi)，同時將垂直偏差放在20-30mm之間（特別是盾構機需要上導臺接著始發(fā)推進的情況下，將高程抬高2-3公分非常必要，確保盾構機順利上導臺）。在到達前，應減小盾構機的推力，同時減慢刀盤轉(zhuǎn)速，以減小對洞門維護結構及周圍土體的擾動。（三）、盾構機的糾偏措施盾構機在掘進過程中總會

40、偏離設計軸線，按規(guī)定必須進行糾偏。糾偏必須有計劃有步驟地進行，切忌一出現(xiàn)偏差就猛糾猛調(diào)。盾構機的糾偏措施如下：1、 盾構機在每環(huán)推進的過程中，應盡量將盾構機姿態(tài)變化范圍控制在±5mm以內(nèi)。嚴格控制糾偏幅度，特別是小半徑曲線上防止盾構機出現(xiàn)卡機現(xiàn)象。2、 應根據(jù)各段地層情況對各項掘進參數(shù)進行調(diào)整。對于含水量較大的地層，管片很容易上浮，如果對盾構機的姿態(tài)調(diào)整不好，將使管片的上浮加劇，并造成管片的破損，因此在這種地層中推進時對盾構機的控制更顯得重要，應對各項掘進參數(shù)進行調(diào)整。3、 盡量選擇合理的管片類型，確保拼裝質(zhì)量與精度，以使管片端面盡可能與計劃的掘進方向垂直，避免人為因素對盾構機姿態(tài)造

41、成過大的影響。4、 在掘進過程中隨時注意滾角的變化，及時根據(jù)盾構機的滾角值調(diào)整刀盤的轉(zhuǎn)動方向，使其滾動值減小。5、 在糾偏過程中，掘進速度要慢，并且要注意避免糾偏時由于單側(cè)油缸受力過大對管片造成的破損。6、 當盾構機偏離理論軸線過大時，糾偏和俯仰角的調(diào)整力度控制在5mm/m，不得猛調(diào)猛糾。7、 當盾構機的姿態(tài)處于軸線左側(cè)時，在糾偏時首先要提高左側(cè)油缸的推力，使盾構機機頭向右偏移，然后等姿態(tài)快接近設計軸線時，再逐漸減小左側(cè)油缸的推力，加大右側(cè)油缸的推力，逐漸使盾構機姿態(tài)回到設計軸線上。當盾構機姿態(tài)處在設計軸線右側(cè)、上面及下面時，也應如此控制。8、 在糾偏時，要密切關注盾構機的姿態(tài)，管片的選型及盾

42、尾的間隙等，把盾構機的姿態(tài)控制在設計軸線中心±20mm之內(nèi)，盾尾與管片四周的間隙均勻，平衡。（四）、隧道管片上浮的原因與防止措施通常情況下，由于盾構機在掘進過程中都進行了同步注漿，當漿液固結后，隧道管片就會受到很好的約束（如圖4-1）。好的注漿效果不僅將盾構機的超挖空間都填充飽滿，而且對隧道管片的防水和結構都起到加強作用（如圖4-2）。根據(jù)以往的盾構施工資料和經(jīng)驗，凡是盾構在中風化、微風化或者是硬巖的地層中通過，只要采用了單液同步注漿法的，隧道管片都有不同程度的上浮，其中上浮量超過100mm而造成中線超限的情況時有發(fā)生。管片之所以上浮的首要條件是受到浮力的作用，且浮力大于重力；其次是

43、必須有上浮的空間。以一環(huán)1.5米寬，外徑為6m、內(nèi)徑為5.4m的圓形管片，如果將兩端封閉置于水中，則其受到的浮力為1.5*32*1*9.8=415.6（KN），鋼筋混凝土管片的自重為1.5*（32-2.72）*2.5*9.8=197.4（KN）。則管片受到的浮力比管片的自重大218.2KN，再加上管片置于未凝固的漿液中，受到的浮力更大（漿液沒有凝固，密度比水的大），從而導致了隧道管片的上浮。圖4-1圖4-2管片上浮的原因：1、 圍巖較硬，自穩(wěn)性能良好，地層中水量豐富，地下水攜帶著漿液流到前方的密封土倉，隧道上浮的空間沒有被有效填充。2、 超挖空間大，盾構機的刀盤開挖輪廓直徑為6280mm，隧道

44、外徑為6000mm，管片周圍有140mm的間隙，這就為隧道管片上浮提供了充裕的空間條件。3、 單液漿的初凝時間太長。一般都超過10小時，特別是當天掘進速度快、掘進距離較長時，這一段隧道有充足的上浮時間。4、 漿液的稠度不能有效地抑制和約束隧道上浮。5、 同步注漿不及時，不充分。6、 隧道坡度的變換，尤其是變坡處管片外面的水從高處流向低處，匯集在一起，隧道底部有大量積水，使盾構機和剛剛脫出盾尾的管片懸浮在水中，這樣極易造成管片上浮。7、 水泥砂漿固結較慢，加上地下水的稀釋、盾構機掘進時主機和電瓶車運動產(chǎn)生的震動，造成砂漿產(chǎn)生離析、砂與漿體分離等現(xiàn)象，這進一步的降低了砂漿對管片的約束能力。預防措施

45、：1、 盾構機在特殊地層掘進時，壓低垂直姿態(tài)（50-120mm）控制盾構機高程，當管片拖出盾尾后，盡管隧道整體上浮了，到仍可以保證隧道的中線不至于超限。2、 盾構機在富水地層掘進時，必須加強同步注漿效果的控制，確保管片能及時的穩(wěn)定。3、 將強對盾構機掘進姿態(tài)和管片姿態(tài)的測量，一旦出現(xiàn)上浮異常情況，立即采用二次注漿（在隧道頂部注雙液漿），有效地控制管片進一步上浮。4、 控制盾構機掘進的姿態(tài)，避免超挖和蛇行前進。5、 在上坡和下坡地段必須注意油缸的作用分力對管片的影響，及時調(diào)整盾構機掘進姿態(tài)和油缸的行程差。6、 放慢掘進速度，減少對管片背后漿液的震動；不要盲目的追求速度，不得在沒有注滿漿的情況下盲

46、目推進。7、 加強對管片連接螺栓的3次復緊，保證管片連接密實，有效控制其上浮。（五）、盾構施工中地表沉降的機理、規(guī)律及控制措施1、盾構法施工引起地面沉降的根本原因是盾構掘進過程中對周圍土體的擾動，破壞了土體原有的平衡狀態(tài)，土體在外力作用下發(fā)生變形，移動，在外力消失后逐漸建立新的平衡狀態(tài)。土體這個平衡狀態(tài)的變化過程導致了地面沉降，同時也引起了地面建筑物的沉降。土體平衡狀態(tài)的變化過程按照盾構掘進過程可分為5個階段： 第一階段：盾構未到達時，土體的平衡狀態(tài)是否保持主要取決于盾構的正面推力和前方土壓的相對大小。當盾構機推力大小在一個合理范圍內(nèi)波動時，只有盾構前方局部的土體變形，距離盾構機刀盤開挖面較遠

47、的土體仍然處于平衡狀態(tài)，不會引起地面沉降的發(fā)生；只有在盾構推力的大小超過了這個合理的范圍，推力過大或者過小，盾構前方的土體才會在受力變形后將外力想各個方向傳遞，并到達地面，使地面發(fā)生隆起或沉降。這一階段可以通過控制盾構機推力的大小來減少地面的沉降。第二階段：盾構通過后，盾構前方和刀盤周圍的土體在盾構推力作用下，受到刀盤滾動壓力、齒刀和刮刀的剪力以及暫時滯留在刀盤面板上及土倉內(nèi)渣土的壓力和摩擦力，這部分土體基本上處于不平衡狀態(tài)，如果這部分土體自穩(wěn)性較差，就容易失穩(wěn)造成開挖面坍塌，使隧道開挖范圍外的土體進入土倉被螺旋機帶走，引起大量沉降甚至地面塌方。控制出土量使土倉內(nèi)渣土形成的壓力與盾構前方土壓力平衡在軟弱地層和上軟下硬地層中掘進顯得尤為重要。由于刀盤直徑比前盾、中盾和盾尾的直徑大30-50mm，在直線段掘進時，盾體周圍的土體處于臨空狀態(tài)，是完全的不平衡狀態(tài)；在曲線段掘進時，盾體周圍的土體大部分處于臨空狀態(tài)，個別部位由于盾構機轉(zhuǎn)彎時盾尾的束縛，局部土體受盾體擠壓而處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，這種狀態(tài)只是瞬間的，加快盾構掘進速度，減少此階段土體不平衡狀態(tài)的持續(xù)時間可以在一定程度上減少地面沉降。第三階段：盾構通過后的瞬間，隧道外圍的土體仍處于臨空的不平衡狀態(tài)，而且盾構通過后盾尾空隙的存在使得土體可變形的空間更