盾构区间测量方案.docx
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盾构区间测量方案
呼和浩特市轨道交通1号线一期工程06标
市政府站～呼和浩特东站区间
盾构区间测量方案
编制：
审核：
批准：
中国中铁呼和浩特市城市轨道交通1号线
一期工程06标项目经理部
2017年6月4日
1、工程概况
1.1工程概况
市政府站～呼和浩特东站区间线路自市政府站东端头井开始，沿新华东街经由市政府站前广场，以R-450m半径（左偏）向东北方向延伸，然后以R-450m半径右偏、下穿腾飞北路、东河（约165米宽），沿东站前街一直向东（沿线侧穿水岸小镇小区新建高层建筑群），下穿万通路地下过街通道，最后至呼和浩特东站西端头井。
本区间为呼和浩特地铁1号线最长的区间，共1700.613m，区间有东河、水岸小镇高层建筑群及万通路地下过街通道等多个风险源；区间设2处曲线，曲线半径均为450m，线间距为13.0m～19.0m；区间纵断面为V型坡，最大坡度25‰，轨面埋深为14.8～25.2m。
图1-1区间隧道位置示意图
1.2区间设计概况
右线里程：
YCK20+176.514～YCK21+877.129
左线里程：
ZCK20+175.945～ZCK21+877.129（短链0.336m）
里程YCK20+600.000/ZCK20+588.822设置1#联络通道、YCK21+100.000/ZCK21+099.125设置2#联络通道兼泵房、Y（Z）CK21+550.000设置3#联络通道。
1.3编制依据
《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）；
《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2009）；
《国家一、二等水准测量规范》（GB12897-2006）；
《城市测量规范》（CJJ/T8-2011）；
《工程测量规范》（GB50026-2007）；
《新建铁路工程测量规范》（TB10101-2009）；
《建筑形变测量规程》（JGJ8-2007）；
呼和浩特地铁1号线交桩资料；
国家其他测量规范、强制性标准。
、测量人员及设备
盾构施工是一项系统工程，对人员和设备要求很高，根据合同段的工程特点，我们将配备经验丰富的测量工程师参与本标段的施工测量工作，并且保证测量组人员不少于5人。
表2-1测量人员配置表
人员名称
职称
组内分工
备注
夏扬
工程师
指挥部署项目部测量工作的进行
总工
鲍飞翔
助理工程师
负责项目部测量工作的安排和指导
工程部长
张礼强
工程师
负责盾构测量工作总体安排
测量组长
王昌
测量员
负责盾构测量工作总体实施
测量员
张闯
测量员
协助组长完成测量工作
测量员
李政
测量员
协助组长完成测量工作
测量员
王鹏程
测量员
协助组长完成测量工作
测量员
表2-2主要测量设备名称、数量及精度要求
序号
设备名称
数量
规格、型号
主要工作性能
备注
1
徕卡全站仪
1
徕卡TS09PLUS
1″R500
2
水准仪
2
DSZ3
3mm/Km
3
电子水准仪
1
天宝DiNi
4
铟钢尺
4
2M/N3
5
钢尺
2
50m
1mm
6
塔尺
2
5m铝合金塔尺
、测量管理及组织机构
为了做到测量成果准确无误，本工程测量坚持三级管理，配备测量经验丰富的工程技术人员和精密的测量仪器。
经理部测量队进行日常的施工放样，公司测量队安排专业人员对测量工作进行检查、复核、签认。
并负责布置、测量加密控制点，复测导线点和水准点。
遇测量重难问题时申报总公司，迅速寻求解决问题方案。
图3-1测量组织机构图
、测量技术方案的制定
（1）根据工程的施工工序，测量工作分为三个阶段：
盾构机掘进前的测量工作；
盾构机掘进过程中的施工控制测量；
隧道贯通后的贯通测量和竣工测量。
（2）施工控制测量工作，首先对业主提交的平面和高程控制网的控制点进行复测，建立施工控制网，加密施工控制点，测量数据整理后附原始测量记录上报审批。
对业主提交的控制点均需按精密导线进行复测，检测限差必须满足如下要求：
导线点的坐标互差≤±12mm；
高程点的高程互差≤±3mm；
导线边的边长互差≤±8mm；
（3）盾构机掘进的前期测量工作，其主要工作内容是地面上平面和高程控制测量、竖井的联系测量。
（4）隧道的贯通误差
隧道在任何贯通面上的贯通中误差：
m横≤±50mm，m竖≤±25mm。
隧道的贯通误差主要是三部分组成：
横向贯通中误差m横；竖向贯通中误差m竖；纵向贯通中误差m纵。
纵向贯通中误差是由距离测量引起，对贯通面在距离上的影响可以不考虑，只对横向贯通中误差m横；竖向贯通中误差m竖进行分析。
按《城市轨道交通工程测量规范GB50308-2008》的有关规定，横向贯通中误差m横≤±50mm，高程贯通中误差m竖≤±25mm。
（5）根据对隧道误差的组成分析及规范对贯通误差的限差要求，结合本标段特点，我们采用以下方案件实施：
地表控制网：
在业主提交的GPS网和精密导线网的基础上建立施工导线控制网，施工导线控制网按四等导线设计，施测导线的技术要求：
测角中误差≤±2.5″，测距中误差≤±4mm，方位角闭合差≤±5
，n为测站数。
联系测量：
利用车站的两个端头井采用两井定向法、一井定向法（联系三角测量）或闭合导线法。
地下控制网：
以联系测量定向边为基边，与洞内导线点（吊篮）组成闭合导线网，导线控制网按四等导线设计，施测导线的技术要求：
测角中误差≤±2.5″，测距中误差≤±4mm，方位角闭合差≤±5
，n为测站数。
、地面控制网测量
平面控制网测量
交接桩点情况
本合同段共接到测监中心提交首级平面控制点GPS点3个，分别是IGPS10、CJDS、A001；精密导线点8个，分别是：
IDT59-1、IDT60-1、IDT61-1、IDT62、IDT63、IDT64、IDT65、IDT66，控制点间用精密导线连接,对业主提交的控制点均需按精密导线进行复测。
导线网的选点布设
（1）点位附近不宜有散热体、测站应尽量避开高压电线等强电磁场的干扰。
（2）相邻点间的视线距离障碍物的距离以不受旁折光影响为原则。
（3）相邻边长不宜相差过大，个别边长不宜短于100米。
（4）每个导线点应保证两个以上的后视方向，点位应选择在方便进行联系测量的位置，导线点埋设应避开施工可能影响的范围，导线点应方便使用，利于长期保存。
（5）点位埋设：
采用导线点专用测量点标志埋设，导线边长300~400m，布设成附合导线或导线网。
导线网的观测
（1）平面控制网由卫星定位控制网按和精密导线网组成，水平角采用观测测回，往返观测距离2个测回，单向测距4次并加入气象、仪器加、乘常数改正。
（2）当精密导线点上只有两个方向时，宜按左、右角观测，左、右角平均值之和与360°的较差应小于4″。
（3）水平角观测遇到长、短边需要调焦时，应采用盘左长边调焦，盘右长边不调焦，盘右短边调焦，盘左短边不调焦的观测顺序进行观测。
（4）在附合精密导线两端的GPS点上观测时，宜联测两个点高级方向，若只能观测一个高级方向，应该适当增加测回数。
（5）精密导线测量的主要技术要求应符合下表中的规定。
表5-1卫星定位控制网测量的主要技术要求
表5-2精密导线测量的主要技术要求
高程控制网测量
交接桩点情况
本合同段接到城市二等水准点5个：
01IIS05、01II22、01IIS06、01IIS07、01II23。
高程控制网的观测
高程控制网复测按照国家二等水准进行施测。
用DINI电子水准仪按往返附合法进行测量，前后视距大致相等，前后视距累计差不大于3m。
（1）精密水准测量的观测方法如下：
往测奇数站上为：
后——前——前——后
偶数站上为：
前——后——后——前
返测奇数站上为：
前——后——后——前
偶数站上为：
后——前——前——后
（2）每一测段的往测与返测，宜分别在上午、下午进行，也可以在夜间观测，由往测转向返测时，两根标尺必须互换位置，并重新整治
（3）精密水准测量观测的视线长度、视距差、视线高不应超过下表规定。
表5.2.2-1精密水准测量观测的视线长度、视距差、视线高的要求（m）
（4）精密水准测量测站观测限差不得超过下表规定。
表5-3精密水准测量的测站观测限差（mm）
（5）精密水准测量的主要技术要求应符合下表规定。
表5-4精密水准测量的主要技术要求
（6）两次观测高差
复测高程较差不大于2√2倍高程中误差。
、联系测量
地下控制网的起算边定向主要采用两种方法：
两井定向和陀螺定向。
隧道贯通前的联系测量工作不应少于3次，当地下起始边方位角较差小于12″时，可取各次测量成果的平均值作为后续测量的起算数据指导隧道贯通。
水准测量应在隧道贯通前进行三次，并应与传递高程测量同步进行。
重复测量的高程点间的高程较差应小于5mm，满足要求时，应取逐次平均值作为控制点的最终成果指导隧道掘进。
两井定向
采用两井定向联系测量时,两钢丝间距离应大于60m,特殊情况不得小于30m。
根据本标段两个车站的两个始发预留口的长度180m左右，底板深度大约16m，可采用两井定向联系测量。
当车站施工完成，盾构即将掘进之前，利用车站结构提供的条件分别在车站盾构始发井及临时出土口的两端悬吊钢丝进行两井定向，每井口至少两根钢丝，以提高地下导线的测量精度。
1）两井定向的外业工作
根据规范对无定向导线的要求，近井点需与精密导线点或GPS点形成复合导线或闭合导线，在各车站的地面上埋设四个近井点A、B、C、D，在底板上埋设三个控制点C1、C2、C3构成闭合导线如图l所示：
通过近井点A、B经盾构井中悬吊的钢丝01及底板上的CI、C2、C3和盾构井中悬吊的钢丝02回到C、D点。
经过数据平差处理求得点CI、C2、C3的方位角和坐标。
图6-2两井定向联系测量示意图
2）内业计算
①通过精确测定近井点的坐标计算出两点的方位角与距离。
②假设地下导线点的起始方位角，计算地下导线点与钢丝锤线的角度。
③通过角度由已知方位角推算出所有地下导线的方位角。
联系测量陀螺定向
6.2.1陀螺仪定向程序
（1）陀螺定向采用当今先进的积分法进行观测，定向程序为：
先在地面任意点上测定仪器当地的比例常数C值。
（观测6个测回）计算出3个C值，取平均值做为当地仪器常数C值，在一定时期内，50Km范围内可以使用同一C值。
在地面已知边上测陀螺方位角；
在井下待定边上测陀螺方位角；
返回地面后在原已知边上测量陀螺方位角；以此来检验仪器的稳定性和测量的精度，确保陀螺定向成果的可靠性。
6.2.2陀螺经纬仪定向的基本步骤
（1）在地面已知边上测定仪器常数，由于陀螺仪轴衰减微弱的摆动系数保持不变，故其摆动的平均位置可以认为是假想的陀螺仪轴的稳定位置。
实际上，因为陀螺仪轴与望远镜光轴及观测目镜分划板零线所代表的光轴通常不在同一竖直面中，所以假想的陀螺仪轴的稳定位置通常不与地理子午线重合。
二者的夹角称为仪器常数，一般用D表示。
如果陀螺仪子午线位于地理子午线的东边，D为正；反之，则为负。
如图1.1所示
图1.1陀螺仪定向示意图
仪器常数△可以在已知方位角的精密导线边或三角网边上直接测出来。
精密导线边CD之地理方位角为A0。
若在C点安置陀螺经纬仪，通过陀螺运转和观测可求出CD边的陀螺方位角αT（测定陀螺方位角的具体方法将在下面叙述），可按下式求出仪器常数：
△=A0-αT
所以，测定仪器常数实际上是测定已知边的陀螺方位角。
在下井定向之前，在已知边上测定仪器常数应进行2~3次，各次之间的互差对于GAK-1、JT15等型号的仪器应小于04¢¢。
每次测量后，要停止陀螺运转10:
15min，经纬仪度盘应变换o180°
（2）在井下定向边上测定陀螺方位角
井下定向边的长度应大于50m，在图中，仪器安置在C′点上，可测出C′D′边的陀螺方位角α′r。
则定向边的地理方位角A为：
A=α′r+△
测定定向边陀螺方位角应独立进行两次，其互差对GAK-1、JT15等型号的仪器应小于40″。
（3）仪器上井后重新测定仪器常数
仪器上井后，应在已知边上重新测定仪器常数2~3次。
前后两次测定的仪器常数，其中任意两个仪器常数的互差GAK-1、JT15等型号的仪器应小于40″。
然后求出仪器常数的最或是值。
并按白塞尔公式来评定一次测定中误差。
式中n为测定仪器常数的次数。
（4）求算子午线收敛角
一般地面精密导线边或三角网边已知的是坐标方位角α0，需要求算的井下定向边，也是要求出其坐标方位角α，而不是地理方位角A。
因此还需要求算子午线收敛角Y。
如图所示，地理方位角和坐标方位角的关系为：
A0=α0+γ0
子午线收敛角γ0的符号可由安置仪器点的位置来确定，即在中央子午线以东为正，以西为负；其值可根据安置仪器点的高斯平面坐标求得。
（5）求算井下定向边的坐标方位角
井下定向边的坐标方位角为：
α=A-Y=α′r+△-γ
其中△---仪器常数的平均值
联系高程测量
高程联系测量包括地面近井水准测量、高程传递测量及地下近井水准测量。
测定近井水准点高程的地面近井水准路线，应附合在地面二等水准点上，近井水准测量，按二等水准测量技术要求施测，测量方法同控制点复测中的高程测量。
高程传递利用地面近井水准点通过车站工作井用长钢卷尺导入法把高程传递至基底。
地上和地下安置两台水准仪同时读数，并在钢尺上悬挂与钢尺检定时相同质量的重锤。
由地面上的水准仪在地面上水准点的水准尺上读取a,在钢尺上读取读数r1，由基坑内水准仪在基坑水准点的水准尺上读取b，在钢尺上读数r2,r1和r2必须在同一时刻观测。
基坑内水准点的高程H2可用如下公式计算：
H2=H1+a-〖（r1-r2）+△t+△k〗-b上式中：
H1-地面水准点高程H2-基坑水准点高程a、b-水准尺读数△t-温度改正数即△t=（t-20℃）×a×L，a为钢尺膨胀系数（钢尺膨胀系数从钢尺鉴定证书上取值），L-钢尺长度△k-钢尺尺长改正数。
传递高程时，独立观测三测回，每测回错动钢尺3～5cm，三测回地上和地下水准点的高程较差不大于3mm，三测回测定的高差应进行温度、尺长改正后取逐次水准测量的加权平均值作为隧道施工向前传递高程的起算值。
基坑内高程点传递不少于2点，并作相互校核，校核后较差不得超过3mm，取平均值作为该平面施工中标高的基准点，基准点应标在便于使用和保存的位置。
洞内水准点可与洞内导线点可埋设于一点，亦可另设水准点。
水准点密度与导线点数基本相同，在曲线段可适当增加一些。
图6-4高程传递联系测量示意图
2、地下控制测量
隧道内导线点、水准点的测量环节
（一）地面加密控制网测量并向第三方测量单位提交成果报告；
（二）始发井或吊出井（含中间风井）成型洞门钢环并向第三方测量单位提交成果报告；
（三）始发前包括联系测量在内的基线及地下水准，盾构在车站始发的，始发基线边必须及时与车站底板测量控制点进行联测。
联系测量、盾构机始发姿态测量完成后向第三方测量单位提交成果报告，始发姿态经第三方测量单位检测后方能始发；
（四）盾构掘进至盾尾距离始发面30环处，管片姿态在确认测量成果准确无误后施工单位必须以书面形式上报，待第三方测量单位检测确认无误后方可进行下步工序施工；
（五）盾构掘进至盾尾距离始发面150m～200m处时包括联系测量在内的地下导线、水准及盾尾后25环管片姿态并向第三方测量单位提交成果报告；
（六）盾构掘进至盾尾距离始发面300～400m处时包括联系测量在内的地下导线、水准及盾尾后25环管片姿态并向第三方测量单位提交成果报告；
（七）盾构掘进至盾尾距离贯通面150m～200m处时包括联系测量在内的地下导线及水准以及盾尾后25环管片姿态测量,在确认测量成果准确无误后以书面形式上报，待第三方测量单位检测确认无误后方可进行下步工序施工；
（八）市政府～呼和浩特东站区间单向掘进长度1700m时,掘进至盾尾距始发面600m后每500m增加一次包括联系测量在内的地下导线及水准及盾尾后25环管片姿态，并加测陀螺定向以校核坐标方位；
（九）隧道贯通误差测量并向第三方测量单位提交成果报告；
（十）地下控制点联测并向第三方测量单位提交成果报告；
（十一）断面测量并向第三方测量单位提交成果报告；
复测频率
（一）每10环必须测量一次成型管片姿态并存档备查；
（二）每50环必须独立测量一次成型管片姿态并存档备查。
地下控制测量限差要求
各项检测的限差如下：
地下导线点的坐标互差：
在近井点附近≤16mm、在贯通面附近≤±25mm；矿山法区间隧道单向掘进超过1km时，过600m后≤20mm，盾构法区间隧道单向掘进超过1.5km时，过1000m后≤20mm；
地上高程点高程的互差≤3mm；
地下高程点高程的互差≤5mm；
区间隧道较长时，各地下高程点的高程较差：
矿山法区间隧道单向掘进超过1km时，过600m后≤10mm，盾构法区间隧道单向掘进超过1.5km时，过1000m后≤10mm；贯通前，高程较差≤10mm；
地下导线起始边（基线边）方位角的互差≤12″；
地上、地下相邻高程控制点高差的互差≤3mm；
导线边的边长互差≤8mm；
控制导线点在隧道贯通前应至少测量三次，并应与竖井定向同步进行。
重合点重复测量坐标值的较差应小于30×d/D（mm），满足要求时，应取逐次平均值作为控制点的最终成果指导隧道掘进。
水准测量应在隧道贯通前进行三次，并应与传递高程测量同步进行。
重复测量的高程点间的高程较差应小于5mm，满足要求时，应取逐次平均值作为控制点的最终成果指导隧道掘进。
隧道内平面控制测量
桩点布置要求
根据《呼市轨道施工测量管理办法（暂行）》要求，从隧道掘进起始点开始，直线隧道每掘进200m或曲线隧道每掘进100m时，应布设地下平面控制点，并进行地下平面控制测量。
施工控制导线的平均边长在直线段为150m（在曲线段尽可能长并不少于60m）。
导线点埋设采用角钢和钢板为材料利用膨胀螺栓连接在管片上，在钢板上焊接强制归心标，强制归心标距离管片壁不得少于0.5米。
后附图7-1。
主导线一般埋设在高于人行道1.4~1.5米的位置便于观测，副导线点直接用混凝土埋设在管片底部，洞内形成主、副导线网。
图7-1强制归心主导线点样式图
导线点的测设
（1）控制网的精度按四等导线技术要求进行施测，与洞外测设一致,即水平角采用全圆测回法观测6测回（测角精度不低于2.5″），往返观测距离2个测回，单向测距4次并加入气象、仪器加、乘常数改正（测距精度不低于1/60000）。
当区间长度超过1500m时，应提高联系测量的次数或在其1/2处通过钻孔投测坐标点或加测陀螺方位角。
当具备条件时，将施工控制导线布设成附合导线（网）。
（2）当精密导线点上只有两个方向时，宜按左、右角观测，左、右角平均值之和与360°的较差应小于4″。
（3）导线点应定期检测，保证控制网的精度和点位的稳定性，在隧道掘进150m、300~400m、和距离贯通面150~200m时必须进行一次包括高程联系测量在内的全面复测。
观测成果处理
平面网的平差以通过联系测量传递到车站地下二层的导线点为已知点，对整个控制网进行严密平差。
测量数据整理后附原始测量数据上报审批。
地下高程控制测量
地下高程起算点为高程联系测量至结构底板的水准点（起算水准点至少2个，便于检校、复核），由于结构刚刚竣工正处于沉降观测期间，所以水准点也应定期检测，在隧道掘进150m、300~400m、和距离贯通面150~200m时必须进行一次包括高程联系测量在内的全面复测。
地下高程控制测量要求
1.地下水准控制点用天宝DiNi电子水准仪配铟瓦合金水准标尺进行施测，按精密水准测量标准进行控制。
2.洞内水准点与洞内控制点做于同一点上。
3.高程控制测量采用二等水准测量方法，并起算于地下近井水准点。
4.高程控制点可利用地下导线点，单独埋设时宜每200m埋设一个。
5.盾构导向系统所用吊蓝,可应水准测量方法引测，也可用三角高程。
6.地下高程控制测量的方法和精度，符合二等水准测量要求（见控制点复测中的高程测量），水准测量往返较差、附和或闭合差为±8√¯Lmm。
7.水准测量在隧道贯通前进行3次以上，并与传动高程测量同步进行。
8.重复测量的高程点间高程较差小于5mm，满足要求时，取逐次平均值作为控制点的最终成果指导隧道掘进。
9.相邻竖井间或相邻车站间隧道贯通后，地下高程控制点应构成附合水准路线。
、盾构测量
本标段盾构掘进计划采用上海力信研制的力信自动导向系统。
上海力信
力信导向系统简介
力信导向系统的组成
力信导向系统是综合运用测绘技术、计算机技术以及机械电子等技术指导盾构隧道施工的有机体系。
其组成见下图：
自动测量全站仪（角度、距离及坐标量测设备）、倾斜仪、目标棱镜、后视组棱镜、无线电台、供电系统、机头控制盒、驾驶室控制盒、工业电脑（具有显示隧道掘进情况和测量系统的操作界面）、供电通信电缆等硬件和采集处理数据的软件组成。
盾构机力信导向系统原理
（1）盾构机力信导向系统涉及的坐标系
力信导向系统涉及三种坐标系。
大地坐标系：
大地坐标系是隧道施工测量的基础，详见图8-1（a），洞内（外）控制点、测站点、后视点以及隧道中线坐标，均用该系坐标表示。
盾构机的位置通过力信软件最终转换为位置偏差、方位偏差、方位偏差、坡度偏差和侧转等位置信息。
（本标段采用成都市平面坐标系）。
大地坐标系以北为X轴，以东为Y轴，其平行于水平面的坐标系。
刚体坐标系：
在盾构机水平放置且未发生旋转的情况下，以盾构机刀头中心前端切点为原点，以盾构机中心纵轴为x轴，由盾尾指向刀头为正向；以竖直向上的方向线为z轴，y轴沿水平方向与x、z轴构成坐标系，详见图8-1（b）。
盾构机坐标系是连同盾构机一起运动的独立直角坐标系。
盾构机尾部中心参考点、盾构机棱镜等相对盾构机的位置都以此系坐标表示，这些坐标由盾构机制造商测定并给出。
偏差坐标系：
这个坐标系用于确定盾构机的位置偏差值，坐标系以水平偏差、垂直偏差和里程来体现。
图8-1力信导向系统涉及的坐标系图
（2）盾构机姿态要素
描述盾构机姿态的参数有：
刀头坐标（xF'，yF，zF）：
水平角A；倾角α；旋转角κ。
由盾构机姿态及设计隧道中线，可推算如下数据：
刀头里程：
刀头、盾尾三维偏差；平面偏角（Yaw）：
盾构机中心轴线和设计隧道中线在水平投影面的夹角；倾角（Pitch）：
盾构机中心轴线和设计隧道中线在纵向（线路前进方向）竖直投影面的夹角；旋角（Roll）：
盾构机绕自身中心轴线相对于水平位置旋转的角度。
（3）力信导向系统原理和工作过程
力信导向系统按如下流程工作：
硬件供电通讯线缆连接好以后启动测量系统软件，软件会对各个组件进行通讯初始化，初始化成功后系统进入准备阶段，将必要的数据资料（线路数据、零位数据、测站后视数据、项目信息等）输入软件中，点击程序的开始测量（与PLC连接后盾构开始掘进测量系统会自动运行），程序会控制全站仪自动测量1号和2号棱镜的坐标并通过无线方式传送给电脑，同时通过有线方式读取当前盾构机上倾斜传感器数据，程序在收到这些数据后通过内部检核机制判断这些数据的真实性，若数据没有超限则程序会计算出当前盾构机
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