地铁工程盾构测量方案.docx

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地铁工程盾构测量方案

xx市轨道交通1号线一、二期工程

土建施工9标

盾构测量方案

中铁二十四局集团有限公司

二0XX年二月

xx市轨道交通1号线一、二期工程

土建施工9标

盾构测量方案

编制：

审核：

批准：

目录

一、工程概况及编制依据1

二、编制依据2

三、仪器配置2

四、测量管理网络及人员配置3

五、基本技术要求3

六、前期准备4

七、控制网测量和各项准备4

八、盾构施工前期的测量8

九、联系测量8

十、地下施工测量11

十一、盾构姿态日常测量12

十二、曲线段盾构测量15

十三、地表沉降测量16

十四、隧道沉降测量16

十五、贯通测量17

十六、竣工测量17

十七、提高贯通精度的方法和测量复核18

十八、质量保证措施19

十九、施工安全保证措施19

一、工程概况及编制依据

xx市轨道交通1号线一、二期工程由xx站至徽州大道站，线路长约24.65km，其中地下线23.65km，地面线1km。

一期工程共设车站22座，全部为地下站。

云谷路站～南宁路站区间为盾构区间，区间线路沿规划庐州大道向南敷设，区间沿线以荒地和水稻田为主，线路下穿规划岷江路及规划徐河，本区间上方无管线。

本区间隧道为两条单洞单线圆形隧道，均采用盾构法施工，区间线间距为由北向南由12m渐变至15m；区间最大纵坡25.007‰，最小纵坡2‰；区间设计起讫里程右线：

K25+421.529～K25+738.600，左线：

K25+421.500～K25+738.600，区间线路长度右线317.071m，左线317.050m，不设置联络通道；隧道穿过土层主要为粘土②层、粘土③层；右线盾构区间在南宁路站始发掘进至云谷路站，于站内调头后始发掘进左线盾构区间至南宁路站，然后吊出。

具体走向详见该区间隧道走向图。

南宁路站～贵阳路站区间为盾构区间，区间线路沿规划庐州大道向南敷设，区间沿线以荒地和水稻田为主，线路下穿规划漓江路、规划嘉陵江路及规划丙铺路，本区间上方无管线。

本区间隧道为两条单洞单线圆形隧道，均采用盾构法施工，区间线间距为15m；区间最大纵坡6‰，最小纵坡2‰；区间设计起讫里程左、右线：

K25+926.000～K26+508.911，区间线路长582.911m，不设置联络通道；隧道穿过土层主要为粘土③层；右线盾构区间在南宁路站始发掘进至贵阳路站，于站内调头后始发掘进左线盾构区间至南宁路站，然后盾构转运至南宁路站右线小里程端头井处。

具体走向详见该区间隧道走向图。

盾构衬砌采用C50钢筋混凝土预制管片拼装而成，每环管片由3块标准块、2块邻接块及1块封顶块组成。

管片采用错缝拼装。

管片内径为Φ5400mm，厚度300mm，管片外径为Φ6000mm，每环管片宽度1.5m。

衬砌内弧面，在隧道贯通后按设计要求作嵌缝、抹孔等防水处理。

本工程采用铁建重工ZTE6250土压平衡盾构机。

刀盘开挖直径6280mm，采用

辐条式刀盘，刀盘开口率约45%，刀盘采用变频电机驱动，驱动扭矩5700kNm；前盾直径6250mm，盾体长度7.98m，整机长度约85m；盾体及后配套总重为450t，其中最重的前盾重量为98t；推进系统最大总推力42575kN，油缸行程2100mm。

二、编制依据

（1）GB50308－2008《城市轨道交通工程测量规范》。

（2）xx市轨道交通1号线二期工程云谷路站～南宁路站区间、南宁路站～贵阳路站区间设计图纸。

（3）xx市轨道交通1号线一、二期工程土建施工9标盾构区间施工方案。

三、仪器配置

根据工程实际，需要以下主要仪器：

仪器名称

数量

型号

LeicaTS09全站仪

一台

PLUS1″R30

美国天宝电子水准仪

一台

DINI03

仪器配件：

名称

数量

备注

脚架

四把

仪器配套

木质水准尺

一副

仪器配套

铝合金伸缩水准尺

一把

仪器配套

钢卷尺

一把

检定日期：

2014年02月10日

有效期至:

2014年08月09日

莱佧配套棱镜

两套

仪器配套

四、测量管理网络及人员配置

根据工程的实际需求，隧道施工需要测量人员如下：

职务

人数

职责

测量主管

1

负责隧道施工过程中的各种测量事务

测量助理

1

协助测量负责人完成测量工作

推进测量

2

完成日常盾构推进测量工作及填写盾构姿态及管片报表

合计

4

注：

联系测量的人员及仪器由我公司专业定向人员进行操作。

附:

测量仪器检定证书及测量人员资格证书

五、基本技术要求

（1）所有测量工作均要符合国家相关规范要求。

（2）根据精度分析并结合施工的特点，测距边只进行温度、气压等气象改正和倾斜改正，不进行高斯投影和大地基面投影改正。

（3）平面测量标志全部采用强制对中标志，可以有效地消除对中误差。

因受施工条件的限制，不可避免会有短边出现，此时对中误差对角度观测影响特别明显，可采取加强测回数和测回间重新整平仪器的方法，有效削弱对中误差。

（4）联系测量、地下控制导线测量、地下控制水准测量，通常在每段隧道贯通前应至少独立进行三次，即在隧道掘进100～150m时、隧道掘进到一半时和距贯通面100～150m时分别进行一次，并保证观测数据和最终成果满足相关规定要求，取三次测量成果的加权平均值指导隧道贯通。

由于本工程隧道单线最长为582.911m，则我方计划每条线共进行3次联系测量。

（5）对测量数据由两人采用两种不同方法计算，以进行校核。

由于隧道施工测量工作的重要性，及特殊性，对于每日的盾构报表和管片报表都应进行检查，复核，如发现有问题应及时上报有关部门，另外，在线路线型变化的地方，尤其要注意变化情况。

对于井上和井下的测量导线要定期复测，建立测量资料的两级复核制度，并作好对日常资料的整理工作。

同时，应利用公司的盾构报表复核程序定期对盾构报表进行复核，真正做到数据的正确、可靠，不出现错误和粗差。

六、前期准备

6.1、资料准备

对于甲方提供的控制点桩位应认真确认，并做好测量桩位交接手续，同时，还应组织设备和人员准备对交桩成果进行复核，并熟悉设计单位提供的设计图纸，对轴线的关键元素进行复算确认，如有问题及时上报。

6.2、仪器检查

在开工前应对即将在本工程中使用的测量仪器进行检查，所有需计量的仪器都必须有在有效使用期内的鉴定证书，并把原件保存在工地现场，实在不行也应保留复印件，对鉴定证书即将过期的仪器应提早送交相关单位检校，避免影响工程施工。

如发现存在影响测量精度的问题，应及时上报，只有当确定仪器无问题时，方可使用。

七、控制网测量和各项准备

（1）平面控制点检测、平面控制网的布设及地面趋近导线测量

业主提供的平面控制点应该满足每个井口或车站附近至少有三个，作为向隧道内传递坐标和方位的联系测量依据，并确保区间隧道两端的控制点的通视。

对业主所提供的平面控制点在进场后两周内进行首次复核，并上报监理给予复核，如果检测的成果超限，立即以书面形式报监理工程师确认，由监理工程师及时汇同业主和控制网测量单位研究解决。

之后定期进行双月复测。

复测限差见下表：

导线边长

角度较差

边长较差

≤700m

≤8″

≤1/90000

≤700m

≤5″

≤10mm

≥700m

≤5″

≤1/90000

复测完成后，为确保隧道顺利贯通，并满足工程施工及放样的需求，根据甲方提供的平面控制点进行加密，建立南北两井之间互相通视且直接可以到达端头井的平面控制点，组成区间隧道的平面控制网。

加密点统一采用强制对中固定台，且最好能直接在联系测量中使用该台。

DTPB62、DTPB64、09D23、09D24、DX118五个控制点组成区间隧道平面控制网，按业主和监理的规定对该控制网进行定期复测，其测角中误差≤±2.5″，边长最大中误差≤±4mm。

云谷路站～南宁路站～贵阳路站平面控制点

点名

坐标

X（m）

Y（m）

DTPB62

3510368.051

527625.796

DTPB64

3509583.054

527618.613

09D23

3508861.482

528081.542

09D24

3508629.985

528104.515

DX118

3510336.786

527395.598

各控制点和井口控制点组成区间隧道平面控制网，从各控制点分别引点至井口，此点作为井下施工导线直传的起始点。

观测时采用LeicaTS09全站仪及配套棱镜，每站四测回，采用左、右角观测，左、右角平均值之和与3600较差≤4″，水平角观测一测回内2C较差≤9″，同一方向值各测回较差≤6″。

在场地上设置牢固的测量平台，配以强制对中盘，将该点引到井口测量墩上。

（2）高程控制网测量

①水准控制点检测

业主提供的水准控制点应满足规范要求，对业主所提供的水准控制点进行定期检测，并依据二等水准要求进行施测，并上报监理给予复核，如果检测的成果超限，立即以书面形式报监理工程师确认，由监理工程师及时汇同业主和控制网测量单位研究解决。

其中相邻区间的深层高程点高程与设计值较差≤±10mm。

②地面趋近水准测量及高程传递

地面趋近水准测量的目的是把交桩的高等级水准控制点引测到近工作井的水准点或施工水准点上，为竖井高程传递做好准备。

在业主提供的控制水准网下布设水准网，布设成附合路线。

在竖井设置2～3个水准点，采用往返测。

主要技术要求为：

视距小于60m，往返较差、附合或环线闭合差≤±8

mm，L以km计。

在每个端头井的井上、井下建立固定水准点（整个施工期间不得破坏）根据《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）规定，按精密水准测量的有关条目施测，并定期与甲方提供的水准控制点联测，以检核水准点是否有变动。

高程传递时采用竖井钢尺悬挂，在井边悬挂鉴定过的钢尺，钢尺末端挂规定的重物，在井上与井下分别用水准仪对钢尺进行读数，观测时独立观测二测回，每测回变动仪器的高度，同时应考虑加入温度改正。

（3）洞门圈及盾构基座放样

利用在井口的控制点用导线直传的方法，在井底设临时点位，以此点设站测洞门圈的横径和平面坐标，并求出洞门圈的平面中心坐标，计算洞门圈的平面偏差值。

利用高程传递至井底的临时水准点，测量洞门圈的圈底高程，圈顶高程，求出洞门圈直径和高程偏差值。

盾构基座的放样是很重要的，这关系到盾构出洞后轴线的控制，因此，在放样前应根据轴线的要求，与项目工程师商讨放样的具体要求并征得其认可。

在放样过程中，采用将洞门圈的中心和盾构基座的前后中心三点在同一竖直面上的方法安放基座，同时根据设计坡度和出洞后的盾构坡度，适当对盾构基座放坡。

安放时，基座平面位置根据事先计算的洞门圈中心，盾构基座前中心和盾构基座后中心的这三点的坐标，用仪器实测它们的值，计算这三点实测坐标值与理论值的偏差，逐步调整偏离值直至满足设计轴线要求。

高程位置，根据事先计算好的基座各主要点的高程，利用水准仪对其进行高程放样。

（4）盾构标志制作及程序编制

①人工测量方法

根据盾构机的结构实际情况，盾构测量标志尽量安装在盾构平面中心轴线上。

在盾构机调试结束准备推进前，对盾构进行多次测量，得到盾构的轴线，然后在盾构轴线上选择合适的位置安装前后标志，前标、后标应有足够距离，（一般应超出1m），且前标距盾构切口距离越近越好，同时应保证与观测台有良好的通视条件，后标志通常为两个红色三角垂直对交的标志，前标志在大多数情况下为一有刻度的类似刻度尺的装置。

坡度板安装在盾构方便观测及不容易破坏的位置，垂球线长度≥1m。

对盾构进行姿态测量时，在井下导线点上设测量台，该测量台与盾构机的位置关系事先已测定，而且其与盾构机内的前标志、后标志的位置关系也已测定，并以稳定的井下主要导线点为后视点，对盾构机内的前、后标志进行观测，同时，对安装在盾构机内的坡度板进行观测。

利用测量台测得的前标水平角，后标水平角，和推进的环号可算得盾构的切口与盾尾的坐标，再利用坐标转换公式求得盾构机的切口、盾尾与设计轴线的平面偏差值。

利用测量台测得的前标竖直角，前标刻度（竖直角位置），坡度板的坡度和推进环号可算得盾构的切口与盾尾的高程，再与设计轴线的数据相比较即可得到盾构机的高程偏差。

所有计算在CASIOFX-4500计算器按计算程序计算。

所有这些计算程序在盾构正式推进前都须先编制好，并上报公司测量负责人复核确认。

同时，在施工期间必须经常对盾构及管片姿态进行实测实算，掌握管片脱出盾尾后的变化情况和实际偏差，确保计算的偏差和实际偏差较差在允许范围内，也是为配合施工，让盾构司机掌握该时段的推进参数，特别是在线型变化的地方，多实测实量，及时掌握变化，确保报表计算程序的正确。

②自动掘进测量系统

首先根据设计平、纵面图提取有关线路测量数据，根据线路设计参数计算出线路中心点（直线段每1m、曲线段0.5m）的X、Y、Z三维坐标，数据经过二级复核制度方可采用，把计算出的计划线输入到自动掘进测量系统中，用自动掘进测量系统计算出盾构初始姿态，此时数据需复核人工测量数据方可认可，在盾构前期掘进过程中，必须每班对盾构自动测量姿态采用人工实测成环管片的方法复核。

八、盾构施工前期的测量

前期测量主要指从开始施工到隧道推进至200m左右的这段时间内，由于井下空间的限制，还不具备做联系测量，故利用在井口设定的导线点以导线直传的方式将方位及坐标传递至井下，以指导推进。

导线直传以LeicaTS09放样观测。

每站四测回，测回差≤6″（最大角与最小角差值），2C差≤16″（正镜与倒镜差值），往返测边，往返测边，在井下设立至少三个导线点，组成两个定向方位角。

作为井下施工导线的起始方向，建立为方便指导掘进的边长较短的施工导线，在前期的推进中以该导线指导盾构的掘进。

九、联系测量

（1）平面联系测量

在施工中有一项很重要的工作就是以井上井下联系三角形几何定向方法控制平面，修正盾构推进的轴线。

在施工期间每个区间段依照具体情况进行若干次定向测量，一般第一次在推进100～150m左右，最后一次离进洞大约100m左右，本工程每条线拟定进行三次定向测量。

联系三角形定向是用三根钢丝来传递坐标和方位的，在具体实施时悬挂三根钢丝，在平面上钢丝绳与井上、井下的观测台组成两个直伸三角形。

侧面示意图如图1所示：

图1定向测量示意图

在布设时使三角形长短边之比值应至少大于2.5倍，而a：

b则不应大于1.5倍，同时O2、O3点也不宜离仪器过近。

三角形中

角应小于2°，同时用0.3mm的钢丝末端悬挂10kg垂球，为防止钢丝晃动影响观测，将垂球浸在盛满油的油桶内，并且垂球不得与油桶接触。

观测时井上、井下联接角及联系三角形观测要求以LeicaTS09同时进行，LeicaTS09往返侧边，测角要求9测回，归零观测、测回差≤9″（最大角与最小角差值），2C差≤13″（正镜与倒镜差值），归零差≤6″，测边要求正倒境各四次，观测平均值比较差应小于3mm。

联系三角形边长测量采用在钢丝上贴反射片，用对边模式来测边，每次独立测量三次，这三个数据间每次较差≤3mm，并在测边时考虑井上与井下的温度，计算边长改正。

以上测量数据分为两组，每组数据包括一个井上方位、四个连接角、五条边长。

对三角形解算时，利用三角形闭合差的条件，用简单平差来计算，求得井下方位与井下控制点坐标。

然后，再对另一组数据进行如上计算，求得的方位与坐标与第一组的进行检核，以确保不出现差错。

每次独立定向测量的成果应该满足方位角较差≤12″，点位较差≤20mm。

在几何定向的同时应该对于井下控制导线进行复核。

在井下布置用以控制隧道的平面偏差的测量导线，它主要分为井下控制导线和井下施工导线。

井下施工导线精度较低、边长较短作为一般工作导线，井下控制导线是作为施工首级控制，用来准确指导掘进方向的边长较长、精度较高的导线，应与每次几何定向配合同步进行井下导线复测，重新计算导线点，并将定向所得的方位传至隧道内最新设置的测量台，修正施工导线的偏差。

观测时仪器应采取强制对中，其测量规范采用与井上放样测量相同的规定。

井下导线点布置如图2所示。

图2隧道内导点布置示意图

（2）高程导入测量

竖井高程导入的目的是把地面高程传入竖井底。

进行高程传递时，用挂49N（检验时采用的拉力）的钢尺，两台水准仪在井上和井下同步观测（如图3所示），将高程传至井下固定点。

共测量三次，每次应变动仪器高度。

三次测得地上、地下水准点的高差较差应小于3mm。

图3竖井高程导入图

实际操作时，从严要求，井上、井下水准仪和水准尺互换位置，再独立测量三次。

必须高度注意两水准尺的零点差是否相同，否则应加入此项改正。

传入井底的高程，应与井底已有的高程进行检核。

十、地下施工测量

（1）地下施工导线和施工控制导线测量

在盾构始发推进后向前掘进时，应布设施工导线用以进行放样并指引盾构掘进。

施工导线边长为25—50m。

导线点应设置于洞壁一侧，并及时测定盾构观测台的坐标，为盾构施工测量做准备。

当盾构掘进100—200m时，为了检查隧道轴线与设计轴线是否相符合，必须选择部分施工导线点敷设边长较（50—100m）精度要求较高的基本导线。

并且，为了保证隧道贯通的精度，在基本导线中选取敷设边长较长（200—500m）精度要求更高主要导线点，提高测量精度，确保隧道贯通。

施工控制导线的测量包括基本导线和主要导线的测量工作。

观测采用左右角各三个测回进行观测，左右角平均值之和与360°的较差小于4″。

边长往返测各两测回，一测回三次读数的较差小于3mm，测回间平均值较差小于3mm，往返平均值较差小于5mm。

气象数据每条边在一端测定一次。

测距边只进行气压、温度等气象改正和倾斜改正，不进行高程归化和投影改正。

由于本区间隧道施工时，两台盾构相隔约一个月的时间前后出洞，则后推进的盾构势必对相隔的另一条隧道的成环管片产生影响，对已经在使用的施工用测量控制点也会造成平面和高程方向的不确定位移，故对于后推进的隧道内控制点在另一条盾构机在超越其相邻管片后，均应对该隧道的控制导线从井口的联系测量用基准方向上复测至盾构施工的最新吊台，这样方可将两条隧道推进的相互影响降至最低。

（2）地下水准测量

地下水准测量包括地下施工水准测量和地下控制水准测量，起算于竖井传递的井下固定点，地下水准点可利用地下导线点测量标志。

施工水准路线依施工的具体情况而定，控制水准路线布设长度宜在100m左右，在隧道管片上设点，应注意不被破坏，井下水准测量采用精密水准测量，水准尺必须用装气泡的水准尺，以便减少水准尺的倾斜而造成系统误差。

井上、井下水准及高程传递的复测随联系测量同步进行。

井下水准测量按城市Ⅱ等水准操作及《工程测量规范》（GB50026－2007）执行。

应采用往返测，往返固定点之间高差≤3mm，全线往返≤3mm×n1/2。

（n为测站数）

十一、盾构姿态日常测量

本工程拟定采用“铁建重工”盾构的掘进管理系统中的力信RMS-D自动导向测量系统指导盾构掘进。

力信RMS-D导向系统旨在利用计算机技术及光学测量技术对盾构掘进进行自动化测量，为盾构掘进提供准确的导向信息，替代测量速度慢、精度低和容易出错的人工测量方法，满足盾构快速准确施工的要求。

同时采取定期的人工复测，以确保盾构按设计轴线正确掘进，届时根据工程实际情况确定复测频率。

盾构日常测量主要是由当班测量人员采用LeicaTS09全站仪对盾构机每推进一环的三维姿态进行测量，同时测量已成形的管片姿态，对于盾构一般有六个原始数据：

●环号

●转角坡度

●后标水平角

●前标水平角

●竖直角位置

●竖直角（前标）

根据这些原始数据利用事先编制的程序计算出盾构机切口及盾尾的平面与高程偏值以及盾构机的掘进里程，并报出报表。

人工测量时，根据这些原始数据利用编制的CASIOfx-4500计算程序计算出盾构机切口及盾尾的平面与高程偏值以及盾构机的掘进里程，并写出盾构推进报表，以对自动导向系统数据进行校核。

除了对盾构的姿态进行测量外，还要对管片测量，根据对应环的盾构姿态及测得的管片与盾构的间隙变化，数据采集管片左右两腰、左右管底及左右管顶的管片间隙，利用编制的CASIOfx-4500计算程序计算出管片姿态（包括平面、高程偏差值，管片里程以及管片水平直径和竖直直径），并报出成环后的管片报表。

（1）平面偏差的测定

将测量仪器安置在控制台上，采用强制对中盘（以消除对中误差对测角的影响），安置后按测量步骤来测定盾构上前后两标的坐标，必须进行两步归算：

第一步：

根据轴线上的前后标坐标归算至盾构轴线的切口和盾尾坐标，与相应设计的切口坐标和盾尾坐标进行比较，得出切口平面偏离和盾尾平面偏离，最后将切口平面偏离和盾尾平面偏离加上盾构转角改正后，即为盾构实际的平面姿态，盾构前进方向左偏“－”，右偏“+”，在报表上表示。

盾构转角平面改正：

式中：

——盾构转角

左转

为“－”，右转“+”

（2）高程偏离的测定

在控制观测台上测定前标高程，加上盾构转角改正后的标高归算前标处盾构中心高程，按盾构实际坡度

归算切口中心标高及盾尾中心标高，再与设计的切口里程标高、盾尾里程标高进行比较，得出切口中心高程偏离、盾尾中心高程偏离，即为盾构实际的高程姿态，上为“+”，下为“－”，在报表上报出。

盾构转角高程改正

：

式中：

——盾构转角

无论盾构右转还是左转，改正数均为正值“+”

（3）管片姿态测量

根据已测定的盾构姿态的几何尺寸与定比分点数字公式导出推算公式如下：

①盾构轴线上管片拼装位置的偏离值计算

平面使用公式：

式中：

——盾构总长

——管片前端到盾尾的距离

——盾构切口偏离值

——盾构盾尾偏离值

平——表示平面

高程使用公式：

其中：

高——表示高程

②管片偏离盾构轴线计算

平面必须测定拼装完成的管片与盾壳内壁左右两侧的间隙（

与

）（用带有毫米刻度的钢直尺），如果

，则存在偏离（管片中心偏离盾构中心），其偏离值用下式计算：

式中：

为“+”，表示管片中心在盾构中心轴线右

为“－”，表示管片中心在盾构中心轴线左

同理，高程也必须测定拼装完成的管片与盾壳内壁上下两侧的间隙（

与

）（用带有毫米刻度的钢直尺），若

，则存在偏离（管片中心偏离盾构中心），其偏离值：

式中：

为“+”，表示管片中心高于盾构中心

为“－”，表示管片中心低于盾构中心

管片姿态＝盾构轴线上管片拼装位置的偏离值计算+管片偏离盾构轴线计算的叠加

十二、曲线段盾构测量

本工程云谷路站～南宁路站盾构区间上行线有两段大曲率曲线，R为3000m；南宁路站～贵阳路站盾构区间上、下行线各有两段大曲率曲线，R为1000m。

盾构在曲线段中掘进施工对轴线测量控制质量较高，为保证施工过程中隧道轴线，在运用自动导向测量基础上制定相应曲线测量措施。

首先建立以ZH点（或HZ点）为原点，切线方向为正北方向的施工坐标系。

井下导线点K为测站，J点为后视方向。

XK＝－S，YK＝＋b，设0＝K－J（施工方向）。

得盾构上测点1号（后标）及2号（前标）的水平角及边长为1，2，和L1，L2。

得1号，2号的计算式：

X1＝L1×COS（0＋1）＋XK

Y1＝L1×SIN（0＋1）＋YK

X2＝L2×COS（0＋2）＋XK

Y2＝L2×SIN（0＋2）＋YK

再根据1，2号点计算得切口和盾尾的坐标。

以上步骤完成切口和盾尾的实测坐标计算。

分下列三式判断该点的位置：

（1