盾构测量方案.docx

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盾构测量方案

一、编制及测量依据

（1）《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）；

（2）《城市测量规范》（GJJ8-99）；

（3）《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）

（4）《工程测量规范》（GB50026-2007）；

（5）《建筑变形测量规范》（JGJ/T8-2007）；

（6）《地下铁道设计规范》（GB50299-1999）；

（7）《国家一、二等水准测量规范》（GB12897-2006）；

（8）上海市轨道交通十三号线5标区间设计资料。

二、工程概况

上海轨道交通十三号线5标段含一个盾构区间（真北路站～大渡河路站）。

工程范围及里程见表2-1。

表2-1工程里程表

工程名称

线别

区间隧道起始里程

长短链

隧道长度

真北路站～大渡河路站

左线

DK6+581.83~DK7+526.047

4.702

944.217

右线

DK6+580.36~DK7+526.047

945.687

本段区间站～大渡河路站总体为东西走向。

线路始于真北路站东端，出站后沿金沙江路下方向东延伸，在穿过木铎港下方时以350米和1500米半径从南北两侧绕过金沙江路桥桩基础，然后以450米半径绕过煤气站。

线路主要下穿木铎港河、金沙江路桥，沿线建构筑物主要为好心情宾馆、煤气站、申汉小区，未见历史文物古迹。

区间管线较多，根据目前的管线资料显示，有给水、雨水、污水、路灯、有限电视、电力、通信、燃气等多条管线。

区间线路中线线距为11.3～41.8米，隧道埋深范围约为14.2～20.5米。

区间隧道纵坡呈“V”型节能坡，区间最大坡度为24‰，最小坡度为2‰，线路竖曲线与真北路车站相连端采用3000米半径，其余为5000米或者5020米半径。

联络通道及泵房中心里程为左DK7+017.918（右DK7+019.918）。

三、测量任务和内容

测量工作是区间隧道的重要组成部分，为工程施工提供准确的定位信息、实时监控量测施工进程地面、隧道相关变化量及周围构筑物、管线等的影响变化，为工程施工提供必要的测量数据，根据测量数据适当调整作业进度和措施方法，确保隧道顺利、准确、安全贯通。

在本工程项目中，测量作业的任务主要包含以下内容：

（1）施工首级测量控制网的复测；

（2）施工平面控制网的加密测量；

（3）施工高程控制网的加密测量；

（4）联系测量，包括竖井定向测量、高程传递测量；

（5）地下施工控制测量；

（6）盾构施工测量；

（7）隧道贯通测量；

（8）竣工测量，包含隧道轴线检测、隧道静空断面测量。

四、施工测量技术方案

施工测量是保证隧道相向开挖时能按规定的精度正确的贯通，并使各项建筑物以规定精度按设计位置修建，确保工程质量。

地铁工程施工测量的施测环境和条件复杂，要求的施测精度又相当高，必须精心施测和进行成果整理，工程测量成果必须符合相关规范的要求。

本工程隧道掘进的标准：

横向±50mm、竖向±25mm。

4.1施工首级测量控制网的检测

施工首级控制网是隧道贯通、保证隧道轴线的依据，由于受施工、环境、地基沉降及其他外界因素等影响，这些点有可能发生变化，为满足盾构施工的需要，我项目对上海市测绘院提供的4个首级平面高级控制点T1308、T1307、T1306、T1305构成一条附和导线，4个精密水准点ZBL—S、ZBL—1、DDHL—S、DDHL—1构成一条闭和水准路线，进行周期性复测，检测限差如下表4-1。

表4-1首级控制点检测精度要求

相邻点夹角检测限差

相邻点边长检测

相邻高程控制点检测

边长大于1km为4″

小于1km为8″

相邻精度优于

1/90000

检测高差不符值<±4

mm（L为线路长，单位为km）

平面控制点及高程控制点进行复核后，向监理单位提交复核成果资料。

4.2施工控制网的加密测量

在施工首级控制网检测后满足精度后，作为区间隧道施工测量的依据，然后进行施工控制网的加密，保证日后的施工测量及隧道贯通测量能顺利进行。

施工控制网的加密分两方面内容：

4.2.1施工平面控制网加密测量

通常地面精密导线的密度及数量都不能满足施工测量的要求，因此根据现场的实际情况，进一步进行施工控制网的加密，以满足施工放样、竖井联系测量、隧道贯通测量的需要。

图4-1真北路站～大渡河路站区间下行左线导线点布设图

图4-2真北路站～大渡河路站区间上行右线导线点布设图

施工平面控制网采用LeicaTS30（0.5″，0.6+1ppm）进行测量，测角六测回（左、右角各三测回，左、右角平均值之和与360°的较差应小于4″），测边往返观测各四测回，用严密平差进行数据处理，点位中误差小于±10mm。

真北路站～大渡河路站区间左线隧道计划布设2个主导线点，左线隧道导线点编号“Z2、Z3”，水准点编号ZBM1、ZBM2……ZBMn，右线隧道计划布设3个主导线点，编号为“Y2、Y3、Y4”，水准点编号YBM1、YBM2……YBMn。

表4-1精密导线测量的主要技术要求

平均

边长（m）

导线总

长度（km）

每边测距

中误差（mm）

测距相

对中误差

测角

中误差

测回数

角度

闭合差

全长相对

闭合差

相邻点点位

中误差（mm）

350

3－5

±4

1/60000

±2.5

6

5

1/35000

±8

备注：

L为导线的角度个数

4.2.2施工高程控制网加密测量

根据实际情况将高程控制点引入施工现场，并沿线路走向加密高程控制点。

水准基点（高程控制点）必须布设在沉降影响区域外且保证稳定。

精密水准测量观测的视线长度、视距差、视线高的要求按城市二等精度施测，水准测量采用精密水准测量方法和±8

㎜（L为水准路线长，以KM计）的精度要求进行施测。

测段间往返观测。

视线长度不大于50m，前后视距差不大于1m，累计前后视距差不大于3m，严格按照规范规定操作。

表4-3精密水准测量的测站观测限差（mm）

基辅

分划读数差

基辅分划

所测高差之差

上下丝读数

平均值与中丝读数差

检测间

歇点高差之差

0.3

0.7

3.0

1.0

精密水准的观测方法如下：

①往测奇数站上为：

后——前——前——后

偶数站上为：

前——后——后——前

②返测奇数站上为：

前——后——后——前

偶数站上为：

后——前——前——后

③为了保证前后视距不超限，在测量时应带一把皮尺由两人专门负责量距以确保测量成果一次合格。

④测量宜选择在上午或下午，根据目前上海的天气和交通状况我们选择在下午进行测量。

⑤两次观测高差超限时应重测，当重测成果与原测成果比较，其较差均不超过限值时，应取三次成果的平均数。

本次水准测量使用的仪器为经检定合格的LeicaNA2水准仪+FS1平板测微器及铟瓦水准尺，精度每公里±0.7mm。

表4-4精密水准测量的主要技术要求

每千米高差中数

中误差（mm）

附和水准线路平均长度（KM）

水准仪

等级

水准尺

观测次数

往返较差、附和

或环闭合差（mm）

偶然

中误差

全中误差

与已知点

联测

附和

或环线

平坦地

±2

±4

2～4

DS1

铟瓦

往返各一次

往返各一次

±8

±2

备注：

L为往返测段、附和或环线的路线长度（以KM计），N为单程的测站数。

4.3联系测量

联系测量是一项综合测量工作,它是将地面坐标、方位和高程传递到地下隧道,作为地下控制测量起算数据的一组测量工作的统称,是实现地下隧道工程贯通控制的核心与关键。

为提高地下控制测量精度，保证隧道准确贯通应根据工程施工进度，应进行多次复测，复测次数应随隧道掘进距离增加而增加，在本工程中，将采取在隧道掘进100m、约隧道1/2、在距贯通前50～100m处分别进行一次定向和导入高程的测量工作，并根据实测情况可相应的加大测量频率。

4.3.1趋近导线和趋近水准测量

地面趋近导线应附合在精密导线点上。

近井点与平面控制点或精密导线点通视，并应使定向具有最有利的图形。

趋近导线测量采用LeicaTS30（0.5″，0.6+1ppm）进行测量，测角六测回（左、右角各三测回，左、右角平均值之和与360°的较差应小于4″），测边往返观测各四测回，用严密平差进行数据处理，点位中误差小于±10㎜。

测定趋近近井水准点高程的地面趋近水准路线应附合在地面相邻的精密水准点上。

趋近水准测量采用二等精密水准测量方法和±8

㎜的精度要求进行施测。

4.3.2竖井定向测量

1、导线直接传递法是导线测量方法将坐标和方位直接传递到地下或隧道内的联系测量方法,较适合于井口大、深度浅等条件的明挖车站或明挖隧道,也适合于出入隧道的斜井。

此方法工作量小、精度高且简单易行,在具备条件时应用较多。

导线直接传递坐标进行联系测量如图所示,常用的方法是在盾构机始发井口并能与地下一层顶板吊点通视设定强制对中观测墩,一层顶板吊点采用钢架制作,用膨胀螺丝固定在一层顶板上,再用快速水泥将固定点进行加固处里,观测方法采用徕卡TS30检定合格的全站仪进行角度距离观测,对点方式采用强制对中精密光学对中棱镜对中,对中轴系误差应小于0.5mm,作业前首先要对全站仪各项检验项目进行测定,校准,对精密光学对中棱镜进行精密检校,检校合格后方能使用,观测方法采用“测回法”左右角各观测3测回,测回间较差应小于2秒,距离往返观测各三组,往返不符值应小于2mm。

2、从地面向地下,采用导线测量的方法进行定向,其垂直角以小于30°进行控制,方向传递精度≤±2″，坐标传递精度≤±2mm.

3、本区间采用目前较先进的徕卡TS30全站仪进行测设，采用导线直接传递法。

4.3.3高程传递测量

高程测量控制，通过竖井采用长钢卷尺导入法把高程传递至井下，向地下传递高程的次数，与坐标传递同步进行。

先作趋近水准测量，再作竖井高程传递，如图4-1所示。

经竖井传递高程采用悬吊钢尺（经检定后），井上和井下两台水准仪同时观测读数，变动仪器高，施测三次，经温度尺长改正后，高差较差不大于3mm时，取平均值使用。

图4-1竖井高程传递示意图

地下施工高程测量控制点每200m布设一点，采用LeicaNA2水准仪配套FS1平板测微器及铟瓦水准尺进行放样、复测，往返限差满足≤±8

mm（L以km计）。

对地下临时加密水准点可采用DSZ2普通水准仪和5m塔尺进行往返观测，其闭合差应在±20

mm（L以km计）之内。

4.4地下施工控制导线测量

洞内导线布设采用支导线布设形式，导线点采用强制归心对中钢架，导线平均边长150m以上，曲线隧道布设在曲线外侧，水平方面离开建筑物界限0.5米以上，设置严格遵循“长边定短边”的原则，施工导线（平均边长30～50m）和地下控制导线（平均边长150m以上）；隧道内控制导线点设置详见图4—2，导线测量按Ⅰ级导线精度要求施测，在隧道未贯通前，地下导线为一条支导线，我们通过增加测量频率和测回数，并进行换手观测，提高测量成果的可靠性，弥补支导线本身无检核条件的布设缺陷。

图4-2地下控制导线点设置示意图

地下施工控制导线是隧道掘进的依据，每次延伸施工控制导线前，应对已有的施工控制导线的前三个导线点进行检测。

导线点如有变动，应选择另外稳定的施工控制导线点进行施工导线延伸测量。

施工控制导线在隧道贯通前100m左右应连续测量三次，其测量时间与竖井定向测量同步进行。

重复测量的坐标值与原测量的坐标值较差小于±10mm时，应采取逐次的加权平均值作为施工控制导线延伸测量的起算值。

曲线段地下导线点宜埋设在曲线五大桩（或三大桩）点上，一般边长不应小于60m，导线测量采用LeicaTS30全站仪施测，左、右角各测六测回，左、右角平均值之和与360°较差小于4″，边长往返观测各二测回，两次测量读数间较差≤3mm，往返测较差≤5mm。

4.5施工放样测量

施工中的测量控制采用极坐标法进行施测。

为了加强放样点的检核条件，可用另外两个已知导线点作起算数据，用同样方法来检测放样点正确与否，或利用全站仪的坐标实测功能，用另两个已知导线点来实测放样点的坐标，放样点理论坐标与检测后的实测坐标X、Y值相差均在±3mm以内，可用这些放样点指导隧道施工。

4.6盾构施工测量

4.6.1盾构机出洞测量

（1）盾构机出洞始发设施的定位测量，包括盾构导轨及反力架的安装测量。

由于反力架和始发台为盾构始发时提供初始的推力以及初始的姿态，在安装反力架和始发台时，盾构中心坡度与隧道设计轴线坡度应保持一致。

考虑隧道后期沉降因素，盾构中心轴线应比设计轴线抬高10～20mm,反力架左右偏差控制在±10mm以内，高程偏差控制在±5mm之内，始发台水平轴线的垂直方向与反力架的夹角<±2‰，盾构姿态与设计轴线竖直趋势偏差<2‰，水平趋势偏差<±3‰。

（2）盾构机内参考点复测，指盾构机组装调试完成后，应进行的测量工作。

其主要测量工作应包括盾构机切口环与盾尾三维坐标的确定；

（3）自动测量导向系统的正确性与精度复核，主要对导向系统中的仪器和棱镜位置测量；

（4）盾构机始发位置及出、进洞圈测量

①在盾构机就位前，应精确测量预留出洞圈的三维坐标，并与设计值比较，洞口直径至少测量水平和垂直两个方向，若实测洞圈的偏移量超过规范要求，需报设计院予以确认、回复，以便盾构机出洞时做适当调整。

②在精确测定洞口的三维坐标后，需要确定盾构进、出洞的轴线，定出盾构始发位置。

4.6.2日常掘进测量

（1）盾构机姿态测量

盾构姿态测量是实时测量盾构机的现有状态，及时指导盾构机纠偏。

用于本标段二台小松土压平衡盾构机，都配置了盾构姿态自动测量系统，这将大大减少测量工作量。

盾构机掘进时姿态测量应包括其与线路中线的平面偏离、高程偏离、纵向坡度、横向旋转和切口里程的测量。

实时姿态主要参数：

切口偏差—水平／垂直（cm）

盾尾偏差—水平／垂直（cm）

方向偏差—角度值（度）

转角—角度值（度）

坡度差—角度值（%）

表4-5各项测量误差及限差满足下表要求：

测量项目

允许误差

测量项目

允许限差

纵向坡度（‰）

±1

平面/高程偏离值（mm）

±50/25

切口里程（mm）

±10

里程偏离值（mm）

400～800

横向旋转角（"）

±3

①盾构机尺寸测量

盾构机拼装验收，应进行盾构纵向轴线和径向轴线测量，其主要测量内容包括刀口、机头与机尾连接中心、盾尾之间的长度测量；盾构外壳长度测量；盾构刀口、盾尾和支承环的直径测量。

②人工测量盾构姿态

人工测量的目的是考虑到盾构掘进中不可避免会产生一定的误差，为自动测量系统做定期的复核（一般为整10环进行一次复核），确保盾构姿态的准确性。

我们在盾构机的内部设一对水平尺，测出其与盾构机的空间相对位置关系，利用测量各尺的水平、竖直读数，经精确计算得出盾构转角、盾构坡度、盾构中心高程，然后推算出盾构切口及盾尾中心偏差值，从而根据盾构姿态相应调整盾构机的各施工参数。

图4-3人工盾构姿态测量系标尺安装示意图

③自动测量盾构姿态系统

a、盾构激光站的建立

激光站是盾构自带测设其姿态的测量系统、每分钟测量两次，这样就大大减少了人工测盾构姿态的次数。

激光站是由带激光发射装置的全站仪、激光接受靶（即目标棱镜，安装于盾构机内部）、后视棱镜组成。

激光站的测站和后视都纳入了地下坐标控制网中、根据激光全站仪能测出掘进中盾构的具体三维坐标和其具体里程并与主控台内的计算机资料作比较，当超限时盾构机会自动停止工作。

对于大半径曲线和直线一般50米作一次人工复核。

b、姿态测量

利用激光站全自动全站仪，自动定向置镜在盾构主机支架上设一个支导线点，然后置镜支导线点后视激光站导线点测出1＃、2＃、3#三目标棱镜的三维坐标。

根据三棱镜的坐标就能计算出盾构切口及尾部具体旋转、平面及高程偏差情况。

图4-4自动测量系统棱镜安装示意图

（2）隧道管片的法面测量

区间使用的土压平衡盾构机内径为6250mm,管片外径为6200mm,即盾构机内径与管片外径间有25mm的间隙。

法面测量不准或测量不及时，会出现管片安装困难、管片破碎现象。

因此管片的法面测量也非常重要。

管片的上下法面（俯仰度）利用吊线锤的方法来施测；左右法面利用反射片测出该环管片左右两边对称点坐标并计算出其实际方位角，与理论方位角比较，计算出左右法面的偏差。

另外，隧道平面曲线的特征点和隧道的纵断面的变坡点是我们管片法面测量的重点。

（3）隧道管片里程

由于受管片纠偏等因素的影响，从确定的起始里程推进至某环管片时的实际里程会与理论里程不一致（根据已建地铁的推进经验，每环管片会长出0.8～2mm），导致其它要素的计算误差。

为保证推进路线的准确性，需要对每环管片的里程进行精确复测，以保证隧道轴线的偏差在设计要求范围内。

（4）管片姿态测量（即“倒九环”测量）

“倒九环”测量即是测量当班施工最终环号（包括该环）后九环的上下、左右偏差。

我们通常用带水平气泡的4.8m长尺来测管片的左右偏差，左右偏差测量的方法是：

把4.8m长尺水平放置在所测环的大里程，把经纬仪对准后视水平度盘置零，然后瞄准长尺把水平度盘拨至根据事先计算好的理论角度直接读出水平尺上的数值，即是该环的左右偏差。

若读数在水平尺中心右侧，则说明隧道偏左，反之则偏右。

上下偏差测量的方法是：

放一水准尺于所测环的大里程的底部，根据隧道内的高程控制点测出该环大里程的高程，通过与设计高程比较得出该环管片的上下偏差。

管片测量示意图详见图4—5。

图4-5管片姿态测量示意图

通过测量此偏差，可以反映出管片的错缝情况、管片在盾构机内和出盾尾后的变化情况以及管片最近两天的偏差变化情况。

以便于及时调整注浆、推进速度等施工参数。

4.6.3盾构进洞测量

盾构进洞时其大刀盘与预埋洞圈间的偏差允许值为平面<±50mm、高程<±25mm。

同时，盾构坡度较设计坡度略大0.2%（即略抬头）。

在盾构进洞前要系统地对盾构轴线进行一次全面精确的复测，并以此严格控制盾构的掘进参数。

由于管片出盾尾时都要受到很大的弯曲应力，所以进洞时应尽量使盾构机保持头高尾低的姿态，与端头井接收架的高程相当，使管片受到的弯曲应力尽量小。

4.7隧道贯通测量

隧道贯通前50m～100m，须进行施工控制导线的全线复测，直至保证隧道贯通。

贯通后，应进行横向贯通误差，纵向贯通误差测量。

4.8隧道竣工测量

竣工测量包括：

（1）隧道轴线检测

以施工控制导线点为依据，利用区间施工控制中线点组成附合导线。

轴线点的间距直线段每20m检测一次；曲线段每15m检测一次。

曲线半径小于350时，每10m检测一次。

中线点组成的导线为采用全站仪，左、右角各测一测回，左、右角平均值之和与360°的较差应小于4″，测距往返观测各二测回。

（2）隧道净空断面测量

以测定的中线点为依据，直线段每10m,曲线段5米间距测量隧道结构横断面，结构断面可采用全站仪进行施测，测定断面里程误差允许±50mm，断面测量精度允许误差为±12mm。

4.9隧道沉降测量

隧道沉降测量主要包含隧道结构沉降测量及旁通道结构沉降测量。

监测点布置

a、隧道沉降监测点应布置于走道板对面（拱底块右耳），每5环布置一点。

b、旁通道沉降监测点主要布置在喇叭口、集水井、主体结构底板处。

约6～7个点。

（2）监测频率

a、隧道沉降观测点应在管片脱出车架后3天内布设观测点并测量初始值，以后每三天观测一次，连续观测3次后，若沉降速度稳定，可放宽到每月观测一次。

区间隧道验收移交前均全面观测一次并提供完整观测记录。

b、旁通道结构沉降在结构达到设计强度后开始，先按每周测一次，若每周期沉降速率小于2mm/周期，则调整为一个月、三个月、六个月直至交给运营商。

（3）监测相关技术要求

隧道及旁通道沉降测量起算于本标段地面基准点（两月复测一次），隧道沉降监测按二等水准要求，将左、右行线隧道、旁通道监测点联接形成一条闭合水准线路，监测点高程初始值取二次连续观测的平均值。

五、测量误差分析

地铁隧道属地下工程施工，洞口的导线定向测量受城市施工条件的限制，一般只能以短边控制长距离；洞内的导线点及吊篮点经常受管片的沉降、位移、及电瓶车振动等因素的影响而移动；测量条件差，受到天气、洞内光线（主要是大气折光、旁折光、大气密度、光线强弱）的影响。

故须对施工过程中可能产生的测量误差进行分析并预计最弱点误差值，以确保轴线控制的精度及可靠性。

5.1隧道测量误差分析

盾构法地铁施工测量产生的误差是多方面的，这其中主要有：

在测角时有仪器误差、观测本身误差、目标偏心误差、测站偏心误差、外界条件等联合对测角的影响；

在水准测量时有仪器误差、气泡居中误差、读数误差、外界条件等联合对高差的影响。

一般的讲，隧道的高程比平面相对比较容易控制，普遍均能满足隧道的贯通要求，故我们通常强调的也主要是平面控制测量方面，即横向和纵向贯通误差的控制。

根据以往在盾构施工测量方面的经验，要保证隧道的顺利贯通，对仪器的精度及测量的各项技术要求较严格，为此我项目配备了目前精度较高的LeicaTS30全站仪以及专门成立了以经验丰富的测量专业人员为主的精测队。

纵观盾构机从出洞到进洞的整个掘进过程，最易出现问题的地方主要体现在下面几个阶段：

盾构出洞前端头井地上、地下导线点的联系测量。

由于受场地限制，导线点的布设较难，因此在测量中可能会遇到诸如短边、光线差、折角数多以及俯仰角偏大等因素的影响。

为此，我们通过不同测设方法或路径、增加测回数以及加大复测频率以将误差减小到最低限度，从而满足盾构出洞要求。

盾构掘进阶段：

由于刚掘进完的隧道易受衬砌本身自重、注浆效果及周围环境的影响而不断发生偏移，并且不易察觉，从而设在隧道壁边及顶部的导线点位置也发生了变化，如若仍采用原坐标，势必造成大的偏差，故我们在引测导线点时，必须对前三导线点进行检核，并在隧道掘进50m、100～150m、隧道旁通道及隧道2/3时均需进行全线定向复测。

盾构贯通前50～100m时：

最后的关键阶段，此时的测量准确与否关系到盾构机能否顺利进洞的关键，也是确保盾构机在盾构姿态偏差不大情况下能采取调整的最后机会，为此，此阶段的测量工作非常重要，我们首先要求掘进速度减缓，同时精测队应在此之前就开始全线复测，复测采取两种不同仪器独立测量，然后报监理复测，最终取多次结果的最可靠值作为指导盾构机的后续推进。

5.2隧道贯通误差预计

5.2.1平面贯通误差来源

贯通误差是指盾构机头中心与预留门洞中心的偏差值。

横向贯通误差的主要来源是下列五道测量工序的误差：

是地面控制测量误差；

是始发井联系测量的误差；

是地下导线测量误差量误差；

是盾构姿态的定位测量误差；

到达井联系测量的误差

引起平面贯通误差的各项误差的具体分析

（1）、地面控制测量误差：

地面导线测量对横向贯通的影响是测角误差和测边误差的共同影响。

导线测角误差引起的横向贯通中误差为myβ=mβ″/ρ″*√∑RX2

式中mβ—导线测角中误差，以秒计；

∑RX2—导线测角的各导线点至贯通面的垂直距离的平方和，单位m2；

ρ—206265

导线测边误差引起的横向贯通中误差为myS=mS/S*√∑ｄｙ2

式中mS/S—导线边长相对中误差；

∑ｄｙ2—导线各边长在贯通面上投影长度的平方和，单位m2；

两者共同的影响为ｍ＝±√myβ2