摘要：機(jī)械頂管施工是繼盾構(gòu)施工之后而發(fā)展起來的一種地下管道施工方法，它具有不需要開挖地面層、不影響地面交通等諸多優(yōu)點(diǎn)，然而頂管在施工過程中每節(jié)工具管都周期性的向前移動(dòng)，管內(nèi)不能布設(shè)長(zhǎng)期穩(wěn)定的測(cè)量控制點(diǎn)，對(duì)施工測(cè)量來說具有很大的難度。本文引用洛陽市洛南新區(qū)陽光電廠～彩云變電站220kv下穿關(guān)林大道頂管隧道，將前方交會(huì)技術(shù)應(yīng)用于施工控制點(diǎn)的恢復(fù)，提出“相對(duì)空間點(diǎn)位法”的施工控制點(diǎn)恢復(fù)方案，成功解決了機(jī)械頂管隧道施工控制點(diǎn)的恢復(fù)和井內(nèi)施工放樣成果的重復(fù)利用問題，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了測(cè)量工作效率。

關(guān)鍵詞：頂管隧道；前方交會(huì)；相對(duì)空間點(diǎn)位法；施工放樣；施工控制點(diǎn)

引言

機(jī)械頂管法施工技術(shù)是一種不開挖或者少開挖的管道施工技術(shù)，其原理是借助于主頂油缸及管道間、中繼間等推力，把工具管從工作井內(nèi)穿過掘進(jìn)層一直推進(jìn)到預(yù)定貫通位置。頂管法施工不同于傳統(tǒng)的地下隧道工程，其主要特點(diǎn)為施工掘進(jìn)過程中井下的工具管處于周期性運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，每節(jié)工具管既不斷向前，又由于受力的不均勻存在上下和左右運(yùn)動(dòng)，因此不能在工具管內(nèi)設(shè)置穩(wěn)定控制點(diǎn)的方法進(jìn)行施工測(cè)量，若每次施工放樣均從地面引測(cè)新的井下控制點(diǎn)，不僅占用時(shí)間長(zhǎng)、影響工程進(jìn)度，也存在測(cè)量工作量大、放樣檢核措施少等缺點(diǎn)。目前，崔國(guó)新[1]提出采用激光束的方法指導(dǎo)前進(jìn)方向；舒亞明等[2]對(duì)長(zhǎng)距離曲線頂管測(cè)量和控制進(jìn)行了研究；鄭金淼[3]提出了自動(dòng)導(dǎo)線測(cè)量系統(tǒng)的解決方案。本人通過洛陽市洛南新區(qū)橫穿關(guān)林大道的電力頂管隧道（長(zhǎng)185m），將前方交會(huì)技術(shù)應(yīng)用于井下控制點(diǎn)的恢復(fù)，提出“相對(duì)空間點(diǎn)位法”的施工控制點(diǎn)恢復(fù)方案，能解決頂管隧道施工過程中工具管周期性運(yùn)動(dòng)造成的施工控制點(diǎn)無法埋設(shè)問題，在此基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)械頂管隧道施工測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了有益的探討。

1 相對(duì)空間點(diǎn)位法原理

相對(duì)空間點(diǎn)位法是基于機(jī)械頂管隧道周期性向前移動(dòng)的特點(diǎn)，利用井下工具管內(nèi)施工控制點(diǎn)（P）與工作井后壁上控制點(diǎn)P1、P2的固有關(guān)系，將前方交會(huì)技術(shù)應(yīng)用于控制點(diǎn)恢復(fù)的一種方法。如圖1所示，P1，P2均為工作井后壁上已知點(diǎn)，P為工具管內(nèi)施工控制點(diǎn)，α為測(cè)得的水平夾角，SPP1，SPP2為施工控制點(diǎn)P到已知點(diǎn)P1和P2的距離。

圖1 相對(duì)空間交會(huì)法原理示意圖

在施工過程中由于工具管不斷前移，導(dǎo)致控制點(diǎn)P無法穩(wěn)定埋設(shè)，施工放樣時(shí)根據(jù)施工控制點(diǎn)P與P1點(diǎn)、P2點(diǎn)的關(guān)系，在一定高程面上實(shí)時(shí)對(duì)P點(diǎn)進(jìn)行恢復(fù)，利用頂角α進(jìn)行檢核以確保點(diǎn)位恢復(fù)的準(zhǔn)確，可達(dá)到迅速設(shè)站放樣的目的。

2 工程案例

2.1工程簡(jiǎn)介

洛陽市洛南新區(qū)陽光電廠～彩云變電站220千伏下穿關(guān)林大道頂管隧道，設(shè)計(jì)南北兩個(gè)工作井雙向掘進(jìn)，工作井長(zhǎng)寬均為7m×7m，井深約10.6m，頂管地下埋設(shè)約9.7m，工具管長(zhǎng)2m，管直徑2.5m，地下隧道長(zhǎng)184.775m，平面設(shè)計(jì)為直線掘進(jìn)，高程設(shè)計(jì)為1%的縱坡，設(shè)計(jì)貫通位置位于隧道中部。

2.2地面控制測(cè)量

地面控制網(wǎng)由設(shè)計(jì)單位完成，施工方接樁后首先對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，確認(rèn)點(diǎn)位穩(wěn)定可靠后，結(jié)合工作井的位置進(jìn)行加密測(cè)量，分別在距離1號(hào)和2號(hào)工作井4m～5m地質(zhì)穩(wěn)定、能長(zhǎng)期保存控制點(diǎn)的地方加密近井點(diǎn)J1和J2，且盡量保證J1、J2相互通視，以減小地面控制測(cè)量誤差的影響，導(dǎo)線加密測(cè)量網(wǎng)型圖如下所示：

圖2 地面網(wǎng)導(dǎo)線加密示意圖

地面高程控制測(cè)量時(shí)，為起算基準(zhǔn)的一致性，提高井下高程貫通測(cè)量精度，高程加密測(cè)量時(shí)起算點(diǎn)與未知點(diǎn)之間均進(jìn)行往返測(cè)量，J1、J2高程值由T112、T113進(jìn)行聯(lián)合平差得到。

2.3豎井聯(lián)系測(cè)量

平面網(wǎng)傳遞采用一井定向中的聯(lián)系三角形，工作井懸吊兩根直徑0.3mm鋼絲，在井上和井下分別粘貼反射片，井上和井下分別測(cè)定近井點(diǎn)與兩根鋼絲的距離和夾角，推算井下控制點(diǎn)X1、X2的平面坐標(biāo)。

2.4 高程傳遞測(cè)量

高程傳遞采用懸吊鋼尺的方法，在檢查近井點(diǎn)的點(diǎn)位穩(wěn)定可靠后，懸吊50m鋼尺，井上和井下同時(shí)安置水準(zhǔn)儀，觀測(cè)鋼尺讀數(shù)，改變鋼尺懸吊高度1m～2m，第二次讀數(shù)，兩次高差在3mm之內(nèi)取平均作為傳遞高差。為了增加可靠性，一般高程傳遞測(cè)量在頂管掘進(jìn)5m和30m后各獨(dú)立進(jìn)行一次。

2.5井下施工測(cè)量

井下施工測(cè)量，首先要根據(jù)豎井聯(lián)系測(cè)量的控制點(diǎn)X1和X2放樣出工作井后壁上的中線點(diǎn)Z0以及頂管掘進(jìn)方向的中線點(diǎn)Z1、Z2、Z3，以Z0為中心點(diǎn)，距離Z0點(diǎn)左右各2m～5m左右的位置制作出P1和P2點(diǎn)，將全站儀分別架設(shè)到Z1、Z2、Z3等中線點(diǎn)，測(cè)量α1、SP1Z1、SP2Z1、SZ0Z1，ΔHZ0Z1，α2、SP1Z2、SP2Z2、SZ0Z2、ΔHZ0Z2，α3、SP1Z3、SP2Z3、SZ0Z3，ΔHZ0Z3等數(shù)據(jù)。如圖3中所示：

圖3 相對(duì)空間點(diǎn)位法作業(yè)示意圖

采用相對(duì)空間點(diǎn)位法進(jìn)行施工放樣時(shí)，采用以下步驟：

（1）采用鋼尺丈量Z0到Z1的距離，首先找到里程位置；

（2）采用水準(zhǔn)儀測(cè)量Z0至Z1的高差，確定出待交會(huì)點(diǎn)Z1點(diǎn)的高程位置；

（3）測(cè)量P1Z1和P2Z1的距離，觀測(cè)距離與原值較差2mm之內(nèi)時(shí)在步驟2確定的高程面內(nèi)交會(huì)出Z1點(diǎn)；

（4）重復(fù)以上3個(gè)步驟交會(huì)出Z2；

（5）在Z2架設(shè)儀器，后視Z0，檢核夾角α2和中線點(diǎn)Z1，確定穩(wěn)定后進(jìn)行施工放樣。

采用相對(duì)空間點(diǎn)位法進(jìn)行施工放樣時(shí)，如果頂管隧道為直線，可直接采用撥角的方式指導(dǎo)施工前進(jìn)方向，若為頂管隧道為曲線，可將采用坐標(biāo)法放樣。

3 相對(duì)空間點(diǎn)位法的施工控制點(diǎn)埋設(shè)方案的科學(xué)性

相對(duì)空間點(diǎn)位法的本質(zhì)是前方交會(huì)，根據(jù)交會(huì)的原理，當(dāng)交會(huì)角（頂角）為90°時(shí)，交會(huì)點(diǎn)的精度最高，交會(huì)角一般應(yīng)該在30°～150°之間，然而由于頂管隧道的線性特征，要控制頂角在30°～150°之間顯然不可能，因此施工過程中采用后方交會(huì)的方法進(jìn)行施工放樣是不行的，然而通過一井聯(lián)系三角測(cè)量，先測(cè)量控制點(diǎn)（或中線點(diǎn)），再測(cè)量該點(diǎn)與工作井后壁上的三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的關(guān)系，在一定的高程面通過固定的距離關(guān)系來恢復(fù)控制點(diǎn)是完全可行的。每次施工放樣時(shí)只需要在一定高程面測(cè)量三個(gè)距離，檢核一個(gè)夾角，即可快速確定出施工控制點(diǎn)的位置，大大縮短了施工測(cè)量工作時(shí)間，降低了測(cè)量強(qiáng)度，讓測(cè)量成果可重復(fù)利用，從而提高可靠性和作業(yè)效率。

4相對(duì)空間點(diǎn)位法檢核措施

在市政頂管施工中，絕大多數(shù)是跨越城市道路的，頂管距離一般在200m之內(nèi)，因此在儀器精度滿足要求的前提下，井下控制點(diǎn)的穩(wěn)定性檢核具有更重要的意義，每次施工放樣時(shí)首先要判別基準(zhǔn)點(diǎn)Z0、P1、P2的相互距離關(guān)系，需要檢核頂角α1、α2、α3以及設(shè)站點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)Z0的關(guān)系等，若檢核出明顯粗差，應(yīng)該停止施工放樣，采用聯(lián)系三角形從新從地面引測(cè)相對(duì)關(guān)系，以確保頂管隧道掘進(jìn)的準(zhǔn)確。

5 建議及探索

“相對(duì)空間點(diǎn)位法”的施工控制點(diǎn)恢復(fù)方案具有降低測(cè)量工作強(qiáng)度、縮短工作時(shí)間、提高工作效率和井內(nèi)測(cè)量成果可重復(fù)利用等諸多優(yōu)點(diǎn)，采用此方法應(yīng)用于洛陽市洛南新區(qū)橫穿關(guān)林大道電力頂管隧道（長(zhǎng)185m）取得了很好的效果，該隧道貫通測(cè)量值為：Δx為3.6cm，Δy為0.82cm，Δz為1.6cm，滿足規(guī)范限差要求。通過該工程案例得到以下結(jié)論和建議：

（1）采用“相對(duì)空間點(diǎn)位法”設(shè)站要注意檢核點(diǎn)位的穩(wěn)定性，每次設(shè)站時(shí)均要對(duì)工作井后壁上的三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)和頂角α進(jìn)行檢核。

（2）采用“相對(duì)空間點(diǎn)位法”設(shè)站尤其適應(yīng)于直線頂管隧道，將施工控制點(diǎn)直接布設(shè)在隧道中線位置，每次放樣僅需要撥角即可完成。

（3）建議加強(qiáng)該領(lǐng)域的研究，將“相對(duì)空間點(diǎn)位法”施工控制點(diǎn)恢復(fù)技術(shù)應(yīng)用于長(zhǎng)距離的曲線頂管隧道施工中。

參考文獻(xiàn)：

[1] 崔國(guó)新.機(jī)械頂管施工測(cè)量方法[J].市政技術(shù)2006（1）

[2] 舒亞明[1]，周永紅[2].長(zhǎng)距離曲線頂管測(cè)量和控制[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2009（12）

[3] 鄭金淼.自動(dòng)導(dǎo)線測(cè)量系統(tǒng)及其在頂管施工中的應(yīng)用[J].測(cè)繪通報(bào). 2001（1）