王春蠶 武漢銳進(jìn)鐵路發(fā)展有限公司

盾構(gòu)是盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的簡(jiǎn)稱，是在可以移動(dòng)的鋼結(jié)構(gòu)外殼保護(hù)下進(jìn)行開(kāi)挖、支護(hù)、襯砌等多種作業(yè)一體化的施工機(jī)械。盾構(gòu)法施工掘進(jìn)速度快，且對(duì)周圍環(huán)境的影響小，不影響地面交通與航運(yùn)，施工中不受季節(jié)、風(fēng)雨等氣候條件制約，可以實(shí)現(xiàn)在多種復(fù)雜地質(zhì)條件下施工，在松軟含水地層中修建埋深較大，往往具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)越性?；谝陨蟽?yōu)勢(shì)，盾構(gòu)法施工目前被廣泛應(yīng)用于地鐵建設(shè)中。然而，盾構(gòu)也有其局限性，不同于礦山法暗挖、明挖或高架施工，盾構(gòu)是單向掘進(jìn)，一方面，起始方位角誤差造成的橫向偏差將隨著掘進(jìn)長(zhǎng)度的增加而同比例增長(zhǎng)，另一方面，隨著內(nèi)施工控制導(dǎo)線的延伸，測(cè)角誤差將逐步累積，測(cè)角累積誤差帶來(lái)的橫向偏差增長(zhǎng)比起始方位角誤差帶來(lái)的偏差更加顯著。由于盾構(gòu)一次成形，如果發(fā)生方向偏差將導(dǎo)致不可逆的后果，無(wú)法像礦山法一樣通過(guò)刷補(bǔ)修正，輕者引起調(diào)線調(diào)坡，導(dǎo)致使用標(biāo)準(zhǔn)降低，重則拆除重建，這樣不僅引起巨大的工程損失和工期延誤，而且由于結(jié)構(gòu)完整性遭到破壞，為運(yùn)營(yíng)期間結(jié)構(gòu)變形埋下了隱患，因此，控制橫向偏差是盾構(gòu)施工測(cè)量的關(guān)鍵。本文從聯(lián)系測(cè)量方法分析比較、地下控制測(cè)量注意事項(xiàng)、盾構(gòu)掘進(jìn)軸線偏差控制等方面，對(duì)地鐵盾構(gòu)測(cè)量控制措施進(jìn)行了總結(jié)概括，希望對(duì)類似工程提供有益的參考。

一、盾構(gòu)貫通施工測(cè)量概述

地下工程測(cè)量是一項(xiàng)持續(xù)性工作，需落實(shí)到勘察設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、運(yùn)營(yíng)等階段。經(jīng)地下工程測(cè)量后，應(yīng)及時(shí)反饋線狀工程的實(shí)際狀況，根據(jù)所得結(jié)果采取調(diào)整措施，及時(shí)糾偏，保證可順利貫通。盾構(gòu)法因具有技術(shù)可靠性和施工便捷性的特點(diǎn)而取得廣泛的應(yīng)用，盾構(gòu)期間做好測(cè)量工作具有顯著現(xiàn)實(shí)意義，能夠作為反映盾構(gòu)施工狀況的“窗口”，在此基礎(chǔ)上合理組織后續(xù)的盾構(gòu)作業(yè)，直至盾構(gòu)貫通為止。根據(jù)盾構(gòu)法工程的施工特點(diǎn)，測(cè)量工作應(yīng)重點(diǎn)考慮如下幾方面：創(chuàng)建平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)；明確地面的坐標(biāo)、方向及高程，將其有序傳遞至地下，由此構(gòu)建完整的地下坐標(biāo)系統(tǒng)；在前述基礎(chǔ)上，做好地下平面和高程的測(cè)量與控制工作；組織測(cè)量放樣，作為開(kāi)挖和襯砌的參照基準(zhǔn)，保證開(kāi)挖量的合理性以及襯砌結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性。根據(jù)上述所提的要點(diǎn)，詳細(xì)部署測(cè)量工作包括：經(jīng)測(cè)量后，在地下標(biāo)定建筑物的控制基準(zhǔn)線，包含設(shè)計(jì)中心線和高程，作為參照基準(zhǔn)而使用，以便后續(xù)的開(kāi)挖和襯砌作業(yè)均可高效推進(jìn)；開(kāi)挖面掘進(jìn)施工期間，根據(jù)要求使施工中線順利貫通，應(yīng)確保實(shí)際開(kāi)挖范圍穩(wěn)定在設(shè)定的界限以內(nèi)；按圖紙將設(shè)備安裝到位；采集并完整記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，匯總成測(cè)量資料，交給設(shè)計(jì)部門(mén)和管理部門(mén)，為相關(guān)部門(mén)日常工作的開(kāi)展提供參考。盾構(gòu)施工測(cè)量具有指導(dǎo)作用，應(yīng)保證盾構(gòu)機(jī)沿設(shè)計(jì)軸線方向穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)生成的測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)作為盾構(gòu)機(jī)調(diào)整姿態(tài)的參考。根據(jù)實(shí)際情況修正參數(shù)，并且測(cè)量數(shù)據(jù)還需反映出襯砌環(huán)的安裝質(zhì)量。

二、高鐵精密工程測(cè)量技術(shù)與應(yīng)用

（一）控制網(wǎng)的建立

在整體貫通，圍巖、仰拱及二次襯砌變形穩(wěn)定后，采用交叉導(dǎo)線控制網(wǎng)形式建立萬(wàn)安、興國(guó)洞內(nèi)CPII導(dǎo)線二等控制網(wǎng)，以滿足CPII軌道控制網(wǎng)起閉精度要求。為提高控制網(wǎng)的精度，綜合考慮垂線偏差、大氣折光和實(shí)際貫通誤差對(duì)CPII導(dǎo)線網(wǎng)的測(cè)量和平差影響，主要采取了以下技術(shù)措施：首先，在洞外CPII控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上重新布設(shè)與洞口基本等高的加密點(diǎn)，并保證后視點(diǎn)邊長(zhǎng)大于500m以上，有效削弱垂線偏差的影響；其次，兩座均為曲線，在保證導(dǎo)線邊長(zhǎng)的情況下，視線距離側(cè)壁往往較近，水平角度、距離觀測(cè)精度受到旁折光影響不可忽視。為了減弱旁折光的影響，采取在曲線整體規(guī)劃布點(diǎn)位置，確保曲線內(nèi)側(cè)的控制點(diǎn)間的視線遠(yuǎn)離側(cè)壁在1.5m以上，在半徑較小段落采用將控制點(diǎn)設(shè)置在中間的排水溝頂?shù)却胧?，有效削弱了旁折光?duì)測(cè)距、測(cè)角精度的影響，確保了控制網(wǎng)成果的可靠性；此外，CPII控制網(wǎng)所控制的中線一般與施工導(dǎo)線網(wǎng)確定的中線存在一定差異，為了使得貫通CPII導(dǎo)線網(wǎng)確定的中線與實(shí)際貫通后的中線盡量保持一致，CPII網(wǎng)測(cè)量時(shí)，將CPII網(wǎng)與洞內(nèi)施工導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，通過(guò)制定專項(xiàng)CPII網(wǎng)平差方案，將滿足CPII網(wǎng)精度的洞內(nèi)施工導(dǎo)線點(diǎn)作為坐標(biāo)約束點(diǎn)參與CPII導(dǎo)線網(wǎng)整網(wǎng)約束平差，在滿足CPII軌道控制網(wǎng)起閉精度要求的前提下，最大限度的保證了CPII控制網(wǎng)和貫通中線位置的一致性，即確保了CPII控制網(wǎng)精度滿足洞內(nèi)無(wú)砟軌道鋪設(shè)平順性的要求，也避免了軌道結(jié)構(gòu)侵入建筑限界，造成工程返工。

（二）聯(lián)系測(cè)量誤差控制措施

聯(lián)系測(cè)量是城市軌道交通控制測(cè)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)地下工程貫通控制的關(guān)鍵和核心。平面聯(lián)系測(cè)量是將地面的平面坐標(biāo)系統(tǒng)傳遞到地下，使地上、地下坐標(biāo)系統(tǒng)相一致的測(cè)量工作。平面聯(lián)系測(cè)量包括一井定向、兩井定向、導(dǎo)線直接傳遞測(cè)量、投點(diǎn)定向測(cè)量、陀螺儀定向等。聯(lián)系測(cè)量前，應(yīng)收集豎井設(shè)計(jì)資料及豎井控制測(cè)量成果，根據(jù)豎井幾何形狀及通過(guò)豎井向兩側(cè)開(kāi)挖正洞的長(zhǎng)度，對(duì)豎井聯(lián)系測(cè)量方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，方案比選時(shí)，應(yīng)以滿足精度要求、經(jīng)濟(jì)、高效安全為主要指標(biāo)。下面以石家莊市地鐵 2 號(hào)線一期工程施工07 標(biāo)藍(lán)天圣木站－ 運(yùn)河橋站盾構(gòu)法區(qū)間為例，說(shuō)明聯(lián)系測(cè)量技術(shù)措施。該盾構(gòu)法區(qū)間長(zhǎng)度約1300m，盾構(gòu)自運(yùn)河橋站始發(fā)，由于場(chǎng)地所限，運(yùn)河橋站分段開(kāi)挖，前期車站豎井口較?。▋删ㄏ蜾摻z間距最長(zhǎng)約35m、一井定向鋼絲間距約11m），為保證測(cè)量質(zhì)量，選用不同聯(lián)系測(cè)量方法分析測(cè)量效果。

（三）盾構(gòu)掘進(jìn)軸線偏差測(cè)量控制技術(shù)措施

盾構(gòu)掘進(jìn)軸線偏差測(cè)量控制，主要通過(guò)盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)、人工測(cè)量盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)及成型管片姿態(tài)綜合控制，主要測(cè)量措施如下：1）盾構(gòu)始發(fā)前，應(yīng)檢查始發(fā)架及反力架安裝位置和安裝穩(wěn)定性，確保其安裝位置、安裝穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。2）施工前，應(yīng)反復(fù)核查盾構(gòu)設(shè)計(jì)中心、盾構(gòu)機(jī)參數(shù)等，確保所有設(shè)計(jì)值符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，盾構(gòu)機(jī)參數(shù)設(shè)置準(zhǔn)確。3）為有效降低掘進(jìn)線路軸線偏差，提高掘進(jìn)軸線控制精度，應(yīng)提前確定軸線偏差控制值，并結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)工況，制定具有針對(duì)性和實(shí)踐性的應(yīng)急預(yù)案；同時(shí)，在掘進(jìn)施工期間，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軸線偏差情況，嚴(yán)格將偏差控制在允許值以內(nèi)。4） 采用盾構(gòu)自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工過(guò)程中，系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)開(kāi)掘軸線與設(shè)計(jì)軸線偏差，同時(shí)，還具有遠(yuǎn)程測(cè)量監(jiān)控功能，可實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。5）軸線偏差過(guò)大時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸線偏差情況、偏差大小、現(xiàn)場(chǎng)工況等，制定行之有效的糾偏方案；糾偏應(yīng)秉承“多次少量，勤測(cè)勤糾”的糾偏原則，避免單次糾偏幅度過(guò)大，造成錯(cuò)臺(tái)過(guò)大。

（四）各級(jí)控制網(wǎng)的復(fù)測(cè)和維護(hù)

高速鐵路工程測(cè)量貫穿了勘察設(shè)計(jì)、線下工程施工、線上無(wú)砟軌道施工、竣工驗(yàn)收測(cè)量、后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)等各個(gè)階段，建設(shè)和使用周期長(zhǎng)，在此期間控制網(wǎng)標(biāo)石損毀不可避免，嚴(yán)重影響到控制網(wǎng)的完整性、穩(wěn)定性、可靠性。高鐵實(shí)施過(guò)程中嚴(yán)格按照高鐵測(cè)量要求的“三網(wǎng)合一”體系開(kāi)展工作，對(duì)破壞點(diǎn)、不穩(wěn)定點(diǎn)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)設(shè)、移設(shè)，并按照與原測(cè)相同的測(cè)量等級(jí)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)，采用同精度擴(kuò)展的方法、以補(bǔ)樁點(diǎn)周邊同級(jí)的控制點(diǎn)作為起算，按照擬穩(wěn)平差或約束平差的方法，獲得補(bǔ)設(shè)點(diǎn)的坐標(biāo)，這樣既保證了補(bǔ)設(shè)點(diǎn)與原測(cè)網(wǎng)之間相對(duì)精度滿足原網(wǎng)一致的精度要求，又使控制網(wǎng)整體性、一致性得到了及時(shí)恢復(fù)。通過(guò)各階段控制網(wǎng)的復(fù)測(cè)維護(hù)工作，實(shí)現(xiàn)了勘測(cè)設(shè)計(jì)控制網(wǎng)、工程施工控制網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)控制網(wǎng)坐標(biāo)高程系統(tǒng)統(tǒng)一、起算基準(zhǔn)統(tǒng)一和測(cè)量精度的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

（五）盾構(gòu)掘進(jìn)軸線偏差測(cè)量控制措施

對(duì)于長(zhǎng)及曲線施工來(lái)講，確保盾構(gòu)機(jī)能正確地沿著設(shè)計(jì)軸線進(jìn)行推進(jìn)和貫通是最關(guān)鍵的問(wèn)題。盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中要嚴(yán)格控制中心與設(shè)計(jì)中線的偏差量，通常，盾構(gòu)掘進(jìn)軸線平面及高程允許偏差為±50mm，超過(guò)±50mm應(yīng)啟動(dòng)預(yù)警機(jī)制，超過(guò)±100mm應(yīng)停工并制定專項(xiàng)掘進(jìn)方案。為保證盾構(gòu)的準(zhǔn)確掘進(jìn)，主要通過(guò)盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)、人工測(cè)量盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)及人工測(cè)量成型管片姿態(tài)三方面進(jìn)行控制，具體包括以下測(cè)量措施：（1）盾構(gòu)始發(fā)前，始發(fā)架及反力架安裝需穩(wěn)定，且安裝位置符合設(shè)計(jì)要求。盾構(gòu)機(jī)始發(fā)容易出現(xiàn)栽頭現(xiàn)象，可結(jié)合地質(zhì)及施工條件適當(dāng)抬高盾構(gòu)始發(fā)基座。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)始發(fā)基座安放時(shí)頭部可高于原設(shè)計(jì)軸線坡度2‰的傾角向上進(jìn)行安放，盾構(gòu)機(jī)前端中心高于中心 20mm左右。（2）應(yīng)對(duì)盾構(gòu)設(shè)計(jì)中心等設(shè)計(jì)值及盾構(gòu)機(jī)參數(shù)進(jìn)行多級(jí)復(fù)核，確保準(zhǔn)確無(wú)誤，尤其注意曲線段中心線與設(shè)計(jì)線路中心線的區(qū)別。（3）盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，嚴(yán)格控制盾構(gòu)掘進(jìn)軸線偏差，確定軸線偏差控制值，建立預(yù)警機(jī)制。（4）采用盾構(gòu)自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地提供盾構(gòu)軸線與設(shè)計(jì)軸線的偏差，同時(shí)建立遠(yuǎn)程測(cè)量監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)盾構(gòu)機(jī)主機(jī)前進(jìn)的姿態(tài)數(shù)據(jù)。（5）為保證管片拼裝姿態(tài)，應(yīng)采用人工測(cè)量的方法及時(shí)對(duì)拼裝后的管片進(jìn)行測(cè)量檢核，并定期對(duì)盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)及其顯示的盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行人工檢核校正，并將人工復(fù)核結(jié)果定期上傳測(cè)量監(jiān)督平臺(tái)。（6）出現(xiàn)軸線偏差過(guò)大需要進(jìn)行軸線糾偏時(shí)，應(yīng)制定專業(yè)糾偏方案，做到勤測(cè)勤糾，每次糾偏量盡量小，避免錯(cuò)臺(tái)過(guò)大。糾偏過(guò)程中，每環(huán)管片在脫出盾尾后及時(shí)人工復(fù)測(cè)，確保盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。

（六）“三網(wǎng)合一”測(cè)量體系的應(yīng)用

高速鐵路在勘察設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)的各個(gè)階段，均采用控制網(wǎng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)物的坐標(biāo)點(diǎn)位放樣，因此必須保證各階段控制網(wǎng)放樣點(diǎn)位的一致性。如果勘察設(shè)計(jì)、線下工程施工和線上無(wú)砟軌道施工采用的坐標(biāo)系統(tǒng)不統(tǒng)一，將會(huì)造成線下工程線位偏離設(shè)計(jì)位置，甚至造成凈空限界不足，無(wú)法滿足線上無(wú)砟軌道施工要求。為高質(zhì)量、高效率服務(wù)于工程建設(shè)的各個(gè)階段，高速鐵路加密工程測(cè)量要求勘測(cè)設(shè)計(jì)控制網(wǎng)、工程施工控制網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)控制網(wǎng)的坐標(biāo)高程系統(tǒng)統(tǒng)一、起算基準(zhǔn)統(tǒng)一和測(cè)量精度的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，即“三網(wǎng)合一”。

三、結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著高速鐵路在鐵路客運(yùn)系統(tǒng)的普及應(yīng)用，百年來(lái)一直沿用至今的傳統(tǒng)鐵路工程測(cè)控技術(shù)，逐漸表現(xiàn)出與現(xiàn)代鐵路客運(yùn)系統(tǒng)不相適應(yīng)的特點(diǎn)。為了提高國(guó)內(nèi)鐵路系統(tǒng)發(fā)展水平，我國(guó)不斷學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外高速鐵路先進(jìn)測(cè)控技術(shù)，目前已掌握了高速鐵路精密工程測(cè)量技術(shù)，為適合本國(guó)國(guó)情的高鐵精密工程測(cè)量模式的成形打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。高鐵精密工程測(cè)量技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用，為國(guó)內(nèi)高鐵工程的測(cè)控提供了精確的技術(shù)指標(biāo)，為我國(guó)建設(shè)世界一流的高速鐵路提供了技術(shù)支撐，為高速鐵路的安全運(yùn)行提供了保障。