盾构隧道测量技术

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某盾构隧道测量技术

1 工程概况

某隧道位工程从xx 江南岸的出发井开始掘进,至北岸的到达井结束,隧道全长1 387 m 。盾构穿越过江工期为10 个月,要经历洪水期和枯水期。必须保证盾构穿越时的安全性,尤其是在南北防洪大堤穿越时严禁超欠挖,及时壁后注浆并严格控制注浆压力,防止压力过大造成劈裂或压力过小造成充填不饱满,导致地表沉陷,确保长江大堤的安全。

盾构穿越在地表下40 m 深处,经过粉砂岩、粘土质粉砂岩、砂砾层、卵石层、土层等多种不同的岩层,江底最小土层厚度12 m ,最大水压0. 4 MPa 。工程要求盾构隧道轴线贯通误差±50 mm ,地表沉降< 15 mm 。盾构机采用VMT 自动测量系统,人工测量采用徕卡全站仪。

2 测量概述

盾构隧道工程施工测量的主要任务是确定盾构掘进方位与高程,正确标定隧道轴线,使隧道沿着设计轴线延伸、贯通,以及隧道衬砌的三维位置符合设计要求。此外还应使与工程有关的其它建筑物准确地建造在其设计位置上,不侵入规定的界限。

盾构隧道工程施工测量包括以下内容:地面控制测量(平面及高程控制) 、竖井施工测量、井上井下联系测量、地下控制测量(平面及高程控制) 、盾构推进施工测量、隧道沉降测量、贯通测量以及竣工测量。

测量方式分为人工测量和自动测量两种,彼此相辅相成,缺一不可。在测量工作开始前,首先要做好各项准备工作,包括把各种测量仪器、设备及工具配备齐全,并按照国家测量规范要求做好仪器的检验校正工作以及测量技术人员的配备。然后根据工程设计要求,收集事先的各种有关资料,再结合详尽的现场踏勘资料分

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析,制定出一个合理、可行的测量技术方案。

3 测量设计

3. 1 地面控制测量设计

(1) 隧道地面平面控制测量设计

隧道地面平面控制测量的主要作用是保证地下相向开挖的工作面能正确贯通,其精度在很大程度上决定了隧道贯通的精度要求。本工程地面平面控制测量拟采用四等闭合导线测量,用全站仪同时进行量边和测角的工作,仪器的测边精度为1 mm + 2×10 - 6 。

按照工程测量规范,采用四等闭合导线测量,测角精度为m β= ±2. 5″,导线测量使用的全站仪为徕卡TCA1 800 ,测边精度取为1/ 100 000 ,对于1 mm + 2 ×10 - 6精度的仪器是很容易达到要求的。

导线测角误差引起的横向贯通中误差:my β= ± 2. 5206 ×103 ×

2906400 = ±20. 7 (mm)导线测边误差引起的横向贯通中误差:myl = ± 1100 000 × 1250400 = ±11. 2 (mm)导线测量误差对横向贯通精度的总影响值: m = ± 20. 72 + 11. 22 = ±23. 5 (mm)该导线方案可以满足洞外横向中误差m w = 30 m 的精度要求。

(2) 地面高程控制测量设计

地面高程贯通中误差为15 mm 。设整个地面高程测量路线长度为S ,则地面每公里高程测量中误差:m km = 15/ S = 15/ 3. 6 = 8. 0 (mm)本工程地面高程控制测量计划采用水准测量和光电测距三角高程侧量相结合的测量方法,即江南、 江北段采用水准测量,过江段采用光电测距三角高程测量。按照工程测量规范,采用四等水准测量和四等光电测距三角高程测量施测可以满足要求(四等水准测量每公里水准测量高差中误差为±5 mm ,四等光电测距三角高程测量每公里水准

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测量高差中误差为±7 mm) 。

3. 2 洞内控制测量设计

(1) 洞内平面控制测量设计

出于隧道形状狭长,且施工和测量几乎是同时进行,因此洞内平面控制只能采用支导线的形式,并随隧道的开挖而向前延伸。同时为了保证横向贯通误差不超过限差,应减少导线转折角数,即导线边应越长越好,但为了利用导线点进行方向监控,边长又不能太长。所以,在布设地下导线时采用分级布设的方法,即施工导线边长直线隧道80 rn ,曲线隧道40 m;主要导线边长直线隧道400 m ,曲线隧道200 m(图1) 。主要导线是选择一部分施工导线点布设而成,因此是在施工导线布设到一定长度后布设。

在地下导线测量中,量边误差对横向贯通影响甚微,因此通常仅考虑测角误差的影响。地下导线的测角误差设计值为:m β≤m n ・ρSn + 1. 5对于此隧道工程, S = 1. 4 km ,平均边长60 m , n = 25 , m n = 40 mm ,代入上式可得: m β = 2. 5″。按照工程测量规范,采用四等导线测量可以满足要求。 (2) 洞内高程控制测量设计

洞内高程贯通中误差为15 mm 。设整个洞内水准路线长度为S (一般以隧道全长来代替) ,则洞内每公里水准测量中误差: m km = 15/ S = 15/ 1. 4 =12. 7 mm 。按照工程测量规范,采用四等水准测量施测可以满足要求(四等水准测量每公里水准测量高差中误差为±5 mm) 。

3. 3 竖井联系测量设计

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(1) 定向测量设计

本工程计划采用联系三角形定向。按照铁路隧道测量规范规定,定向边定向中误差为2 ,5″,采用J1级全站仪测角,钢尺精密测距可以满足此要求。

(2) 导高测量设计

本工程计划采用钢尺法导入高程。按照铁路隧道测量规范规定,两次独立导入高程的误差为5mm ,采用钢尺精密导高可以满足此项要求。

4 贯通误差估计及误差分配

由于盾构法隧道工程施工是由一侧竖井出发,掘进至另一侧竖井,这就必然会在线路的纵、横、竖向出现贯通误差,其中以横向、高程贯通误差对工程影响最大,纵向贯通误差影响隧道中线的长度,但只要它不大于定测中线的误差即可。因此隧道控制测量的整个工作,从地面及地下控制测量的设计到进洞测量的各项工作,都必须紧密地围绕着如何保证贯通误差,特别是横向及高程贯通误差,在设计图纸及工程使用要求所允许的范围内。

4. 1 贯通误差的限差要求

按照铁路隧道测量规范规定,各项贯通误差的限差取为中误差的两倍。对于长度小于4 km 隧道的限差为100 mm ,高程贯通误差的限差为50 mm 。

4. 2 洞内外横向贯通中误差的分配

平面控制测量误差对横向贯通误差的影响由三个方面因素组成: ①洞外控制导线的测量误差; ②洞内控制导线的测量误差; ③竖井的定向误差。因此,应将上述的容许误差加以适当分配。对于平面控制测量而言,地面上的条件要较洞内好,故对地面控制测量的精度要求较高些。按照“控制点误差不使放样误差产生显著影响”的原则,地面控制网误差的影响应为总的横向贯通误差的0. 4 倍。在此基础上制定出洞内、洞外控制测量误差对横向贯通精度的影响值,其分别为: