1 引　言
隨著經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展和改革開放的深入,廣州城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,城市交通問題突出,在高樓密集、道路擁擠的廣州解決交通問題,以安全、快捷、環(huán)保著稱的地鐵是首選。廣州地鐵自1993年開工建設(shè)以來,經(jīng)過十來年地鐵工程建設(shè),先后開通了4條地鐵線路,舒緩了廣州的交通壓力。
廣州地鐵建設(shè)取得重大的成功之一是盾構(gòu)技術(shù)的引用。廣州地鐵以修建地鐵一號(hào)線為契機(jī),采取國(guó)際招標(biāo)的方式在軟土和復(fù)合地層中修建了地鐵隧道。尤其是廣州地區(qū)復(fù)合地層盾構(gòu)的成功實(shí)踐,結(jié)束了關(guān)于廣州地區(qū)修建隧道宜采用礦山法還是盾構(gòu)法的爭(zhēng)論。在一號(hào)線取得成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,廣州地鐵在其二、三、四、五號(hào)和廣佛線路大幅度采用盾構(gòu)技術(shù)(廣州地鐵盾構(gòu)施工情況見表1)。


地鐵是一個(gè)綜合體,建設(shè)一條高質(zhì)量的地鐵,是由多學(xué)科綜合技術(shù)構(gòu)成的,除了高標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)、先進(jìn)的施工設(shè)備、工藝、材料外,主要還取決于施工的精度,所以有效合理的測(cè)量措施是實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和施工精度(橫向貫通≤±50mm,縱向貫通≤±25mm)的重要保證。
2 盾構(gòu)施工前測(cè)量
2.1 控制點(diǎn)復(fù)測(cè)
(1)平面控制點(diǎn)復(fù)測(cè)
平面控制點(diǎn)是為地鐵施工沿線路方向測(cè)設(shè)的精密導(dǎo)線點(diǎn),使用前必須按技術(shù)要求進(jìn)行復(fù)測(cè),其主要技術(shù)要求:
①導(dǎo)線測(cè)角中誤差≤±2.5″;
②導(dǎo)線測(cè)距中誤差≤±6mm;
③導(dǎo)線方位角閉合差


④導(dǎo)線測(cè)距相對(duì)中誤差≤1/60000;
⑤導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差≤1/35000;
⑥相鄰點(diǎn)的相對(duì)點(diǎn)位中誤差≤±8mm;
⑦導(dǎo)線最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差≤±15mm;
⑧導(dǎo)線附(閉)合長(zhǎng)度3~5km;
(2)高程控制點(diǎn)復(fù)測(cè)
①觀測(cè)方法:
奇數(shù)站上為:后—前—前—后;
偶數(shù)站上為:前—后—后—前。
②主要技術(shù)要求:
每千米高差中數(shù)偶然中誤差≤±2mm;每千米高差中數(shù)全中誤差≤±4mm
觀測(cè)次數(shù):往返測(cè)各1次;平坦地往返附合或環(huán)線閉和差


2.2 施工測(cè)量方案設(shè)計(jì)
測(cè)量方案是根據(jù)本標(biāo)段工程實(shí)際情況,布置地上平面、高程加密控制點(diǎn)和地下平面、高程控制點(diǎn),對(duì)控制樁的保護(hù)措施做好聯(lián)系測(cè)量的方案,計(jì)算因控制網(wǎng)而造成盾構(gòu)區(qū)間貫通的誤差分析以及在施工測(cè)量放樣的具體方法等。
2.3 地面平高控制點(diǎn)加密
(1)導(dǎo)線點(diǎn)加密測(cè)量:利用現(xiàn)有的GPS點(diǎn)和精密的精度為


(L為水準(zhǔn)線路長(zhǎng)度,以km計(jì))。
2.4 聯(lián)系測(cè)量
(1)定向聯(lián)系測(cè)量
定向原理:見圖1,測(cè)量?jī)x器是全站儀+反射片,在整個(gè)施工過程中,坐標(biāo)傳遞4次。井上、井下聯(lián)系三角形滿足下列要求:
①兩懸吊鋼絲間距處不小于6m。
②定向角α應(yīng)小于3°。
③a/c及a/c的比值小于1.5倍。
聯(lián)系三角形邊長(zhǎng)測(cè)量,每次獨(dú)立測(cè)量3測(cè)回,每測(cè)回往返3次讀數(shù),各測(cè)回較差在地上小于0.5mm,在地下小于1.0mm。地上與地下測(cè)量同一邊的較差小于2mm。角度觀測(cè),用全圓測(cè)回法觀測(cè)4測(cè)回,測(cè)角中誤差在±4″之內(nèi)。各測(cè)回測(cè)定的地下起始邊方位角較差不大于20″,方位角平均值中誤差應(yīng)在±12″之內(nèi)。聯(lián)系三角形一次定向獨(dú)立進(jìn)行3測(cè)回,每測(cè)回后,變動(dòng)2個(gè)吊錘位置重新進(jìn)行定向測(cè)量,共有3套不同的完整觀測(cè)數(shù)據(jù)。


(2)高程聯(lián)系測(cè)量
整個(gè)區(qū)間施工中,高程傳遞至少3次。傳遞高程的地下近井點(diǎn)不少于2個(gè),并對(duì)地下高程點(diǎn)間的幾何關(guān)系進(jìn)行檢核。
測(cè)量近井水準(zhǔn)點(diǎn)的高程線路應(yīng)附合在地面相鄰精密水準(zhǔn)點(diǎn)上。采用在豎井內(nèi)懸吊鋼尺的方法進(jìn)行高程傳遞時(shí),地上和地下安置的2臺(tái)水準(zhǔn)儀應(yīng)同時(shí)讀數(shù),每次獨(dú)立觀測(cè)3測(cè)回,每測(cè)回變動(dòng)儀器高度,3測(cè)回得地上、地下水準(zhǔn)點(diǎn)的高差較差應(yīng)小于3mm,并在鋼尺上懸吊與鋼尺檢定時(shí)相同質(zhì)量的重錘。3測(cè)回測(cè)定的高差進(jìn)行溫度、尺長(zhǎng)修正。傳遞高程測(cè)量(見圖2)


3 盾構(gòu)施工中測(cè)量
3.1 施工控制測(cè)量
盾構(gòu)施工控制測(cè)量最大特點(diǎn)是所有的控制導(dǎo)線點(diǎn)和控制水準(zhǔn)點(diǎn)均處運(yùn)動(dòng)狀態(tài),所以盾構(gòu)施工測(cè)量中導(dǎo)線的后延伸測(cè)量和水準(zhǔn)點(diǎn)的復(fù)測(cè)顯得尤為重要。
(1)地下導(dǎo)線測(cè)量
廣州地鐵采用雙支導(dǎo)線的方法,雙支導(dǎo)線每前進(jìn)一段交叉一次。每一個(gè)新的施工控制點(diǎn)由2條路線傳算坐標(biāo)。當(dāng)檢核無誤,最后取平均值作為新點(diǎn)的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。線路平面示意圖如圖3。


地下導(dǎo)線測(cè)設(shè)要求:
①導(dǎo)線直線段約150m布設(shè)一個(gè)控制導(dǎo)線點(diǎn),曲線段控制導(dǎo)線點(diǎn)(包括曲線要素上的控制點(diǎn))布設(shè)間距不少于60m。
②按Ⅳ等導(dǎo)線的技術(shù)要求施測(cè).每次延伸施工控制導(dǎo)線測(cè)量前,對(duì)已有的施工控制導(dǎo)線前3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)無誤后再向前延伸。
③施工控制導(dǎo)線在隧道貫通前測(cè)量5次,其測(cè)量時(shí)間與豎井定向同步。當(dāng)重合點(diǎn)重復(fù)測(cè)量的坐標(biāo)值與原測(cè)量的坐標(biāo)值較差小于10mm時(shí),采用逐次的加權(quán)平均值作為施工控制導(dǎo)線延伸測(cè)量的起算值。
④在掘進(jìn)1000m和2000m時(shí),加測(cè)陀螺方位角加以校核。
3.2 盾構(gòu)機(jī)始發(fā)測(cè)量
(1)盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)軌定位測(cè)量
盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)軌測(cè)量主要控制導(dǎo)軌的中線與設(shè)計(jì)隧道中線偏差不能超限,導(dǎo)軌的前后高程與設(shè)計(jì)高程不能超限,導(dǎo)軌下面是否堅(jiān)實(shí)平整等,見圖4、圖5。


(2)反力架定位測(cè)量
反力架定位測(cè)量包括反力架的高度、俯仰度、偏航等,反力架下面是否堅(jiān)實(shí)、平整。反力架的穩(wěn)定性直接影響到盾構(gòu)機(jī)始發(fā)掘進(jìn)是否能正常按照設(shè)計(jì)的方位進(jìn)行。
(3)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)初始測(cè)量
盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)初始測(cè)量包括測(cè)量水平偏航、俯仰度、扭轉(zhuǎn)度。盾構(gòu)機(jī)的水平偏航、俯仰度是用來判斷盾構(gòu)機(jī)在以后掘進(jìn)過程中是否在隧道設(shè)計(jì)中線上前進(jìn),扭轉(zhuǎn)度是用來判斷盾構(gòu)機(jī)是否在容許范圍內(nèi)發(fā)生扭轉(zhuǎn)。盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)測(cè)量原理。盾構(gòu)機(jī)作為一個(gè)近似圓柱的三維體,在開始隧道掘進(jìn)后我們是不能直接測(cè)量其刀盤的中心坐標(biāo)的,只能用間接法來推算。在盾構(gòu)機(jī)殼體內(nèi)適當(dāng)位置上選擇觀測(cè)點(diǎn)就成為必要,這些點(diǎn)既要有利于觀測(cè),又有利于保護(hù),并且相互間距離不能變化。在圖6中,O點(diǎn)是盾構(gòu)機(jī)刀盤中心點(diǎn),A點(diǎn)和B點(diǎn)是在盾構(gòu)機(jī)前體與中體交接處,螺旋機(jī)根部下面的2個(gè)選點(diǎn)。C點(diǎn)和D點(diǎn)是螺旋機(jī)中段靠下側(cè)的2個(gè)點(diǎn),E點(diǎn)是盾構(gòu)機(jī)中體前斷面的中心坐標(biāo),A、B、C、D4點(diǎn)上都貼有測(cè)量反射鏡片。由A、B、C、D、O5點(diǎn)所構(gòu)成的2個(gè)四面體中,測(cè)量出每個(gè)角點(diǎn)的三維坐標(biāo)(xi,yi,zi)后,把每個(gè)四面體的4個(gè)點(diǎn)之間的相對(duì)位置關(guān)系和6條邊的長(zhǎng)度L計(jì)算出來,作為以后計(jì)算的初始值,在以后的掘進(jìn)過程中,Li將是不變的常量(假設(shè)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中前體不發(fā)生太大形變),通過測(cè)量A、B、C、D4點(diǎn)的三維坐標(biāo),用(x,y,z)、L就能計(jì)算出O點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
用同樣的原理,A、B、C、D、E5點(diǎn)也可以構(gòu)成2個(gè)四面體,相應(yīng)地E點(diǎn)的三維坐標(biāo)也可以求得。由E、O 2點(diǎn)的三維坐標(biāo)和盾構(gòu)機(jī)的絞折角就能計(jì)算出盾構(gòu)機(jī)刀盤中心的水平偏航、垂直偏航,由A、B、C、D4點(diǎn)的三維坐標(biāo)就能確定盾構(gòu)機(jī)的扭轉(zhuǎn)角度,從而達(dá)到了檢測(cè)盾構(gòu)機(jī)的目的。
(4)SLS-T導(dǎo)向系統(tǒng)初始測(cè)量
SLS-T導(dǎo)向系統(tǒng)初始測(cè)量包括:隧道設(shè)計(jì)中線坐標(biāo)計(jì)算,TCA(智能型全站儀)托架和后視托架的三維坐標(biāo)的測(cè)量,VMT初始參數(shù)設(shè)置和掘進(jìn)等工作。
①隧道設(shè)計(jì)中線坐標(biāo)計(jì)算:將隧道的所有平面曲線要素和高程曲線要素輸入VMT軟件,VMT將會(huì)自動(dòng)計(jì)算出每間隔1m里程的隧道中線的三維坐標(biāo)。隧道中線坐標(biāo)需經(jīng)過其他辦法多次復(fù)核無誤后方可使用。
②TCA托架和后視托架的三維坐標(biāo)的測(cè)量:TCA托架上安放全站儀,后視托架上安放后視棱鏡。通過人工測(cè)量將TCA托架和后視托架的中心位置的三維坐標(biāo)測(cè)量出來后,作為控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的起始測(cè)量數(shù)據(jù)。
③VMT初始參數(shù)設(shè)置:將TCA的中心位置的三維坐標(biāo)以及后視棱鏡的坐標(biāo)、方位角(單位以g計(jì)算)輸入控制計(jì)算機(jī)“station”窗口文件里,TCA定向完成后,啟動(dòng)計(jì)算機(jī)上的“advance”,TCA將照準(zhǔn)激光標(biāo)靶并測(cè)量其坐標(biāo)和方位。根據(jù)激光束在標(biāo)靶上的測(cè)量點(diǎn)位置和激光標(biāo)靶內(nèi)的光柵,可以確定激光標(biāo)靶水平位置和豎直位置,根據(jù)激光標(biāo)靶的雙軸測(cè)斜傳感器可以確定激光標(biāo)靶的俯仰角和滾動(dòng)角,TCA可以測(cè)得其與激光靶的距離,以上資料隨推進(jìn)千斤頂和中折千斤頂?shù)纳扉L(zhǎng)值及盾尾與管片的凈空值(盾尾間隙值)一起經(jīng)掘進(jìn)軟件計(jì)算和整理,盾構(gòu)機(jī)的位置就以數(shù)據(jù)和模擬圖形的形式顯示在控制室的電腦屏幕上。通過對(duì)盾構(gòu)機(jī)當(dāng)前位置與設(shè)計(jì)位置的綜合比較,盾構(gòu)機(jī)操作手可以采取相應(yīng)措施盡快且平緩地逼近設(shè)計(jì)線路


3.3 盾構(gòu)掘進(jìn)測(cè)量
盾構(gòu)開挖隧道,利用盾構(gòu)上的激光導(dǎo)向系統(tǒng)導(dǎo)向。
(1)盾構(gòu)井(室)測(cè)量
采用聯(lián)系測(cè)量將控制點(diǎn)傳遞到盾構(gòu)井(室)中,并利用測(cè)量控制點(diǎn)測(cè)設(shè)出線路中線點(diǎn)和盾構(gòu)安裝時(shí)所需要的測(cè)量控制點(diǎn)。測(cè)設(shè)值與設(shè)計(jì)值較差應(yīng)小于3mm。
(2)盾構(gòu)拼裝測(cè)量
安裝盾構(gòu)導(dǎo)軌時(shí),測(cè)設(shè)同一位置的導(dǎo)軌方向、坡度和高程與設(shè)計(jì)較差應(yīng)小<