地铁盾构施工测量方案.doc

地铁一号线TJSG-7标 施工测量方案

目录
1.概况 1
2.编制依据 2
3.仪器设备配置 2
4.施工测量组织机构 2
5.测量技术保证措施 3
6.技术方案 4
7.贯通后测量 ………………………………………………………………13
8.全线贯通误差分析………………………………………………………...14

地铁盾构区间测量施工专项方案
1.概况
1.1工程概况
略
1.2控制点概况
区间总共利用业主提供的地面精密控制点11个、二等水准点9个，其中相邻两控制点相互基本通视。精密导线点由玉～洒沿线路布设，通视基本良好；
2.编制依据
略
3.仪器设备配置

仪 器 名 称
规格型号
单位
数量
徕卡全站仪
TCR1201
台
1
反射棱镜
徕卡
套
2
徕卡电子水准仪
莱卡DNA03
台
1
条码铟钢尺
2m
对
1
50米裹塑钢尺
50m
把
1
数显式收敛仪

台
1
对中杆

套
1
尺垫

个
2
监测仪器汇总表 表1
4.施工测量组织机构
整个区间施工中，项目经理部设测量主管一名，负责具体的施工测量工作管理及安排；专职测量工程师，负责现场施工测量放样及内业资料的整理；专职测量工，负责施工监测实施及测量工作的实施与配合。整个测量工作实行“测量工对测量工程师负责、测量工程师对测量主管负责、测量主管对项目总工程师负责”的层层负责制。
测量组织机构人员名单如下：
序号
人员
职务
主 要 职 责
1

项目经理
全面负责监测工作的管理。
2

项目总工
负责监测管理工作与监测数据的分析。
3

测量主管
负责监测方案实施，管理。
4

测量工程师
负责监测方案实施，监测资料的分析与整理
5

高级测量员
监测方案实施，资料整理
6

高级测量员
监测方案实施，资料整理。
7

高级测量员
监测方案实施与配合。
8

高级测量员
监测方案实施，资料整理。
5.测量技术保证措施
1、施工中认真做好地下导线和洞中水准线路的复测工作，至少一月复测一次，确保各导线点和水准点的稳定。
2、独立复测由业主交给的导线点和地面主控制点，并在此基础上安排自已的控制或施工放样测量作业，按规范埋设测量桩点并定期复测。
3、为保证工程顺利进展，适当加密或改善地面控制点，务求有较多的“多余观测条件”以保证施工测量精度。
4、放样工作特别关注保证车站两个端头井处隧道的空间位置，确保不修改线路设计，确保限界净空需要。
5、对每个工序的测量作业按照监理工程师的要求提交测量报告，经驻地监理核准后，方允许后面工序的操作。
6、接受和配合驻地监理检查工作，以及对施工控制测量项目进行的阶段性复核和抽检工作。
7、按照《桩位保护协议》要求对测量监理交桩及施工场地内已复测桩点重点保护。
8、测量的原始记录，必须在现场同步作出，严禁事后补记补绘；测量资料不允许涂改，不合格时进行补测或重测。
9、测量过程必须有可追溯的详细文字记录，内容包括测量仪器编号及名称、人员分工、测量读数、计算、结果，控制桩使用情况，气候、日期、主测人、复核人等。
10、利用已知点进行引测、加点和工程放样前，坚持先检测后利用的原则，即已知点检测无误或合格时，才能利用。
11、设立测量小组，施工放样坚持复核制，以确保点位正确。复核制包括两个方面，即内业复核和外业复核。只有在内业和外业复核无误后方可进行下一步的施工。
12、测量的人员和仪器必须有绝对的保证和相对的稳定。所有参加测量的人员都必须持证上岗，并且建立各测量人员的岗位负责制。测量仪器必须定期校核和控制在使用有效期内，同时加强对测量仪器的管理。
13、盾构隧道内布置主副导线，在隧道内形成闭合环。
6.技术方案
外业测量工作分为三个阶段：前期准备工作阶段；隧道施工阶段；贯通后测量阶段。
6.1 隧道掘进准备工作阶段
测量工作主要有：①复测业主提交的控制点；②地面控制导线测量；③地面控制高程测量；④车站盾构井的联系测量。
6.1.1复测业主移交的控制点
6.1.1.1平面控制点复测
平面控制点复测按精密导线的技术要求进行。精密导线沿线路方向布设，采用附合导线复测。
精密导线测量过程中主要技术要求：
每边测距中误差：±4mm
测距相对中误差：1/60000
测角中误差：±2.5″
Ⅱ级全站仪测回数：6测回
方位角闭和差：5n1/2
全长相对闭和差：1/35000
相邻点的相对点位中误差：±8mm
精密导线点上只有两个方向时，按左右角观测，左右角平均值之和与360度的较差应小于4″。
水平角观测遇到长、短边需要调焦时，应采用盘左长边调焦，盘右长边不调焦；盘右短边调焦，盘左短边不调焦的观测顺序进行观测。
每条导线边应往返观测各两个测回。每测回间应重新照准目标，每测回三次读数。
测距时，一测回三次读数的较差应小于3mm,测回间平均值的较差应小于3mm,往返平均值的较差应小于5mm。
6.1.1.2高程控制点复测
高程控制点复测按精密水准测量的技术要求进行,复测线路为闭合线路。
6.1.1.2.1、精密水准测量观测方法：
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每一测段的往测与返测，分别在上午、下午进行，也可在夜间观测。
④由往测转向返测时，两根标尺必须互换位置。
6.1.1.2.2、精密水准测量的主要技术要求：
每千米高差中数中误差偶然中误差：±2mm
每千米高差中数中误差权中误差：±4mm
附合水准路线平均长度：2～4km
观测次数：往返测各一次
平坦地往返较差、附合或环线闭和差：±8L1/2mm
视距：<50m
前后视距差: <1.0m
前后视距累计差: <3.0m
6.1.2地面控制导线测量
为了便于各个联系测量和临时的施工放样，分别在玉祥门站盾构井附近各增设3～4个地面趋近导线控制点。
6.1.2.1、精密导线网中的控制点位满足以下要求：
①、相邻边长不宜相差过大，个别边长不宜短于100m。
②、精密导线点的位置应选在因地下铁道、轻轨交通工程施工而发生沉降变形区域以外的地方。
③、点位应避开地下管线等地下建筑物。
④、GPS控制点与相邻精密导线点间的竖直角不应大于30°。
⑤、相邻点之间的视线距障碍物的距离以不受旁折光影响为原则。
⑥、充分利用业主导线点。
⑦、地面趋近导线附合在精密导线上。近井点与GPS点或精密导线点通视，使定向具有最有利的图形。趋近导线测量执行精密导线的有关技术要求。
⑧、采用徕卡TCR1201全站仪进行施测（测角精度为±1″，测距精度为±1+1.5ppm）。按左右角观测（左右角各三测回），左右角平均值之和与360°的较差应小于4″。精密导线和趋近导线采用严密平差，其近井点的点位中误差应在±10mm之内。测角中误差±2.5〃，方位角闭合差5.0×n1/2，全长相对闭合差1/60000，全长相对闭和差：1/35000。
6.1.2.2、区间地面导线网的布设方式：
精密导线复测采用附合导线，玉祥门站以GPS控制点：西仪集团、和澳都酒店为起始方位边，通过沿线的地面加密导线点，最后回到水工院和鸿海大厦，形成附合导线。
6.1.3地面控制高程测量
地面高程控制网是在城市二等水准点下布设的精密水准网。精密水准网沿工程线路布设成闭合路线。车站、隧道洞口或盾构井口设置2个以上的水准点。精密水准点选在施工场地变形区域外稳固的地方，墙上水准点选在永久性建筑物上。水准点点位便于寻找、保存和引测。
业主提供11个水准点，分别为理工大技校、西仪坊、大庆路小学、 建中巷、秦都酒店（付）、秦都酒店（正）、玉祥门里、莲湖路小学、省物资局（付）、省物资局（正）、西安小学。为满足测量和监测要求，全段共测设10个临时水准点，玉祥门站、洒金桥站各四个，联络通道设两个，所有的高程控制点将布设在沉降影响区域外，且保证稳定。临时水准点用精密水准测量方法引测（所用仪器精度为±0.3mm/km），闭合差的精度为±8l1/2(l为水准线路长度，以km计)。
6.1.4车站盾构井的联系测量
联系测量分定向联系测量和高程联系测量
6.1.4.1、定向联系测量
本标段定向联系测量均采用两井定向联系测量。
6.1.4.1.1、玉祥门站两井定向测量
当车站施工完成，盾构即将掘进之前，利用车站结构提供的条件分别在车站盾构始发井及临时出土口的两端悬吊钢丝进行两井定向，以提高地下导线的测量精度。
1)两井定向的外业工作
根据规范对无定向导线的要求，我们在玉祥门站的地面上埋设四个近井点A、B、C、D，在底板上埋设四个控制点C1、C2、C3、C4构成闭和导线如图1所示：通过近井点A、B经盾构井中悬吊的钢丝O1及底板上的C1、C4和盾构井中悬吊的钢丝O2回到C、D点。经过数据平差处理求得点C1、 C2、C3、C4、的方位角和坐标。
2)内业计算
①通过精确测定两近井点的坐标计算出两点的方位角与距离。
②假设地下导线点的起始方位角，计算地下导线点与钢丝锤线的角度。
③通过角度由已知方位角推算出所有地下导线的方位角。
6.1.4.2高程联系测量
传递高程测量采用钢尺导入法示意图见图2。用鉴定后的钢尺，挂重锤（重量与钢尺检定时的拉力相等），用两台水准仪在井上下同步观测，将高程传至井下固定点。整个区间施工中，高程传递至少三次。传递高程的地下近井点不少于2个，并对地下高程点间的几何关系进行检核。
测定近井水准点的高程的地面趋近水准测量路线，应附合在地面相邻精密水准点上。趋近水准测量执行精密水准测量的有关技术要求。采用在竖井内悬吊钢尺的方法进行高程传递时，地上和地下安置的两台水准仪应同时读数，每次独立观测三测回，每测回变动仪器高度，三测回得到地上、地下水准点的高差较差应小于3 mm。三测回测定的高差进行温度、尺长修正。

图2
6.2 隧道施工测量
6.2.1、施工控制测量
盾构施工控制测量最大特点是所有的控制导线点和控制水准点均处在运动状态，所以盾构施工测量中导线的延伸测量和水准点的复测显得尤为重要。
6.2.1.1地下导线测量
地下控制导线的布设一般用支导线的方法，我项目部拟定在本标段内采用双支导线的方法，双支导线每前进一段交叉一次。每一个新的施工控制点由两条路线传算坐标。当检核无误，最后取平均值作为新点的数据。
随盾构的掘进，直线段约60m布设一个施工控制点，150m布设一个控制导线点；曲线段约40m～80m布设一个导线点，控制导线点（包括曲线要素上的控制点）布设间距不少于100m。采用徕卡TCR1201全站仪（1″，1+1.5ppm），左右角各观测3测回，左右角平均值之和与360度的较差控制在4〃内，边长往返观测各两个测回，平均值较差控制在3mm之内，测回间测距相对中误差控制在1/60000之内。
每一次向前延伸测量前，首先要向后延伸三点进行检测，测角中误差控制在+2.5〃内，角度互差控制在±4〃内。测距的相对中误差控制在1/90000之内，若检测值超出范围，再往后延伸，直到满足要求为止。
在盾构施工中，每掘进150m左右或盾构机检修时间较长时，对隧道全线进行复测。
6.2.1.2地下高程测量
地下高程测量采用水准测量方法，并起始于地下水准点。地下施工水准点每50m设置一个，地下施工控制水准点每200m设置一个并尽量与地下导线点合用。地下施工水准测量采用莱卡DNA03电子水准仪配合2m铟钢尺进行往返观测，其闭和差应在±8L1/2mm（L千米计）之内。地下控制水准测量在隧道贯通前独立进行三次，并与地面向地下传递高程同步。重复测量的高程点与原测点的高程较差应不大于21/2倍高程中误差，并采用逐次水准测量的加权平均值作为下次控制水准测量的起算值。地下控制水准测量的方法和精度要求同地面精密水准测量一致。
6.2.2、盾构机始发测量
盾构机始发测量包括盾构机导轨定位测量，反力架定位测量，盾构机姿态初始测量等。
6.2.2.1、盾构机导轨定位测量。盾构机导轨测量主要控制导轨的中线与设计隧道中线偏差不能超限，导轨的前后高程与设计高程不能超限，导轨下面是否坚实平整等。
6.2.2.2、反力架定位测量。反力架定位测量包括反力架的高度、俯仰度等，反力架下面是否坚实、平整。反力架的稳定性直接影响到盾构机始发掘进是否能正常按照设计的方位进行。
6.2.2.3、盾构机姿态初始测量
盾构机姿态初始测量包括测量盾构机的水平偏航角、俯仰角、扭转角。盾构机的水平偏航角、俯仰角是用来判断盾构机在以后掘进过程中是否在隧道设计中线上前进，扭转度是用来判断盾构机是否在容许范围内发生扭转。
盾构机姿态测量原理。盾构机作为一个近似圆柱的三维体，在开始隧道掘进后我们是不能直接测量其刀盘的中心坐标的，只能用间接法来推算出其中心坐标。在盾构机壳体内适当位置上选择观测点就成为必要，这些点既要有利于观测，又有利于保护，并且相互间距离不能变化。在下图3中，O点是盾构机刀盘中心点，A点和B点是在盾构机前体与中体交接处，螺旋机根部下面的两个选点。C点和D点是螺旋机中段靠下侧的两个点，E点是盾构机中体前断面的中心坐标，A、B、C、D四点上都贴有测量反射镜片。由A、B、C、D、O四点所构成的两个四面体中，测量出每个角点的三维坐标（xi,yi,zi）后，把每个四面体的四个点之间的相对位置关系和6条边的长度Li计算出来，作为以后计算的初始值，在以后的掘进施工过程中，Li将是不变的常量（假设在隧道掘进过程中盾构机前体不会发生太大形变），通过测量A、B、C、D四点的三维坐标，用（xi,yi,zi）、Li就能计算出O点的三维坐标。
用同样的原理，A、B、C、D、E四点也可以构成两个四面体，相应地E点的三维坐标也可以求得。由E、O两点的三维坐标和盾构机的绞折角就能计算出盾构机刀盘中心的水平偏航、垂直偏航，由A、B、C、D四点的三维坐标就能确定盾构机的扭转角度，从而达到了检测盾构机的目的。
6.2.2.4 演算工房导向系统初始测量
演算工房导向系统初始测量包括：隧道设计中线坐标计算，TCA托架和后视托架的三维坐标的测量，演算工房初始参数设置等工作。
、 隧道设计中线坐标计算：将隧道的所有平面曲线要素和高程曲线要素输入演算工房软件，演算工房将会自动计算出每间隔1米/0.5米里程的隧道中线的三维坐标。隧道中线坐标需经过其他办法多次复核无误后方可使用。
、 TCA托架和后视托架的三维坐标的测量：TCA（智能型全站仪）托架上安放全站仪，后视托架上安放后视棱镜。通过人工测量将TCA托架和后视托架的中心位置的三维坐标测量出来后，作为控制盾构机姿态的起始测量数据。测量示意图见图6。

图6
、演算工房初始参数设置： 将TCA的中心位置的三维坐标以及后视棱镜的坐标、方位角输入控制计算机文件里，TCA定向完成后，启动计算机上的相应的导向程序，TCA将照准盾体内的两个电动棱镜并测量其坐标和方位角。根据激光束在两个电动棱镜上的测量的距离和方位角，可以确定两个电动棱镜水平位置和竖直位置，根据演算工房的双轴测斜传感器可以确定盾体的俯仰角和滚动角，TCA可以测得其与两个电动棱镜的距离，以上资料随推进千斤顶和中折千斤顶的伸长值及盾尾与管片的净空值（盾尾间隙值）一起经掘进软件计算和整理；盾构机的位置就以数据和模拟图形的形式显示在控制室的电脑屏幕上。通过对盾构机当前位置与设计位置的综合比较，盾构机操作手可以采取相应措施尽快且平缓地逼近设计线路。
6.3 盾构掘进测量
盾构开挖隧道，利用设置在盾构上的激光导向系统进行导向。隧道施工测量，采用地下施工控制导线点和施工控制水准点逐次重复测量成果的加权平均值作为起算数据。
盾构法掘进隧道施工测量包括盾构井（室）测量、盾构拼装测量、盾构姿态测量和衬砌环片测量。采用联系测量将测量控制点传递到盾构井（室）中，并利用测量控制点测设出线路中线点和盾构安装时所需要的测量控制点。测设值与设计值较差应小于3mm。安装盾构导轨时，测设同一位置的导轨方向、坡度和高程与设计较差应小于2mm。盾构拼装竣工后，进行盾构纵向轴线和径向轴线测量，主要测量内容包括刀口、机头与盾尾连接点中心、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。盾构机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，各项测量误差应满足下表。
盾构机姿态测量误差技术要求
测量项目
测量误差
平面偏离值（mm）
±5
高程偏离值（mm）
±5
纵向坡度（%）
1
横向旋转角（′）
±3
切口里程（mm）
±10
测定盾构机实时姿态时，测量一个特征点和一个特征轴，选择其切口中心为特征点，纵轴为特征轴。利用隧道施工控制导线测定盾构纵向轴线的方位角，该方位角与盾构本身方位角的较差为方位角改正值，并以此修正盾构掘进方向。衬砌环片测量包括测量衬砌环的环中心偏差、环的椭圆度和环的姿态。衬砌环片不少于3～5环测量一次，测量时每环都测量，并测定待测环的前端面。相邻衬砌环测量时重合测定2～3环片。环片平面和高程测量允许误差为±15mm。盾构测量资料整理后，及时编制测量成果表，报送盾构操作人员。
盾构掘进测量以演算工房导向系统为主，辅以人工测量校核。利用盾构机上所带的演算工房自动激光隧道导向系统及图象靶来完成隧道内盾构机位置、形态及管片位置等隧道内的测量工作。并通过控制系统随时进行调整。演算工房导向系统能够全天候的动态显示盾构机当前位置相对于隧道设计轴线的位置偏差，主司机可根据显示的偏差及时调整盾构机的掘进姿态，使得盾构机能够沿着正确的方向掘进。为了确保导向系统的准确性、确保盾构机能够沿着正确的方向开挖，每周进行2次人工测量复核。
7.贯通后测量
全线贯通测量主要包括贯通测量和竣工测量。
7.1 贯通测量
隧道贯通前50m要加密各项测量次数，做盾构机进洞前的姿态检测，TCA托架坐标检测等。并及时向业主和监理汇报结果，若测量结果不符合有关要求，及时调整自动导向系统参数，确保隧道准确贯通。贯通后，用贯通面两侧的导线点做贯通误差测量，包括隧道的纵向、横向和方位角贯通误差测量、高程误差测量。
7.2 竣工测量
、线路中线测量：在直线段上点间距平均为150m，曲线上为60m，测量隧道管片实际中线坐标。按主控测量的方法要求进行，技术指标同主控测量。
、隧道净空测量：以测定的线路中线点为依据，直线段每9m，曲线上包括曲线要素点每4.5米测设一个结构横断面，结构横断面可采用全站仪测量，测定断面里程误差允许为±50mm，测量断面精度为±50mm。
8.全线贯通误差分析
全线贯通误差由三部分组成：横向贯通中误差（M横），竖向贯通中误差（M竖），纵向贯通中误差（M纵）。其中横向贯通中误差和竖向贯通中误差对隧道质量有影响，纵向贯通中误差只对贯通面在距离上有影响，所以主要对M横和M竖进行分析。影响横向中误差的主要原因是测角误差，而测距误差对M横影响很小。高程误差主要造成竖向贯通误差。下面结合本标段的实际，通过实际贯通中误差预测，评估我们拟使用的仪器及方法能否满足设计及规范的要求。分析数据均取最不利值。
我们拟投入到本标段使用的仪器：仪器为徕卡TCR1201全站仪（测角精度为±1″，测距精度为±1+1.5ppm），莱卡DNA03电子水准仪（精度等级0.3mm/km）。均按精密导线、精密水准技术要求进行。
由横向贯通误差和高程贯通误差分析可知，我们拟采用的测量仪器和测量方法能够满足盾构区间隧道贯通要求。