1 引　言
隨著經(jīng)濟全球化發(fā)展和改革開放的深入,廣州城市經(jīng)濟發(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年開工建設以來,經(jīng)過十來年地鐵工程建設,先后開通了4條地鐵線路,舒緩了廣州的交通壓力。
廣州地鐵建設取得重大的成功之一是盾構技術的引用。廣州地鐵以修建地鐵一號線為契機,采取國際招標的方式在軟土和復合地層中修建了地鐵隧道。尤其是廣州地區(qū)復合地層盾構的成功實踐,結束了關于廣州地區(qū)修建隧道宜采用礦山法還是盾構法的爭論。在一號線取得成功經(jīng)驗的基礎上,廣州地鐵在其二、三、四、五號和廣佛線路大幅度采用盾構技術(廣州地鐵盾構施工情況見表1)。


地鐵是一個綜合體,建設一條高質量的地鐵,是由多學科綜合技術構成的,除了高標準的設計、先進的施工設備、工藝、材料外,主要還取決于施工的精度,所以有效合理的測量措施是實現(xiàn)高標準設計和施工精度(橫向貫通≤±50mm,縱向貫通≤±25mm)的重要保證。
2 盾構施工前測量
2.1 控制點復測
(1)平面控制點復測
平面控制點是為地鐵施工沿線路方向測設的精密導線點,使用前必須按技術要求進行復測,其主要技術要求:
①導線測角中誤差≤±2.5″;
②導線測距中誤差≤±6mm;
③導線方位角閉合差


④導線測距相對中誤差≤1/60000;
⑤導線全長相對閉合差≤1/35000;
⑥相鄰點的相對點位中誤差≤±8mm;
⑦導線最弱點的點位中誤差≤±15mm;
⑧導線附(閉)合長度3~5km;
(2)高程控制點復測
①觀測方法:
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
觀測次數(shù):往返測各1次;平坦地往返附合或環(huán)線閉和差


2.2 施工測量方案設計
測量方案是根據(jù)本標段工程實際情況,布置地上平面、高程加密控制點和地下平面、高程控制點,對控制樁的保護措施做好聯(lián)系測量的方案,計算因控制網(wǎng)而造成盾構區(qū)間貫通的誤差分析以及在施工測量放樣的具體方法等。
2.3 地面平高控制點加密
(1)導線點加密測量:利用現(xiàn)有的GPS點和精密的精度為


(L為水準線路長度,以km計)。
2.4 聯(lián)系測量
(1)定向聯(lián)系測量
定向原理:見圖1,測量儀器是全站儀+反射片,在整個施工過程中,坐標傳遞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應小于3°。
③a/c及a/c的比值小于1.5倍。
聯(lián)系三角形邊長測量,每次獨立測量3測回,每測回往返3次讀數(shù),各測回較差在地上小于0.5mm,在地下小于1.0mm。地上與地下測量同一邊的較差小于2mm。角度觀測,用全圓測回法觀測4測回,測角中誤差在±4″之內(nèi)。各測回測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在±12″之內(nèi)。聯(lián)系三角形一次定向獨立進行3測回,每測回后,變動2個吊錘位置重新進行定向測量,共有3套不同的完整觀測數(shù)據(jù)。


(2)高程聯(lián)系測量
整個區(qū)間施工中,高程傳遞至少3次。傳遞高程的地下近井點不少于2個,并對地下高程點間的幾何關系進行檢核。
測量近井水準點的高程線路應附合在地面相鄰精密水準點上。采用在豎井內(nèi)懸吊鋼尺的方法進行高程傳遞時,地上和地下安置的2臺水準儀應同時讀數(shù),每次獨立觀測3測回,每測回變動儀器高度,3測回得地上、地下水準點的高差較差應小于3mm,并在鋼尺上懸吊與鋼尺檢定時相同質量的重錘。3測回測定的高差進行溫度、尺長修正。傳遞高程測量(見圖2)


3 盾構施工中測量
3.1 施工控制測量
盾構施工控制測量最大特點是所有的控制導線點和控制水準點均處運動狀態(tài),所以盾構施工測量中導線的后延伸測量和水準點的復測顯得尤為重要。
(1)地下導線測量
廣州地鐵采用雙支導線的方法,雙支導線每前進一段交叉一次。每一個新的施工控制點由2條路線傳算坐標。當檢核無誤,最后取平均值作為新點的測點數(shù)據(jù)。線路平面示意圖如圖3。


地下導線測設要求:
①導線直線段約150m布設一個控制導線點,曲線段控制導線點(包括曲線要素上的控制點)布設間距不少于60m。
②按Ⅳ等導線的技術要求施測.每次延伸施工控制導線測量前,對已有的施工控制導線前3個點進行檢測無誤后再向前延伸。
③施工控制導線在隧道貫通前測量5次,其測量時間與豎井定向同步。當重合點重復測量的坐標值與原測量的坐標值較差小于10mm時,采用逐次的加權平均值作為施工控制導線延伸測量的起算值。
④在掘進1000m和2000m時,加測陀螺方位角加以校核。
3.2 盾構機始發(fā)測量
(1)盾構機導軌定位測量
盾構機導軌測量主要控制導軌的中線與設計隧道中線偏差不能超限,導軌的前后高程與設計高程不能超限,導軌下面是否堅實平整等,見圖4、圖5。


(2)反力架定位測量
反力架定位測量包括反力架的高度、俯仰度、偏航等,反力架下面是否堅實、平整。反力架的穩(wěn)定性直接影響到盾構機始發(fā)掘進是否能正常按照設計的方位進行。
(3)盾構機姿態(tài)初始測量
盾構機姿態(tài)初始測量包括測量水平偏航、俯仰度、扭轉度。盾構機的水平偏航、俯仰度是用來判斷盾構機在以后掘進過程中是否在隧道設計中線上前進,扭轉度是用來判斷盾構機是否在容許范圍內(nèi)發(fā)生扭轉。盾構機姿態(tài)測量原理。盾構機作為一個近似圓柱的三維體,在開始隧道掘進后我們是不能直接測量其刀盤的中心坐標的,只能用間接法來推算。在盾構機殼體內(nèi)適當位置上選擇觀測點就成為必要,這些點既要有利于觀測,又有利于保護,并且相互間距離不能變化。在圖6中,O點是盾構機刀盤中心點,A點和B點是在盾構機前體與中體交接處,螺旋機根部下面的2個選點。C點和D點是螺旋機中段靠下側的2個點,E點是盾構機中體前斷面的中心坐標,A、B、C、D4點上都貼有測量反射鏡片。由A、B、C、D、O5點所構成的2個四面體中,測量出每個角點的三維坐標(xi,yi,zi)后,把每個四面體的4個點之間的相對位置關系和6條邊的長度L計算出來,作為以后計算的初始值,在以后的掘進過程中,Li將是不變的常量(假設盾構機掘進過程中前體不發(fā)生太大形變),通過測量A、B、C、D4點的三維坐標,用(x,y,z)、L就能計算出O點的三維坐標。
用同樣的原理,A、B、C、D、E5點也可以構成2個四面體,相應地E點的三維坐標也可以求得。由E、O 2點的三維坐標和盾構機的絞折角就能計算出盾構機刀盤中心的水平偏航、垂直偏航,由A、B、C、D4點的三維坐標就能確定盾構機的扭轉角度,從而達到了檢測盾構機的目的。
(4)SLS-T導向系統(tǒng)初始測量
SLS-T導向系統(tǒng)初始測量包括:隧道設計中線坐標計算,TCA(智能型全站儀)托架和后視托架的三維坐標的測量,VMT初始參數(shù)設置和掘進等工作。
①隧道設計中線坐標計算: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將會自動計算出每間隔1m里程的隧道中線的三維坐標。隧道中線坐標需經(jīng)過其他辦法多次復核無誤后方可使用。
②TCA托架和后視托架的三維坐標的測量:TCA托架上安放全站儀,后視托架上安放后視棱鏡。通過人工測量將TCA托架和后視托架的中心位置的三維坐標測量出來后,作為控制盾構機姿態(tài)的起始測量數(shù)據(jù)。
③VMT初始參數(shù)設置:將TCA的中心位置的三維坐標以及后視棱鏡的坐標、方位角(單位以g計算)輸入控制計算機“station”窗口文件里,TCA定向完成后,啟動計算機上的“advance”,TCA將照準激光標靶并測量其坐標和方位。根據(jù)激光束在標靶上的測量點位置和激光標靶內(nèi)的光柵,可以確定激光標靶水平位置和豎直位置,根據(jù)激光標靶的雙軸測斜傳感器可以確定激光標靶的俯仰角和滾動角,TCA可以測得其與激光靶的距離,以上資料隨推進千斤頂和中折千斤頂?shù)纳扉L值及盾尾與管片的凈空值(盾尾間隙值)一起經(jīng)掘進軟件計算和整理,盾構機的位置就以數(shù)據(jù)和模擬圖形的形式顯示在控制室的電腦屏幕上。通過對盾構機當前位置與設計位置的綜合比較,盾構機操作手可以采取相應措施盡快且平緩地逼近設計線路


3.3 盾構掘進測量
盾構開挖隧道,利用盾構上的激光導向系統(tǒng)導向。
(1)盾構井(室)測量
采用聯(lián)系測量將控制點傳遞到盾構井(室)中,并利用測量控制點測設出線路中線點和盾構安裝時所需要的測量控制點。測設值與設計值較差應小于3mm。
(2)盾構拼裝測量
安裝盾構導軌時,測設同一位置的導軌方向、坡度和高程與設計較差應小<